包鋼4高爐煤氣全干法布袋除塵技術應用實踐
1 引 言
傳統的高爐煤氣清洗系統需要大量的水和比較復雜的水處理系統。而目前的全干法布袋除塵，不用水洗，不但節約了大量寶貴的水資源，同時煤氣溫度較高、體積較大，能使TRT發電量增加約30%。對于大高爐，干法電除塵由于投資大、結構較復雜、要求較高的操作水平，并需有濕法做備用，在鋼鐵企業中沒有得到廣泛推廣。目前已有萊鋼、太鋼等15座大高爐采用了干法布袋除塵技術。2005年年末，包鋼引進北京瑞帆公司的干法除塵設備，在煉鐵廠4高爐(2200m3)應用并取得成功。
2 目前國內1000m3以上高爐干法除塵運行率達不到100%的原因淺析
1987年和1998年，太鋼和攀鋼分別引進日本技術，在1250m3高爐上，首鋼在2536m3高爐上采用了干法布袋除塵技術，但均有濕法除塵系統做備用。2002年下半年，萊鋼、韶鋼750m3高爐純干法布袋除塵技術分別應用并取得成功，標志著純干法布袋除塵技術已成功應用于中型高爐。國內鋼鐵企業引進日本干法布袋除塵技術后干法運行率達不到100%有以下客觀原因。
2·1 設計并未要求高爐煤氣除塵按純干式運行
國內鋼鐵企業在引進日本干法布袋除塵技術時，都已有濕法除塵系統，為了減少投資，不但沒有拆除原有的濕法除塵系統，而且將其作為干法除塵系統出故障時的一種備用。有的干法除塵系統有多個箱體，但箱體進出口并未設置切斷閥，任一箱體內的布袋損壞需更換時都需切換至濕法運行，而布袋為易損件，不可能長期可靠運行。
2·2 布袋過濾負荷偏重
國內鋼鐵企業在引進日本干式布袋除塵技術時，為減少投資，布袋的過濾負荷設計較大，為1.0~1.3m3/(m2min)，但隨著煉鐵技術的不斷進步，高爐利用系數越來越高，荒煤氣發生量也越來越大，布袋過濾負荷已達1.5~1.7m3/(m2min)，布袋除塵器長期超負荷，不僅影響布袋的壽命，而且會對一些附屬設施(如彎頭、閥門、降溫裝置等)造成損壞，影響布袋除塵器的正常運行。
2·3 布袋清灰工藝相對落后
90年代中期，國內300m3級高爐的加壓反吹清灰工藝已逐漸被高效的外濾式脈沖布袋除塵清灰工藝所取代，但在引進干式布袋除塵技術時卻采用了日本的內濾式加壓反吹清灰工藝，該工藝存在風機易損壞、清灰能力較差、檢查破損布袋困難等問題，從而影響干式除塵器的運行。
3 高爐煤氣干法除塵工藝
3·1 干法除塵優點
與濕法除塵相比，干法除塵可簡化工藝系統，合理利用煤氣顯熱，提高煤氣燃燒熱效率，
高爐煤氣溫度按180℃計，每噸鐵可回收煤氣約30萬kJ的顯熱，相當于10kgce。一座2500m3
級高爐每年可多回收相當于2.12萬tce的煤氣熱量。同時可提高煤氣熱值126~129kJ/m3，提高熱風爐或鍋爐的效率，而且可增加發電量。節省大量水資源，還解決了二次水污染及污泥的處理問題等。
3·2 干法除塵原理
高爐煤氣經過重力除塵器除塵后，進入干式除塵器本體，經過濾袋的過濾，煤氣中較細塵粒被粘附在濾袋表面形成灰膜。當除塵器工作一段時間后，濾袋吸附的瓦斯灰層厚度增加，其阻力亦增大，此時對濾袋進行清灰。使除塵器又可以恢復正常工作。
3·3 包鋼4高爐干法除塵工藝
目前，國內中小型高爐煤氣干法濾袋除塵工藝中對濾袋清灰的方法有：凈煤氣加壓反吹清灰、低壓氮氣脈沖清灰和凈煤氣調壓反吹清灰。由于濾袋清灰的方法各異，高爐煤氣干法濾袋除塵工藝的主要設備———干法濾袋除塵器的主要形式有：正壓內濾式、正壓外濾式。正壓內濾式的濾袋清灰采用凈煤氣加壓反吹清灰或凈煤氣調壓反吹清灰；正壓外濾式的除塵器采用低壓氮氣脈沖清灰，近年又添一項凈煤氣脈沖清灰(正壓外濾式除塵)除塵工藝。包鋼4高爐采用了正壓外濾式、低壓氮氣脈沖清灰。
