论高炉煤气干法除尘与湿法除尘.doc

对高炉煤气干法除尘与湿法除尘的重新评价
刘全兴
（青岛钢铁集团公司）

摘 要： 随着钢铁工业的发展，新建中小高炉普遍采用高炉煤气干法除尘；有的大型高炉新建或扩建也有采用高炉煤气干法除尘的趋向。高炉煤气干法除尘确实回收煤气物理热、节水、节电的良好效果。但是，不容忽视的是高炉煤气干法除尘占地大、维护费用高、有效工作温度区间窄、净化煤气效果差、TRT风机叶片磨损、设备振动大，殃及所有用户等突出弊端。高炉的操作与管理难以满足煤气净化的工艺要求。也时常存在“侥幸”心理，加之操作人员技术水平不佳，时而出现大量烧毁布袋的事故。给设备造成重大损失，我们要认真应对与反思，重新审视高炉煤气干法除尘的工艺，真正做到合理选择技术路线，加强系统含尘量检测，强化操作温度控制，技术更换破损布袋和系统功能完善，保证煤气净化达标，设备长期稳定运行。
关键词：高炉煤气 干法除尘 湿法除尘

1. 前言
随着钢铁工业的发展，新建中小高炉普遍采用高炉煤气干法除尘；有的大型高炉新建或扩建也有采用高炉煤气干法除尘的趋向。已经采用全干法除尘的大中型高炉主要有: 莱钢两座 2218 m3、通钢 1086m3、韶关 2500 m3、柳钢 1080 m3、攀钢 1350 m3、鞍钢 2580 m3。与湿法除尘相比, 高炉煤气干法除尘不仅简化了工艺系统, 从根本上解决二次水污染及污泥的处理问题, 确实回收煤气物理热、节水、节电的良好效果。而且配合干式 TRT可合理利用煤气显热, 显著提高发电水平。国家也明令支持这一节能减排、绿色环保的技术路线。但是，不容忽视的是高炉煤气干法除尘占地大、维护费用高、有效工作温度区间窄、净化煤气效果差、TRT风机叶片磨损、设备振动大，殃及所有用户等突出弊端。高炉的操作与管理难以满足煤气净化的工艺要求。也时常存在“侥幸”心理，加之操作人员技术水平不佳，时而出现大量烧毁布袋的事故。在我国北方寒冷地区冬季生产布袋除尘和排灰系统温度过低，严重结露，较细的排灰管道堵塞，给设备造成重大损失，直接影响生产。我们要认真应对与反思，重新审视高炉煤气干法除尘的工艺，真正做到合理选择技术路线，加强系统含尘量检测，强化操作温度控制，技术更换破损布袋和系统功能完善，保证煤气净化达标，设备长期稳定运行。
2. 高炉煤气干法除尘与湿法除尘工艺比较
从高炉炉顶排出的煤气含尘量在10～40g/Nm3，如果不进行除尘和清洗，这种煤气是没有使用价值的，因为大量含尘的煤气在燃烧时，会将化工焦炉燃烧室格子砖，高炉热风炉蓄热室格子砖及轧钢厂加热炉烧咀，烧结机点火器堵塞，同时在长途输送途中，也会造成管道堵塞，冲刷、腐蚀管壁，使得整个系统维护量加大，甚至影响生产。
从高炉煤气的除尘、清洗发展来看，其工艺流程随着科学技术进步，设备改造也在不断发展。目前新建中下高炉基本上采用干法除尘工艺。而大型高炉煤气清洗工艺基本上有两种：即高炉煤气干法除尘与湿法除尘。或两种工艺兼而有之。而湿法除尘又有塔文工艺、双文工艺和比绍夫等工艺方法。随着喷嘴的设计优化和喷雾技术进步，比绍夫工艺流程在节水节电，减少设备维护费用，减轻工人劳动强度，确保高炉煤气净化效果，即10mg/Nm3以下的含尘量等方面确有突出表现。
2. 1 高炉煤气的净化的目的
高炉煤气是炼铁生产的副产品，使用冷料时，出炉的煤气温度为120~280℃，煤气含尘量20~30 g/m3。作为气体燃料要求高炉煤气的含尘量必须达到10 mg/m3以下，因此，必须除尘净化。除尘净化分为湿法和干法两种工艺流程。

