1 概述
1.1 高爐煤氣是一種有回收價(jià)值的能源
高爐煤氣(簡(jiǎn)稱BFG)是高爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品。正常冶煉時(shí),噸鐵發(fā)生量約為1400-2000Nm3,壓力0.05-0.25MPa,溫度150-300度,BFG中CO占20-30%,H2占2-5%,熱值3000-3800kJ/Nm3。含有豐富的物理能、化學(xué)能,_具回收價(jià)值。
按2006年統(tǒng)計(jì),我國(guó)現(xiàn)有高爐1250座,年產(chǎn)生鐵約4億噸,其中1000m3以上為120座,產(chǎn)量占40%,可見(jiàn)中小型高爐仍占較大份額。
1.2 高爐煤氣的回收利用
我國(guó)現(xiàn)役高爐煤氣的發(fā)生總量約計(jì)7.0X1010Nm3/a,大都設(shè)有處理回收裝置,但回收利用率差異較大,如寶鋼等新建大高爐大于99%,包鋼等大部分中型高爐大于90%,仍有不少中小型高爐只達(dá)到70-80%。
先期建設(shè)的高爐,大都采用文氏管濕法流程將爐頂荒煤氣處理為凈煤氣,用于熱風(fēng)爐等加熱設(shè)備,繼后對(duì)1000m3以上高爐開(kāi)發(fā)應(yīng)用爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置(TOP GAS Pressure Recovery Turbine,簡(jiǎn)稱TRT),利用BFG的壓力能及熱能經(jīng)透平膨脹做功,帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,噸鐵發(fā)電量可達(dá)20-40kwh。截至2004年底我國(guó)1000m3以上高爐共97座,配置TRT的有66套。“十五”期間我國(guó)發(fā)改委<節(jié)能長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃>規(guī)定,爐頂余壓大于0.1MPa的大中型高爐均應(yīng)配置TRT裝置。上世紀(jì)九十年代瑞士BBC公司研制成功高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)庹舭l(fā)聯(lián)合發(fā)電機(jī)組(CCPP),進(jìn)一步提高BFG的利用熱效率。2003年寶鋼建成世界上首臺(tái)燃燒低熱值高爐煤氣的大型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組,熱電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到45.5%。同期首套國(guó)產(chǎn)高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組在通鋼投入運(yùn)行,聯(lián)合循環(huán)熱效率達(dá)到40%。
1.3 高爐煤氣凈化的技術(shù)進(jìn)步
傳統(tǒng)的BFG濕法凈化流程存在占地大、能耗高、凈煤氣質(zhì)量差等問(wèn)題。1912年德國(guó)_BFG袋式干法除塵技術(shù)(簡(jiǎn)稱BDC),50年代在歐美發(fā)達(dá)_推廣應(yīng)用。70年代日本住友金屬引進(jìn)德國(guó)_,與日立造船聯(lián)合進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),于1982年在小倉(cāng)鋼廠1850m3高爐建成以化纖針刺氈濾袋和凈煤氣加壓反吹清灰為特征的BDC裝置,投入生產(chǎn)性運(yùn)行,并獲得迅速推廣。據(jù)日本鋼聯(lián)對(duì)58座大中型現(xiàn)役高爐調(diào)查,采用全干法袋除塵的有11座,干濕兩用的有29座,兩項(xiàng)合計(jì)約占70%。其中不乏5000m3級(jí)的大高爐。
與以二文為特征的濕法流程相比,BDC具有多種_性:
(1)具有_而穩(wěn)定的凈化效能,凈煤氣含塵量低于5mg/Nm3,提高BFG的品質(zhì)和熱值;
(2)充分利用BFG的壓力能、熱能,提高TRT發(fā)電量30-50%;
(3)從根本上免除了瓦斯泥和污水處理的龐大設(shè)施及其對(duì)環(huán)境的污染;
