煤氣全干式除塵技術(shù)在大型高爐的應(yīng)用

摘 要

摘要：介紹了大型高爐煤氣全干式布袋除塵工藝流程及主要技術(shù)參數(shù)，指出了該技術(shù)需要注意的4個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，分析了大型高爐煤氣全干式布袋除塵工藝產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。關(guān)鍵詞：
摘要：介紹了大型高爐煤氣全干式布袋除塵工藝流程及主要技術(shù)參數(shù)，指出了該技術(shù)需要注意的4個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，分析了大型高爐煤氣全干式布袋除塵工藝產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。
關(guān)鍵詞：大型高爐；高爐煤氣凈化；干式除塵；布袋除塵
Application of Entire Dry-type Dust Removal Technology to Large-scale Blast Furnace
GUO Liang，DENG Mao-zhong，CAI Fu-liang
Abstract：The process flow and main technical parameters of entire dry-type bag dust removal process of large-scale blast furnace gas are introduced. Four key problems needing attention for this technology are pointed out. The economic and environmental benefits from this process are analyzed.
Key words：large-scale blast furnace；blast furnace gas purification；dry-type dust removal；bag-type dust removal
1 概述
    大型高爐煤氣全干法布袋除塵技術(shù)是一項(xiàng)新興的環(huán)保型除塵技術(shù)，與濕法除塵相比，干法布袋除塵具有基本不用水、不會(huì)產(chǎn)生水污染、能耗小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，屬于環(huán)保節(jié)能項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益顯著，位于國(guó)家鋼鐵行業(yè)當(dāng)前重點(diǎn)推廣的“三干一電”之首。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在1000m3以下的中小型高爐采用高爐煤氣全干法布袋除塵技術(shù)，取得了很大的進(jìn)步[1]。在此基礎(chǔ)上，廣東省韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)韶鋼)于2003年4月，在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)始首例2500m3級(jí)大型高爐應(yīng)用全干式布袋除塵技術(shù)的研究設(shè)計(jì)。2005年8月，干式布袋除塵器與韶鋼2500m3高爐同步投產(chǎn)。它的建成投產(chǎn)，開(kāi)創(chuàng)了大型高爐應(yīng)用全干式布袋除塵技術(shù)的先河，對(duì)我國(guó)大型高爐煤氣布袋除塵技術(shù)的推廣應(yīng)用具有極大的推進(jìn)作用。
2 韶鋼2500m3高爐煤氣除塵工藝
   ① 工藝流程
   韶鋼全干式布袋除塵工藝流程見(jiàn)圖1。
 
    高爐產(chǎn)生的煤氣經(jīng)重力除塵器進(jìn)行重力除塵后，如果爐頂煤氣低溫高濕(溫度低于80℃，有大量飽和水析出，一般在高爐開(kāi)爐時(shí)才發(fā)生)，煤氣通過(guò)燃燒放散塔放散；如果爐頂煤氣溫度低于300℃，煤氣經(jīng)降溫裝置旁通管直接進(jìn)入布袋除塵器除塵；如果爐頂煤氣溫度高于或等于300℃，則通過(guò)降溫裝置將煤氣溫度降至300℃以下后，再送到布袋除塵器進(jìn)行除塵。凈化后的煤氣送至高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置(TRT)發(fā)電或通過(guò)調(diào)壓閥組將壓力降為10kPa左右后，通過(guò)管網(wǎng)送至各用戶(hù)。
    降溫裝置分為2組，每組為3臺(tái)管式換熱器。布袋除塵器共28個(gè)除塵箱體，分4組并列運(yùn)行，每組7個(gè)除塵箱體并列運(yùn)行[2]。
   ② 主要技術(shù)參數(shù)
   2500m3高爐全干式布袋除塵器設(shè)計(jì)負(fù)荷為49×104m3/h，運(yùn)行煤氣壓力為150～250kPa。其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 2500m3高爐布袋除塵主要技術(shù)參數(shù)
