論高爐煤氣環(huán)縫洗滌系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)

張紅磊

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京　100176）

論高爐煤氣環(huán)縫洗滌系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)

張紅磊

（中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京100176）

環(huán)縫洗滌清洗系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的高爐煤氣濕法除塵工藝，在國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)中被廣泛應(yīng)用，本文介紹了環(huán)縫洗滌設(shè)備在高爐煤氣凈化中的作用，并簡(jiǎn)述了環(huán)縫洗滌系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)流程，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際列舉了該系統(tǒng)易發(fā)生的故障點(diǎn)，為生產(chǎn)維護(hù)提出了指導(dǎo)建議?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，經(jīng)過幾十年的實(shí)踐檢驗(yàn)，環(huán)縫洗滌工藝在國際鋼鐵市場(chǎng)上仍然被廣泛應(yīng)用。

環(huán)縫洗滌高爐煤氣濕法除塵工藝設(shè)計(jì)

1　概述

高爐煤氣作為一種煉鐵生產(chǎn)的副產(chǎn)品，煤氣含塵量在10～40g/ Nm3，作為燃料使用時(shí)，必須進(jìn)行除塵處理，使高爐煤氣含塵量達(dá)到≤5mg/Nm3，否則會(huì)影響到煤氣熱值，并造成點(diǎn)火器堵塞，管道磨損等現(xiàn)象。而大型高爐煤氣凈化工藝基本上有兩種：即高爐煤氣干式布袋除塵與濕法除塵。

為滿足高爐生產(chǎn)的需要，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)高效、安全、環(huán)保、節(jié)能的要求，環(huán)縫洗滌清洗工藝（又稱比肖夫清洗工藝）已在國內(nèi)外1000m3-3000m3等大中型高爐中較多應(yīng)用，是比肖夫（Bischoff）公司成功開發(fā)的一種既能控制高爐爐頂壓力，又能實(shí)現(xiàn)高爐煤氣凈化的工藝系統(tǒng)，該工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐冶煉過程中產(chǎn)生的荒煤氣進(jìn)行除塵降溫，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高爐頂壓，首次在日本新制鋼鐵廠應(yīng)用，21世紀(jì)開始在國內(nèi)大型高壓高爐中廣泛采用［1］。

目前，國外的盧森堡保爾沃特（Paul Wurth）公司、GEA Bischoff GmbH公司等已掌握了成熟的環(huán)縫洗滌清洗技術(shù)，為適應(yīng)國際鋼鐵市場(chǎng)需求，國內(nèi)如中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司、中冶南方工程技術(shù)有限公司、中冶京誠工程技術(shù)有限公司也開展了相關(guān)的國產(chǎn)化工作。

2　環(huán)縫洗滌工藝主要設(shè)備及流程簡(jiǎn)述

設(shè)備組成：環(huán)縫洗滌系統(tǒng)中的主要設(shè)備包括旋風(fēng)除塵器（重力除塵器）、環(huán)縫洗滌塔、脫水器、濁水處理系統(tǒng)、再循環(huán)水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。

2.1環(huán)縫洗滌塔

環(huán)縫洗滌塔為自立式焊接結(jié)構(gòu)，是重力除塵器（或旋風(fēng)除塵器）后的半凈煤氣處理的關(guān)鍵設(shè)備，共分2段，即預(yù)洗段和環(huán)縫洗滌段。環(huán)縫洗滌塔從上到下根據(jù)處理煤氣量的不同依次布置多層不同規(guī)格的噴嘴，噴嘴在塔體內(nèi)同心布置，并有單向和雙向兩種噴淋方向，在預(yù)洗段靠噴嘴噴出的霧化水對(duì)高爐煤氣進(jìn)行除塵、降溫，頂部3或4個(gè)噴嘴的水由再循環(huán)泵供給，預(yù)洗段的其他噴嘴由凈環(huán)水系統(tǒng)供給。

環(huán)縫洗滌塔中的關(guān)鍵設(shè)備是環(huán)縫元件（Annular Gap Element，簡(jiǎn)寫AGE），環(huán)縫元件由外部錐形殼體和內(nèi)部錐形體組成，之間形成環(huán)形流通通道，并保持最小10mm的導(dǎo)流間隙，錐形殼體與導(dǎo)流管連接，內(nèi)部錐體在液壓桿的作用下可做上下調(diào)節(jié)，改變環(huán)縫間隙；在環(huán)縫洗滌段，通過文丘里管對(duì)高爐煤氣進(jìn)行精除塵，并可在高爐頂壓控制模式下，靠調(diào)節(jié)三個(gè)環(huán)縫的開度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高爐頂壓如圖1所示。