无论高炉煤气干法除尘还是湿法除尘工艺，煤气除尘净化的目的只有一个要求高炉煤气的含尘量必须达到10 mg/m3以下。
2.2 湿法除尘与干法除尘的各自的优缺点
2. 2.1 传统的湿法除尘工艺高炉荒煤气经重力除尘器粗除尘后，进入湿式精细除尘，依靠喷淋大量的水，最终获得含尘量为10 mg/m3以下的净煤气。湿式精细除尘装置又分为塔文系统和双文系统。双文系统就是用溢流文氏管取代了洗涤塔的湿法除尘净化系统。塔文系统和双文系统除尘效率是相同的，都能达到标准要求。双文系统与塔文系统相比，双文系统具有操作维护简便，占地少、耗水省、节约投资等优点。
湿法除尘净化工艺的特点：除尘效果好，净煤气的含尘量低，可达到10mg/m3。整个除尘净化系统设备简单、工艺成熟，易于维护和修理。耗水量大(5.0~5.5t/km3)，煤气清洗后温度降低到42~45℃，煤气压力损失25kPa，煤气机械水含量大，约20~30 g/m3。
2. 2.2 干法除尘技术优缺点
与传统湿法除尘比较, 高炉煤气全干法除尘技术主要优点：煤气温度不降低，可充分利用煤气显热: 净煤气温度比湿法提高约100 ℃; 动力消耗少,节电效果明显。采用干法除尘后，没有冷却水，也就不需要污水处理系统，可降低电耗; 不耗水,少污染: 吨铁节水 0.7~0.8 m3; 环保，由于不需要污水处理系统，可减少污染。 干式 TRT可多发电 30以上； 降低焦比，由于干法除尘后的煤气温度较高，供给热风炉后，风温提高50℃以上，可降低焦比。
缺点： ①高炉用冶金焦炭质量“恶化”，外购焦炭水分高，高炉已经全部采用冷料，普遍出现“炉喉冷”现象。顶温低，煤气蒸汽大，满足不了除尘布袋的工况要求。由于种种原因，外购焦炭几乎买不到低水分的焦炭，因此，“炉喉冷”在国内大多数高炉普遍存在。
②布袋工作煤气温度工作区间小，长期生产难以稳定。布袋有一定的温度适应性，过高布袋会受到损伤甚至烧坏。现在用玻璃纤维布袋，能耐温300℃。煤气温度过低也不利，会使煤气结露影响布袋工作。高炉荒煤气温度工作区间一般在100-260℃之间，布袋工作才是正常的，除尘效果才有保障。然而，在高炉生产的实际情况下，这一温度区间是很难做到的。例如，开炉初期，炉况失常，管道行程、大崩料等特殊炉况时，炉顶温度极易超限，其后果可以想象。要求进入布袋前的温度控制在100~260℃的范围内。但高炉出炉的煤气温度是变化的。大型高炉用往重力除尘器中喷超细水雾，来控制温度上限。实践证明这种方法不好，引起重力除尘器器壁粘灰，放灰困难。现已改为在重力除尘器后用排管外喷水降温，效果不错。用在煤气管道设置烧嘴，来控制煤气温度下限。中、小高炉因场地所限和其他条件，一般不设置升温和降温措施，当煤气温度超过300℃及低于80℃时，就切断进入布袋的煤气，进行短时的放散。当温度正常后，布袋除法器恢复工作，这是一种野蛮操作，不应提倡。
③ 投资不省，占地不少。采用大量箱体，减少占地面积大，配套阀门、仪表电器等设备的一次投资及维护成本高，维护频繁是不争的事实。据调查，四座500m3高炉的厂，仅布袋维护费用每年不下300-400万元。
④ 工人劳动强度大。布袋箱体结构庞大、复杂，更换布袋工作量大。更换布袋环境差,危险性大;要求自动化程度高。
⑤ 脏煤气对所有用户危害极大，不可逆，恢复费用惊人。布袋一旦损坏，更换不及时，除尘效果不佳，殃及所有煤气用户。
⑥ 含尘高的煤气磨损煤气设施，损坏煤气发电的转子。
⑦消耗氮气;降低煤气热值。消耗大量蒸汽和电能。
⑧维护费用高。受高炉炉顶温度波动影响，布袋工作要求难度大，很容易损坏布袋。脉冲阀损耗大;冷却器不好用。由于大型高炉煤气发生量多，势必要成倍增加箱体数量，而每个箱体上均有阀门、补偿器、一次仪表等，这使得整个干法除尘器的故障点大量增多，同时占地面积也大大增加。为解决大高炉干法除尘器箱体数量多、可靠性低的缺点，许多相关企业在干法除尘工艺、设备、关键配套件、输灰系统等方面做了系统深入的研究。
⑨糊布袋后,布袋变性,易撕裂，难以发现,造成煤气泄漏;储灰,输灰系统机械故障多;易磨损,环境恶劣，环保压力大。
⑩冬季粘结,冻堵严重;煤气饱和水高,影响用户。
最近几年干法布袋除尘发展很快，1000m3级及其以下高炉几乎全用布袋除尘结合球式热风炉。取得了明显的效果。太钢3号高炉(1200 m3)，攀钢4号高炉(1350 m3)，包钢4号高炉(2200 m3)，鞍钢新4号高炉(2580 m3)、新5号高炉(2580 m3)也都采用干法除尘。使用过程中也出现过结露、堵灰等现象，一度影响生产。甚至有些厂采用干法与湿法并用的局面，投资更为加大。如宝钢,太钢等。