高爐
爐容/m3
2590
煤氣流量/(m3·h-1)
44.5×104
爐頂壓力/kPa
100～250
爐頂溫度/℃
150～300
布袋除塵器
入口溫度/℃
80～280
入口煤氣含塵質(zhì)量濃度/(g·m-3)
6～12
過(guò)濾煤氣體積流量/(m3·h-1)
49.0×104
濾袋規(guī)格
125mm×6000mm
單箱體濾袋數(shù)量/條
207
系統(tǒng)箱體數(shù)量/個(gè)
28
出口煤氣含塵質(zhì)量濃度/(mg·m-3)
＜10
降溫裝置
換熱器數(shù)量/臺(tái)
6
單臺(tái)換熱面積/m2
380
3 需注意的問(wèn)題
   ① 系統(tǒng)的可靠性
   據(jù)統(tǒng)計(jì)，韶鋼小高爐的平均可靠率為99.4%，國(guó)內(nèi)大高爐比肖夫環(huán)縫洗滌器除塵系統(tǒng)的可靠率為99.91%。韶鋼小高爐除塵工藝直接應(yīng)用于2500m3高爐時(shí)，其理論可靠率較低，這是因?yàn)樯劁?500m3高爐需要28個(gè)箱體和6臺(tái)換熱器，共有故障點(diǎn)204個(gè)(主要考慮閥門(mén)、彎頭和補(bǔ)償器)，以每個(gè)故障點(diǎn)的可靠率為99.985%(韶鋼小高爐每個(gè)故障點(diǎn)的可靠率)計(jì)，則系統(tǒng)的可靠率為0.99985204，即96.986%，出故障的概率為3.014%，即每年可能出11次故障，布袋幾乎平均每1個(gè)月就會(huì)影響大高爐生產(chǎn)1次，這種運(yùn)行模式是大高爐生產(chǎn)所不允許的。因此將小高爐的布袋除塵工藝直接應(yīng)用到大高爐不合適。韶鋼通過(guò)分系統(tǒng)運(yùn)行法、分段控溫法工藝，使系統(tǒng)可靠率提高至99.64%。
   ② 溫度控制[3]
   煤氣的溫度對(duì)除塵系統(tǒng)的運(yùn)行有重要影響。溫度過(guò)高，會(huì)燒壞布袋，但從國(guó)內(nèi)外類(lèi)似高爐煤氣除塵的情況看，高溫易于控制。低溫狀態(tài)、含濕量小，對(duì)除塵系統(tǒng)影響不大；低溫狀態(tài)、含濕量大，對(duì)除塵系統(tǒng)影響大。對(duì)于高溫控制，根據(jù)爐頂煤氣溫度分段，國(guó)內(nèi)常采用在爐頂和重力除塵器內(nèi)噴霧冷卻的辦法來(lái)控制溫度，韶鋼則采用在爐頂噴霧冷卻、空冷或空冷加水冷間接換熱設(shè)備來(lái)控制溫度。對(duì)于低溫控制，國(guó)內(nèi)常采用調(diào)整爐況、保證煤氣溫度穩(wěn)定，利用熱風(fēng)爐煙氣等熱源通過(guò)換熱設(shè)備將煤氣加熱至露點(diǎn)以上等辦法，韶鋼則采用覆膜濾布來(lái)解決短暫的高濕結(jié)露問(wèn)題。此外，為避免煤氣高濕，要求高爐爐頂噴霧量控制精確，爐頂、重力除塵器所用的蒸汽閥、水閥選用耐壓等級(jí)高一檔次、密封性能好、質(zhì)量好的閥門(mén)，從而降低煤氣含濕量，確保煤氣除塵系統(tǒng)的運(yùn)行。
    ③ 高爐爐頂壓力對(duì)除塵系統(tǒng)的影響
    在對(duì)煤氣除塵過(guò)濾面積的選擇時(shí)除考慮溫度的影響外，還必須考慮高爐爐頂壓力對(duì)煤氣工況流量的影響。壓力降低，煤氣膨脹，造成濾速提高，如超過(guò)界限，則布袋無(wú)法承受。因此，設(shè)計(jì)過(guò)濾負(fù)荷應(yīng)取高壓時(shí)的流量低限、低壓時(shí)的流量高限之間的區(qū)域，從而滿(mǎn)足高壓、低壓運(yùn)行時(shí)的流量負(fù)荷需求。在減壓瞬間，氣流速度突然增加，會(huì)對(duì)濾布造成沖刷，對(duì)大中型高爐煤氣全干式除塵系統(tǒng)運(yùn)行的影響較大，在設(shè)計(jì)中考慮此因素時(shí)，選取的過(guò)濾負(fù)荷應(yīng)低一些。在操作中應(yīng)盡量避免壓力的劇變[2]。
    ④ 設(shè)備、管道彎頭等的磨損及質(zhì)量
    對(duì)煤氣除塵設(shè)備的質(zhì)量應(yīng)引起高度重視，即使設(shè)計(jì)再完善，設(shè)計(jì)可靠性再高，如果設(shè)備質(zhì)量不能保證，就會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)如同無(wú)源之水、無(wú)本之木。因此，必須對(duì)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的選擇加以重視，對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)、施工質(zhì)量加強(qiáng)監(jiān)督。尤其是對(duì)閥門(mén)、箱體、換熱設(shè)備、輸灰設(shè)備、儀表等更應(yīng)如此。對(duì)各種人孔、防爆閥(卸壓方式)等應(yīng)引起重視。含塵氣體對(duì)彎頭的磨損不可避免，為減少?gòu)濐^的磨損，通過(guò)技術(shù)措施，如噴耐磨材料或采用加內(nèi)襯的辦法，確保彎頭在一代爐齡不被磨穿，減少對(duì)高爐生產(chǎn)的影響。