圖1　環(huán)縫元件（AGE）

2.2脫水器

煤氣清洗系統(tǒng)還包括一個(gè)外部脫水器，它安裝在緊臨洗滌塔凈煤氣總管的下游。脫水器也是一種自立式焊接結(jié)構(gòu)，頂部安裝有旋流板，凈煤氣經(jīng)過旋流板時(shí)產(chǎn)生漩渦氣流，機(jī)械水在旋流離心力的作用下被甩到了脫水器內(nèi)壁上，然后匯集在底部錐形斗中。

3　環(huán)縫洗滌清洗工藝流程

來自高爐爐頂?shù)幕拿簹饨?jīng)重力除塵器（或旋風(fēng)除塵器）脫除大顆?；覊m，然后從頂部進(jìn)入環(huán)縫洗滌塔上部噴淋區(qū)，先后被再循環(huán)濁環(huán)水和供水系統(tǒng)來的凈環(huán)水噴淋冷卻并粗除塵。在該噴淋區(qū)，高爐煤氣與噴嘴噴出的霧化水進(jìn)行熱交換，使煤氣溫度降低到60℃以下；煤氣中較大顆粒的灰塵同時(shí)與霧化水相互撞擊，灰塵被水滴捕集，大部分含塵水滴在重力作用下從煤氣中分離出來，匯集在環(huán)縫洗滌塔中部的集水錐形斗，并經(jīng)過排水系統(tǒng)排出，再經(jīng)高架流槽到高效澄清器沉淀后，進(jìn)入濁環(huán)水處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的加壓、加藥處理，該段的除塵效率可達(dá)40-60%。

經(jīng)過預(yù)洗段洗滌的半凈煤氣再經(jīng)過位于環(huán)縫洗滌塔中部的3根并列的導(dǎo)流管進(jìn)入環(huán)縫元件中，環(huán)縫元件上方各設(shè)一個(gè)噴嘴再次噴水，并在內(nèi)錐表面形成一層水膜，噴淋水被充分霧化，含有較小顆粒塵埃的半凈煤氣經(jīng)過環(huán)縫元件時(shí)，煤氣流速大大提高，可達(dá)約100m/s，由于煤氣流速和流向在文氏管處發(fā)生較大變化，較小的灰塵顆粒在霧化水中被再次捕獲，從而實(shí)現(xiàn)半凈煤氣的精除塵，并在差壓≥30KPa的情況下使煤氣含塵量達(dá)到≤5mg/Nm3。由這3個(gè)噴嘴噴出的水匯集在筒體底端的錐形斗中，并通過連通管道與脫水器底部錐形集水斗中的水匯集在一起，然后通過再循環(huán)泵將此部分水加壓，輸送到環(huán)縫洗滌塔預(yù)洗段的最上端噴嘴，進(jìn)行再循環(huán)利用。

為了保持預(yù)洗段和環(huán)縫洗滌段的水位，防止煤氣泄漏，兩端排水均設(shè)有自動(dòng)水位控制的排水系統(tǒng)，排水閥門均為液動(dòng)閥門，并設(shè)有可調(diào)節(jié)開度的調(diào)節(jié)閥，反應(yīng)靈敏，功能可靠。

圖2　環(huán)縫洗滌清洗工藝系統(tǒng)圖

當(dāng)TRT系統(tǒng)不運(yùn)行時(shí)，高爐頂壓靠環(huán)縫元件進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)高爐頂壓高時(shí)，內(nèi)錐體向下移動(dòng)，增大環(huán)縫間隙，增大流通面積，起到降低高爐頂壓的作用；當(dāng)高爐頂壓低時(shí)，內(nèi)錐體向上移動(dòng)，減小環(huán)縫間隙，減小流通面積，起到提高高爐頂壓的作用。