3·3·1 工藝設備及參數
包鋼4高爐煤氣除塵器中，采用了國內最先進的技術，單箱體直徑長為5.2m，采用兩排噴吹管對吹的形式。對于濾料的選擇，采用了P84含量不低于30%的耐高溫濾料FMS，透氣性、灰塵脫落性、耐高溫性能優良。卸輸灰系統上采用倉壁振動器與氮氣炮并存的方法、以及氣力輸灰。在電控系統上采用了編程操作都非常方便的DCS系統。
具體工藝參數如下：
處理煤氣量： 41.4萬m3/h
設計壓力： 0.18MPa；
工作溫度： 130~260℃；
箱體個數： 12；
每箱布袋數： 356條；
布袋規格：φ130×6900，玻纖針刺氈、FMS；
凈煤氣含塵量： 1.5mg/m3；
荒煤氣含塵量： 8.0g/m3；
清灰介質：氮氣；
脈沖壓力： 0.3~0.4MPa。
3·3·2 工藝流程
正壓外濾式除塵器由灰斗、氣流分布裝置、脈沖噴吹裝置、濾袋及骨架、泄爆孔等組成。工作時，煤氣經重力除塵器、旋風除塵器后按切線方向進入干法濾袋除塵器，粗塵粒被沉降到灰斗，細塵粒隨荒煤氣氣流進入氣流分布裝置后均勻上升到濾袋區，最終被阻擋在濾袋外表面，過濾后的凈煤氣集于頂部導出，進入凈煤氣總管，完成煤氣除塵工藝要求。
3·3·3 工藝控制
(1)清灰系統
采用定時離線清灰，可設置脈沖寬度和脈沖間隔時間。當除塵器工作一段時間后，濾袋外側的瓦斯灰層厚度增加，其阻力亦增大，此時應對濾袋進行清灰。脈沖清灰過程中，每臺除塵器上都設置了脈沖閥控制器，以氮氣為清灰動力，由DCS發出程控信號，依次觸發34個脈沖閥，在瞬間釋放低壓氮氣。由于動能與勢能的共同作用，由脈沖閥瞬間噴吹的低壓氮氣，使相應等待清灰的一組濾袋突然膨脹和振動，抖落積附在濾袋外側的瓦斯灰塵，以恢復濾袋的除塵功能，使除塵器自始至終保持良好的工作狀態。脈沖清灰在工藝中可以按壓差清灰和定時清灰設定。壓差清灰按 ΔP≥5kPa設定；定時清灰根據實際情況設定清灰時間。
在反吹啟動過程中，如發現某箱體發生故障或其它原因不能進行脈沖反吹時，可將該箱體“解饋”隔離，此時反吹系統就不對該箱體反吹。
(2)卸灰系統
當灰倉報警，中間灰倉的下部氣動卸灰球閥打開時，對應的中間灰倉上部的氣動卸灰球閥和該中間灰倉的倉壁振動器必須處于關閉狀態，反之亦然。啟動埋刮板輸灰機，由斗式提升機將灰送至高位灰倉，加濕機打開，由汽車將灰運至燒結區。
(3)煤氣溫度控制系統及報警系統
由于荒煤氣進入除塵器的溫度低于80℃時，容易造成煤氣中瓦斯灰粘在濾袋表面，形成一層不透氣且不易清除的結塊，使濾袋失效；而進入除塵器的煤氣溫度高于260℃時，會造成濾袋使用壽命降低或燒壞濾袋。因此，應控制荒煤氣進入除塵器的溫度在130~260℃之間，由于該項目未設計荒煤氣冷卻、加熱裝置。為此在爐頂設置打水裝置，當進入除塵器的荒煤氣溫度超出260℃時，爐頂打水開始報警，打水裝置有自動和手動兩種方式，可方便使用。同時，為防止高溫荒煤氣堵塞打水管道，在管道上用氮氣保護。如溫度超出上限不多時可只開US1或US2，如煤氣溫度超上限較多時可同時開US1和US2。當遇高爐失常、休風等煤氣溫度低于下限時，計算機自動控制打開放散閥放散，確保濾袋安全。
(4)放散系統
由三個調節閥、兩個插板閥、一個蝶閥、放散管組成。當荒煤氣溫度<130℃ 或>260℃時報警，自動控制各箱體出入口蝶閥關閉，系統運行時DN2000蝶閥打開20%定值角度，一個DN600蝶閥根據煤氣流量開一定角度，另一個DN600蝶閥根據頂壓和煤氣量自動調節。