4 全干式除塵運(yùn)行效果
    2005年8月—2008年8月除塵后的煤氣含質(zhì)量濃度見(jiàn)表2。
    表2 布袋除塵器出口凈煤氣含塵質(zhì)量濃度    mg/m3
時(shí)間
平均值
最高值
最低值
2005年8月
4.86
7.80
1.90
2005年9月
4.13
8.90
0.10
2005年10月
1.28
9.20
0.10
2005年11月
0.64
1.20
0.10
2005年12月
0.25
4.40
0.10
2006年
0.35
9.20
0.10
2007年
0.22
8.60
0.10
2008年1月—8月
0.40
9.70
0.10
    從表2可以看出，除了2005年8月—10月，為投產(chǎn)初期，高爐爐況不順，出現(xiàn)低溫現(xiàn)象，致使除塵后凈煤氣含塵質(zhì)量濃度相對(duì)較高外，投運(yùn)3年來(lái)，布袋除塵器運(yùn)行正常，除塵效果良好。除塵后凈煤氣含塵質(zhì)量濃度均在標(biāo)準(zhǔn)值(10mg/m3)以下，3年平均含塵質(zhì)量濃度在1.0mg/m3以下，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
5 經(jīng)濟(jì)效益分析
   ① 熱風(fēng)爐節(jié)焦效益
   該技術(shù)的應(yīng)用，使熱風(fēng)爐進(jìn)口煤氣溫度比濕法除塵平均溫度高95℃。由于干法除塵煤氣具有較高的顯熱，作為熱風(fēng)爐的燃料，可以提高風(fēng)溫，使高爐節(jié)焦。煤氣低熱值為3768kJ/m3，煤氣溫度由35℃升高到130℃時(shí)，根據(jù)有關(guān)圖表查得，熱風(fēng)溫度可提高40℃。年節(jié)焦量為1.44×104t/a，焦炭按1000元/t計(jì)，年節(jié)焦經(jīng)濟(jì)效益為1440×104元/a。
    ② 比濕法除塵運(yùn)行費(fèi)用大幅降低
    干法除塵比濕法除塵動(dòng)力消耗低，干法除塵設(shè)備功率約20kW，而濕法除塵設(shè)備(給排水、水處理等)功率約為2500kW。年運(yùn)行時(shí)間按8500h，電價(jià)按0.61元/(kW·h)計(jì)，則干法對(duì)比濕法年節(jié)電效益為1285.88×104元/a。
    干法除塵基本不用水，也沒(méi)有污水處理費(fèi)用，但增加了布袋的消耗，兩者相抵，干法除塵比濕法除塵減少運(yùn)行費(fèi)用70×104元/a。兩項(xiàng)合計(jì)，干法除塵比濕法除塵年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約1350×104元/a。
   ③ TRT發(fā)電效益
   采用干法除塵時(shí)發(fā)電量比采用濕法除塵時(shí)發(fā)電量高35%左右。馬鞍山鋼鐵公司2500m3高爐煤氣濕法除塵后，由于煤氣溫度低，TRT實(shí)際發(fā)電功率平均為7600kW。韶鋼2500m3高爐煤氣干法布袋除塵后，由于煤氣溫度大大提高，目前TRT實(shí)際發(fā)電功率平均為1.05×104kW。采用干法布袋除塵時(shí)TRT年發(fā)電量比采用濕法除塵時(shí)TRT發(fā)電量高2465×104kW·h/a，年創(chuàng)效益為1500×104元/a。
   ④ 年經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益
   綜合以上3項(xiàng)，該技術(shù)年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益約4300×104元/a。此外，由于高爐煤氣全干式除塵不需要水來(lái)冷卻，取消了污水處理設(shè)施，既節(jié)省了造價(jià)，也從根本上解決了污水排放造成的環(huán)境污染問(wèn)題，具有良好的環(huán)保效益。
6 結(jié)語(yǔ)
    高爐煤氣全干式除塵技術(shù)在韶鋼2500m3高爐的應(yīng)用，充分發(fā)揮了布袋除塵煤氣含塵量低、運(yùn)行費(fèi)用低、節(jié)約水資源、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。它的建成投產(chǎn)和運(yùn)行成功，開(kāi)創(chuàng)了大型高爐應(yīng)用全干式布袋除塵技術(shù)的先河，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)煤氣干法布袋除塵技術(shù)在大型高爐上的推廣應(yīng)用將產(chǎn)生積極的影響，對(duì)我國(guó)鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展和提高競(jìng)爭(zhēng)力也具有重要意義。
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(本文作者：郭亮 鄧茂忠 蔡富良 韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣東曲江 512123)