(4)節(jié)地40-50%,節(jié)水80-90%,節(jié)省投資30-40%,節(jié)省運(yùn)行能耗70-80%,通常在項(xiàng)目投運(yùn)1-2年內(nèi)即可回收全部投資,環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益_顯著。
1.4 我國(guó)BDC已走上快速發(fā)展道路
我國(guó)于1974年首先在河北涉縣鐵廠13m3小高爐上嘗試應(yīng)用玻纖濾袋反吹風(fēng)除塵技術(shù),并逐步在300 m3以下小高爐上推廣。1984年作為_(kāi)重點(diǎn)節(jié)能項(xiàng)目,由太鋼引進(jìn)日本住友技術(shù),在1200m3高爐實(shí)施BFG袋式干法除塵技術(shù)的研究攻關(guān),從1987年8月建成投入試運(yùn)行,歷時(shí)十多年不懈探索、不斷改進(jìn),于1998年7月實(shí)現(xiàn)全干法正常運(yùn)行,為我國(guó)BFG—BDC向中型高爐發(fā)展積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。
1990年我國(guó)自行研制開(kāi)發(fā)的化纖濾袋脈沖袋式除塵器應(yīng)用在淮南鋼廠75m3小高爐上獲得成功。用高壓氮?dú)饷}沖清灰代替凈煤氣加壓反吹清灰,克服了BDC引進(jìn)技術(shù)的清灰不足和缺陷,是我國(guó)BDC技術(shù)的一大進(jìn)步,并迅速在一大批中小型高爐推廣運(yùn)用。2004年8月鋼鐵協(xié)會(huì)在濟(jì)南召開(kāi)_高爐煤氣全干法除塵技術(shù)推廣研討會(huì),積_推動(dòng)“新型干法”由小高爐向中大型高爐發(fā)展,在本年度_有重鋼、天管750、首鋼、阜寧1260、萊鋼1880等高爐的全干法除塵系統(tǒng)投入運(yùn)行。
進(jìn)入新世紀(jì)我國(guó)政府把“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”作為指導(dǎo)方針。中國(guó)鋼協(xié)把高爐煤氣干法除塵列為冶金工業(yè)“三干一電”工藝技術(shù)首推項(xiàng)目。這股強(qiáng)勁的東風(fēng),推動(dòng)了我國(guó)高爐煤氣袋式干法除塵的快速發(fā)展,先后涌現(xiàn)了通鋼、承鋼、韶鋼、萊鋼、包鋼等一批高爐煤氣全部實(shí)現(xiàn)BDC的_企業(yè)。繼2004年萊鋼1880、韶鋼2500高爐改造成功,2006年包鋼與有關(guān)單位合作開(kāi)發(fā)應(yīng)用大筒體及氣力輸灰等新技術(shù),將六座高爐(1800-2500m3)全部改為BDC,在規(guī)模和技術(shù)上取得雙突破。2007年唐鋼、武鋼、漣鋼等一批3200高爐正在實(shí)施BFG-BDC,并且首鋼曹妃甸新建5500高爐,寶鋼一號(hào)高爐(5000m3)大修工程都已確認(rèn)采用BDC技術(shù)方案。
2 BDC核心技術(shù)
BFG是高溫、高壓、可燃、易爆、有毒氣體,并且其參數(shù)是隨冶煉工況而波動(dòng)的。BFG除塵裝置本身作為高爐冶煉工藝的有機(jī)組成部分,講究運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性。因此與環(huán)境除塵設(shè)備相比,在其設(shè)計(jì)、制造、配件選用及運(yùn)行控制環(huán)節(jié)有其特殊要求。整個(gè)BDC工藝可拆解為參數(shù)調(diào)制、除塵凈化、卸灰輸灰、安全監(jiān)控等項(xiàng)核心技術(shù)。
2.1 荒煤氣參數(shù)調(diào)制
2.1.1荒煤氣降溫處理
高爐正常冶煉時(shí),爐頂出口煤氣溫度150-250度,按此進(jìn)行除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及濾料選配。但在高爐非正常工況,尤其在發(fā)生崩料、坐料時(shí),短時(shí)間可上升到400-500度,甚至600度,需要進(jìn)行降溫及控溫處理。