4 使用效果
4·1 除塵率高、凈煤氣含塵量低
使用干法除塵后煤氣含塵量較濕法低，見表1，一般能保持在1.2~3.0mg/m3，而濕法除塵一般在15mg/m3，確保了煤氣優質高效。
表1 高爐煤氣含塵量
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4·2 節能環保效果好
(1)采用干法除塵后煤氣平均溫度達175℃，
比濕法除塵提高100℃左右。由于煤氣的顯熱多用于鍋爐加熱可節省煤氣，用于熱風爐加熱可使熱風溫度提高30~40℃左右。同時TRT發電由原來的6500kW/h增加到現在的10000kW/h，增加了約35%，按每度電0·5元計算，一年可多創造價值1500萬元。
(2)由于干法除塵沒有洗滌塔、沉淀池等，杜絕大量污水、污泥的產生，每年可少向大氣中排放大量粉塵。
(3)節水。全干法除塵僅在清灰加濕過程中用少量水，而濕法除塵耗水1260t/h，新水消耗年節約70萬元。
(4)節電。濕法除塵用電主要為連續運轉的各種循環水泵和輔助設備耗電多。干法除塵主要是輸灰設備間斷運行耗電少，每年可節約電費1250萬元。
5 存在的問題及經驗積累
5·1 高爐操作因素
全干法除塵正常運行的環境主要是穩定的高爐操作，包鋼所使用的FMS濾袋工作溫度在130~260℃之間，溫度過高會燒毀布袋，太低會使布袋結露。因此控制好進入箱體荒煤氣溫度是布袋除塵器應用成敗的關鍵，必須穩定爐況，加強兩工序的協調。
5·2 設備因素
(1)包鋼4高爐于1995年11月建成投產，2003年2月進行了一次中修，運行了將近11年，部分煤氣管道老化。全干法除塵投入運行后，由于凈煤氣溫度高達170℃左右，比原來高出約100℃，煤氣管道在高溫煤氣的沖刷下破損嚴重， 2006年5月點檢人員發現調壓閥組后煤氣管道有多處漏點，煤氣泄漏嚴重，高爐被迫休風10h焊補漏點，但效果并不理想，送風后仍有小漏點，因此公司計劃更換整個凈煤氣管道。
(2) TRT發電能力不足。TRT建設初期設計能力為10000kW/h，全干法除塵運行后發電
量已達設計能力，全負荷運行，如高爐冶煉強度提高，煤氣量增加則不得不放散。
(3)為減輕布袋除塵的除塵負荷，在重力除塵器后設置了旋風除塵器，經旋風除塵后含塵量降到8.0g/m3左右。設計初期采用干法卸灰，實際運行后卸灰時揚塵太大，污染環境，后改造為加濕卸灰，但加濕器處理能力小(設計處理能力為30t /h)，旋風除塵器卸灰閥的開度為0~90°，即使開度在最小5~10°時，旋風除塵器的下灰量仍然大于30t/h，導致攪龍被擠死。而且不耐高溫、高壓，灰塵溫度高達270~300℃，軸頭填料和密封膠圈被吹開，密封性差，造成二次污染。5月18日計劃休風時，由于打不凈除塵器灰休風被迫推后6h，因此急需改造。
6 結 語
全干法布袋除塵技術在包鋼4高爐的應用取得了巨大的成功，積累了寶貴的經驗和依據，具有極大的推廣價值和廣泛的應用前景。為此，包鋼在6高爐(2500m3，在建中，預計2006年10月投產)也使用了干法除塵技術，同時明年準備在2高爐(1800m3)、5高爐(1500m3) 也采用干法除塵技術。干法除塵的應用大大降低了煉鐵工序的能耗，同時也將使包鋼噸鋼能耗有顯著的降低。據統計， 2006年1~5月包鋼噸鋼耗新水降低到7.81t，而去年是25.3t，低于2010年行業噸鋼耗新水8.0t的目標水平，使用干法除塵后噸鋼耗新水將進一步降低。
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