從環(huán)縫洗滌塔出來的高爐凈煤氣機(jī)械水含量較高，同樣會(huì)影響到煤氣熱值，對(duì)高爐煤氣用戶不利，尤其當(dāng)環(huán)縫洗滌塔處于大差壓工作狀態(tài)時(shí)更為顯著。因此，使用脫水器脫除凈煤氣中的大部分機(jī)械水就顯得尤為重要。凈煤氣中的機(jī)械水在旋流板的作用下形成漩渦氣流，機(jī)械水在離心力的作用下被甩到脫水器內(nèi)壁上，再流到脫水器底部錐形集水斗中。經(jīng)過脫除機(jī)械水的高爐煤氣機(jī)械水含量降低到≤7g/Nm3，滿足生產(chǎn)要求。從脫水器處理的高爐煤氣經(jīng)TRT進(jìn)行壓力發(fā)電或直接進(jìn)入煤氣主管網(wǎng)，供各用戶使用，保證高爐的正常運(yùn)行如圖2所示。

4　運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障

4.1管道腐蝕

高爐煤氣中因含有氯離子而顯酸性，對(duì)設(shè)備和管道有一定的腐蝕性，因此凈環(huán)給水PH值要求：7-9，呈弱堿性的洗滌水可與煤氣中的氯離子發(fā)生中和反應(yīng)，最大限度的減小洗滌水對(duì)管道的腐蝕，同時(shí)設(shè)備和管道盡量考慮耐磨損和耐腐蝕處理。

4.2堵塞現(xiàn)象

洗滌水中含塵泥量大，易造成液位開關(guān)堵塞，導(dǎo)致液位控制失調(diào)，報(bào)警和調(diào)節(jié)信號(hào)不能正常發(fā)出，所以改用壓力變送器代替液位開關(guān)，可有效防止液位信號(hào)遠(yuǎn)傳失效現(xiàn)象。

4.3液壓系統(tǒng)比例閥故障

由于環(huán)縫元件執(zhí)行機(jī)構(gòu)和排水系統(tǒng)閥門都是采用液壓驅(qū)動(dòng)，必須對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行酸洗和循環(huán)沖洗，將油路中的殘留物清洗干凈，尤其是有焊接點(diǎn)的位置，使油路設(shè)計(jì)精度達(dá)到NAS7級(jí)，防止由于小顆粒焊渣造成油路堵塞，并損壞比例閥［3］。

4.4環(huán)縫元件（AGE）密封漏水

環(huán)縫元件聯(lián)接桿和筒體之間設(shè)有干油密封函，但工藝中如果沒有自動(dòng)補(bǔ)油系統(tǒng)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，常會(huì)出現(xiàn)AGE支撐桿密封部位漏水現(xiàn)象，隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)煤氣泄漏，給生產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重影響，因此設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)油設(shè)備并在油缸中及時(shí)補(bǔ)充損失的干油，可有效防止密封函漏水。

5　結(jié)語

環(huán)縫洗滌煤氣凈化工藝代表當(dāng)今高爐煤氣清洗的先進(jìn)工藝，正日趨成熟、可靠，其耗水量約為2.0-2.25Ltr/m3，實(shí)現(xiàn)節(jié)水功能的主要原因是設(shè)置了再循環(huán)泵，使含塵量小的洗滌水得到充分利用，降低了水消耗，節(jié)約了投資和運(yùn)行成本；環(huán)縫洗滌工藝總的除塵效率可達(dá)95%以上，凈煤氣含塵量可達(dá)≤5mg/Nm3，滿足了高爐正常生產(chǎn)要求；環(huán)縫洗滌塔的噪音級(jí)別在框架5米外不大于85dB，有效防止了系統(tǒng)的噪音污染，另外，在搞自動(dòng)化的運(yùn)行模式下，環(huán)縫洗滌清洗系統(tǒng)的日常維護(hù)工作量小，最大限度的降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，經(jīng)過幾十年的實(shí)踐檢驗(yàn)，環(huán)縫洗滌工藝在國際鋼鐵市場(chǎng)上仍然被廣泛應(yīng)用［2］。

［1］龐顯鶴.環(huán)縫洗滌工藝在邯寶公司3200m3高爐煤氣除塵中的應(yīng)用［J］.冶金之家，201 0.

［2］謝虹.環(huán)縫洗滌工藝在1350m3高爐煤氣除塵中的應(yīng)用［J］.鋼鐵技術(shù)，2005.

［3］張輝.2000m3高爐比肖夫系統(tǒng)的使用與維護(hù)實(shí)踐［J］.南鋼科技與管理，2007.