降溫方法有間接換熱冷卻和直接噴霧冷卻兩大類。間接冷卻又由殼管式水冷、熱管及機(jī)力空冷等形式。間接水冷方式存在熱惰性大、易腐蝕損漏、耗水量大等缺點(diǎn)。而直接噴霧冷卻具有反應(yīng)迅速、控制方便、節(jié)水節(jié)能等特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)十多年工程實(shí)踐,隨著噴霧技術(shù)的不斷提高與完善,逐步形成了以直接噴霧冷卻為主、以間接機(jī)力空冷為輔的技術(shù)方針。對(duì)300-500度的高溫工況采用一次噴霧冷卻,將荒煤氣溫度直接降到260度;對(duì)450-600度的_高溫工況,為防止煤氣含濕量過(guò)大,在噴霧冷卻同時(shí)輔以機(jī)力空冷。
噴霧冷卻技術(shù)的關(guān)鍵是霧化與控制,要求霧滴微細(xì)分布均布。早先開(kāi)發(fā)的是單相高壓回流噴嘴,供水壓力3-4MPa,依靠高壓及小孔實(shí)現(xiàn)霧滴微細(xì)化,依靠回流水調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)溫度控制,這種噴嘴存在能耗大、噴孔易磨易堵等問(wèn)題。繼后開(kāi)發(fā)兩相噴嘴,利用氣體動(dòng)力霧化水,實(shí)現(xiàn)霧滴_微細(xì)化,供氣、供水壓力只需0.4-0.6MPa,結(jié)構(gòu)形式多種多樣。在高爐煤氣冷卻領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛而成功的是斯普瑞公司的FloMax-FM型噴嘴及其AutoJet控制器,如圖1所示。
兩相噴霧冷卻裝置
這套裝置具有以下特點(diǎn):
(1)噴嘴采用_的導(dǎo)流環(huán)、靶釘和空氣帽的三級(jí)霧化技術(shù),達(dá)到_細(xì)霧化(d32<100um,dmax<200um),有利于快速汽化蒸發(fā)(<5S);
(2)單個(gè)噴嘴霧化量及可調(diào)范圍大(0.1-15t/h),射程長(zhǎng)(4-12m),霧滴覆蓋范圍大(直徑1-3.8m),有利于減少噴嘴量;
(3)可以在較低氣壓(0.2-0.3MPa)和較低水壓(0.2-0.5MPa)條件下實(shí)現(xiàn)微細(xì)霧化,同時(shí)大幅度減少煤氣體積,具有顯著的節(jié)水(90%)、節(jié)電(20-30%)和綜合節(jié)能效果;
(4)可確保在煤氣溫度降至140-150度時(shí)不濕底(即不凝析機(jī)械水),同時(shí)具有降低比電阻,促使細(xì)粒塵凝聚沉降的功能;
(5)噴嘴選用_耐磨料精密制造,孔徑大(5-10um),并實(shí)行自動(dòng)定期吹掃,確保噴嘴不易磨損、結(jié)垢堵塞,并且對(duì)噴霧水沒(méi)有特殊水質(zhì)要求(用一般工業(yè)水,甚至江河水即可)。
(6)配有專有控制系統(tǒng),布設(shè)多個(gè)測(cè)溫探頭(熱電偶),噴嘴分組控制,確保安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行。
FM2_霧化噴嘴性能曲線 (壓氣4.14bar)
荒煤氣的蒸發(fā)冷卻又有爐頂噴霧、重力除塵器噴霧和專用噴霧塔等形式。工程實(shí)踐表明:爐頂噴霧冷卻是一種_為合理而有效的冷卻方式,用兩相噴嘴微細(xì)噴霧代替常規(guī)的爐頂打水,在同樣達(dá)到保護(hù)爐頂設(shè)備的同時(shí),將荒煤氣溫度降至300度左右,顯著減少煤氣中的機(jī)械水,滿足袋式除塵要求,同時(shí)大量節(jié)省爐頂冷卻水,有利于高爐安全生產(chǎn)。當(dāng)爐頂噴霧難以實(shí)施,或者尚不能滿足降溫要求時(shí),可在重力除塵器筒體內(nèi)增設(shè)霧化噴嘴。重力除塵器內(nèi)噴霧,同時(shí)可以促進(jìn)細(xì)粒塵凝聚,提高重力除塵效率。當(dāng)上述兩種方式都難以實(shí)施時(shí),可以設(shè)計(jì)專用的噴霧冷卻塔。
機(jī)力空冷器是在自然空冷器的基礎(chǔ)上進(jìn)化而成,分為管式與板式兩種基本結(jié)構(gòu)形式。板式機(jī)力空冷器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,綜合性能優(yōu)良,應(yīng)用日趨廣泛,具有以下特點(diǎn)(板式機(jī)力空冷凝結(jié)構(gòu)如圖3所示)。
板式機(jī)力空冷器
(1)用δ3鉬鋼板組合隔縱橫通道,縱向走熱煙氣,橫向走冷空氣,與管式相比,_了換熱邊界條件,并具自振清灰功能;
(2)用空氣作為冷卻介質(zhì),借助多臺(tái)風(fēng)扇的組合鼓風(fēng)效應(yīng),提高換熱性能,傳熱系數(shù)可達(dá)16-25W/m2.K,并便于控制煙氣終態(tài)溫度;