3 高炉煤气的净化与利用的工艺评价
3.1 干法布袋除尘
该系统值得肯定的是余压发电的能力提升 ,水资源节约 ,煤气含尘量降低 ,与湿法除尘相比煤气温度可大幅度提高等。中小高炉上干法布袋除尘器的成功使用，为大型高炉上采用干法布袋除尘器奠定了基础。同时，大型高炉设备完善，炉料条件比较好且稳定，冶炼操作过程平稳，煤气温度、压力、含湿量等波动较小，煤气含灰量也比小型高炉低，理论上比中小高炉更具备采用干法布袋除尘的条件。干法布袋除尘系统如图1所示。

但是，由于大型高炉煤气发生量多，势必要成倍增加箱体数量，而每个箱体上均有阀门、补偿器、一次仪表等，这使得整个干法除尘器的故障点大量增多，同时占地面积也大大增加。为解决大高炉干法除尘器箱体数量多、可靠性低的缺点，许多相关企业在干法除尘工艺、设备、关键配套件、输灰系统等方面做了系统深入的研究。
在大型高炉煤气干法布袋除尘技术中有这样几个关键问题：一是工作温度区间，即荒煤气高低温问题。现实存在的问题是：高炉全部采用冷料后，确实存在炉喉温度偏低的现象，即所谓的“炉冷”。 “炉冷”对于高炉操作，特别是煤气净化带来很多弊端。糊布袋就是一大问题。糊布袋就是破坏了布袋的正常工作制度，并且不可逆转。炉顶温度超限也是不可避免的，特别是开炉初期和特殊炉况时，瞬间炉顶温度超过280℃，是难以防范的。尽管有的厂家采用高炉炉顶喷雾打水和荒煤气放散系统相结合的工艺方式，糊布袋和烧损布袋是时有发生的。二是一次性投资和维护费用问题。采用大量箱体，减少占地面积大，配套阀门、仪表电器等设备的一次投资及维护成本高，维护频繁是不争的事实。据调查，四座500m3高炉的厂，仅布袋维护费用每年不下300-400万元。三是含尘高殃及所有用户并损坏设备问题。凡是采用高炉煤气干法布袋除尘或多或少都出现过布袋损坏含尘超标问题，造成TRT风机叶片磨损、设备振动大，殃及所有用户等突出弊端。
我们应该看到，许多为高炉煤气干法布袋除尘配套服务的企业在不断地研究和解决上述技术难题，并取得了积极进展。例如，设计调温装置，加大布袋箱直径，滤料合理选择，双向电磁脉冲喷吹技术，采用压力可调式正压气力输送装置，除尘内部结构优化，阀门内喷涂了耐磨的涂层，密封圈选用了耐高温、高强度的材料，补偿器的不锈钢材质选用耐氯、硫、耐酸腐蚀强的材质，系统采用了PLC或灰尘自动检测与控制等气流分布和安全方面做了大量工作。
3.2．湿法除尘
高炉煤气湿法除尘净化工艺的最大的好处在于除尘效果好，净煤气的含尘量低，可达到10mg/m3。整个除尘净化系统设备简单、工艺成熟，运行稳定，易于维护和修理。耗水量虽然大(5.0~5.5t/km3)，但是循环利用。煤气清洗后温度虽有降低，但可以用其他工艺方法重新获得。
高炉煤气湿法除尘净化工艺的塔文工艺如图2所示。
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图2 塔文工艺煤气除尘，清洗系统图
1-高炉；2-重力除尘器；3-高压洗涤塔；4-文氏管；5-调压阀组；6-脱水器； 7-净煤气开闭器；8-净煤气管网；9-均压管道；10-炉顶放散阀；11-煤气遮断阀；12-荒煤气管煤气放散阀；13-半净煤气管煤气放散阀；14-净煤气管煤气放散阀；15-煤气管煤气放散阀
比绍夫（Bischoff）法是一种湿式环缝煤气清洗器，安装于高炉重力除尘器后。如图3。

图3 比绍夫（Bischoff）煤气清洗系统
在比绍夫清洗器的第一阶段，煤气通过预清洗可将约90%的颗粒炉尘去除而且气体的冷却几乎可在此阶段完成，在清洗塔中心配置多级喷头，这种结构可在很低的阻损条件下（<1000Pa）达到很高的清洗和冷却效果。煤气清洗的第二阶段通过一环缝清洗器去除煤气中细小的粉尘并同时进行绝热冷却。在降压条件下，可保证煤气含尘量始终低于5mg/Nm3。
综上所述，在推动大型高炉煤气干式除尘的具体实施过程中，必须以科学态度认真对待。不同钢铁厂原料不同，冶炼强度不同；各地气侯条件不同，产生的高炉煤气含灰含尘性质不同，对干式除尘工艺要求也不尽相同，不能生搬硬套，特别是，在已有全部湿法的煤气系统的厂家要慎用干法布袋除尘，以免两种工艺互混，带来不必要的麻烦。工艺设计人员必须按不同条件认真区别对待，针对性设计才能使工艺逐步完善。目前高炉煤气干式除尘技术尚存在一些薄弱环节，有待各方面技术人员去研究、逐步完善。
4.结论
4.1新建中小高炉普遍采用高炉煤气干法除尘；有的大型高炉新建或扩建也有采用高炉煤气干法除尘的趋向。高炉煤气干法除尘确实回收煤气物理热、节水、节电的良好效果。但是，不容忽视的是高炉煤气干法除尘占地大、维护费用高、有效工作温度区间窄、净化煤气效果差、TRT风机叶片磨损、设备振动大，殃及所有用户等突出弊端。
4.2煤气温度工作区间小，长期生产难以稳定。高炉荒煤气温度工作区间一般在100-260℃之间，布袋工作才是正常的，除尘效果才有保障。然而，在高炉生产的实际情况下，这一温度区间是很难做到的。例如，开炉初期，炉况失常，管道行程、大崩料等特殊炉况时，炉顶温度极易超限，其后果可以想象。投资不省，占地不少。 维护费用高。 工人劳动强度大。 脏煤气对所有用户危害极大，不可逆，维护费用惊人。.含尘高的煤气磨损煤气设施，损坏煤气发电的转子。
4.3 在推动大型高炉煤气干式除尘的具体实施过程中，必须以科学态度认真对待。不同钢铁厂原料不同，冶炼强度不同；各地气侯条件不同，产生的高炉煤气含灰含尘性质不同，对干式除尘工艺要求也不尽相同，不能生搬硬套，特别是，在已有全部湿法的煤气系统的厂家要慎用干法布袋除尘，以免两种工艺互混，带来不必要的麻烦。工艺设计人员必须按不同条件认真区别对待，针对性设计才能使工艺逐步完善。目前高炉煤气干式除尘技术尚存在一些薄弱环节，有待各方面技术人员去研究、逐步完善。
参考文献
1．刘全兴，高炉热风炉操作与煤气知识问答，冶金工业出版社 2005.3
2．刘全兴，煤气设施维护的特殊操作方法，钢铁产业，2008（1）：13 -16
3．胡新亮、张玉生，大型高炉应用干法除尘技术的关键，世界金属导报，2006.9.26．
4. 张福明,我国高炉煤气干式布袋除尘技术进展,中国冶金报,2011.4.21