(3)空冷器頂部配設(shè)聲波清灰器,實(shí)現(xiàn)定周期自動(dòng)清灰,確??绽淦鞣€(wěn)定低阻運(yùn)行(△H<=1000Pa);
(4)機(jī)力空冷器不會(huì)增加煙氣含濕量,適宜用作袋式除塵器入口高溫?zé)煔?450-300度)的末端冷卻裝置。
2.1.2荒煤氣低溫對(duì)策
高爐在點(diǎn)火開(kāi)爐時(shí)有個(gè)升溫過(guò)程,爐氣溫度低于100度,且含濕量較大,在休風(fēng)時(shí)爐氣溫度也會(huì)降至100度以下。在這類非正常冶煉工況條件下,可能會(huì)使袋式除塵器引起低溫結(jié)露,須采取相應(yīng)對(duì)策。
(1)采用直接摻混高溫氣體或換熱器間接加熱方式,使?fàn)t氣溫度升至100度以上,斯普端公司正在開(kāi)發(fā)利用爐頂噴霧冷卻噴嘴作為燒嘴直接燃燒升溫的技術(shù),一套裝置即可降溫,又可升溫,是比較合理的;
(2)除塵器選用耐水解性纖維(PPS、PTFE、GL等)制織的濾料,表面再進(jìn)行拒水防油處理,用以裝備若干個(gè)箱體,專門(mén)用于非正常低溫高溫工況;
(3)在開(kāi)爐或休風(fēng)時(shí),在濾袋表面預(yù)噴干燥滑爽塵(煤粉、焦粉等)加以保護(hù),避免出現(xiàn)糊袋;
為安全穩(wěn)妥起見(jiàn),對(duì)于原已建有濕法凈化裝置的改造項(xiàng)目,在干法除塵改造方案中,可以暫時(shí)保留濕法流程,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間摸索,積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后,再切除濕法裝置。
2.1.3荒煤氣預(yù)除塵措施
高爐荒煤氣初始含塵量可達(dá)30g/Nm3,并攜帶灼熱的鐵、渣塵粒,宜采取預(yù)除塵措施。
通常先設(shè)一道重力除塵,除去灼熱的粗粒塵(>=20-30um)。出口含塵濃度降至6-12g/Nm3,避免下_袋式除塵器燒灼濾袋,并減輕除塵負(fù)荷,這是_合理的配置。有些工程在重力除塵器后再加_旋風(fēng)除塵,意在進(jìn)一步減輕濾袋負(fù)荷和閥門(mén)磨損,事實(shí)證明收效不大,沒(méi)有推廣價(jià)值。
2.2 袋式除塵凈化技術(shù)
針對(duì)高爐的冶煉工藝和煤氣特性,我國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功適用于高爐煤氣干法除塵的袋式除塵成套技術(shù)及其系列產(chǎn)品。
2.2.1脈沖清灰袋式除塵技術(shù)
德國(guó)早期開(kāi)發(fā),以后日本移植并推廣應(yīng)用的BFG袋式除塵器都屬于內(nèi)濾反吹清灰型。我國(guó)_早在小高爐上使用,包括1984年太鋼從日本引進(jìn)的也是這種類型。反吹風(fēng)型袋式除塵器存在清灰能力弱、運(yùn)行阻力高、體積龐大、故障因素多、運(yùn)行能耗高等弱點(diǎn)。1990年我國(guó)首先在淮鋼75m3高爐煤氣干法除塵項(xiàng)目使用外濾脈沖清灰型袋式除塵器獲得成功。除了從根本上克服了內(nèi)濾反吹風(fēng)除塵器存在的諸多問(wèn)題外,還有利于提高過(guò)濾速度(從0.5m/min提到0.8m/min),開(kāi)創(chuàng)了高爐煤氣干法除塵的新局面,之后沿襲這一技術(shù)路線,不斷地改進(jìn)完善,在大中型高爐推廣應(yīng)用。
隨著高爐的大型化,帶來(lái)除塵器筒體的大型化(從φ3.2m到φ6.0m)和濾袋規(guī)格的長(zhǎng)袋化(從4.8m到8.0m),并催生了導(dǎo)流噴嘴、雙向脈沖噴吹、分節(jié)袋籠、無(wú)障礙換袋等多項(xiàng)_技術(shù),使之能夠_適應(yīng)大型高爐煤氣袋式干法除塵的要求。脈沖袋式除塵器單元筒體結(jié)構(gòu)如圖4所示。
1.荒煤氣出口主管;2.煤氣蝶閥;3.盲板閥;4.箱體煤氣放散系統(tǒng);5.中間灰斗放散系統(tǒng);6.泄爆閥;7.噴吹系統(tǒng);
8.花板;9.濾袋組件;10.箱體;11.蒸汽加熱系統(tǒng);12.卸灰閥組;13.中間灰斗;14.輸灰系統(tǒng).
圖4 脈沖袋式除塵器單元筒體
2.2.2混合纖維型特種功能濾料
高爐煤氣對(duì)除塵濾料的基本要求:在正常工況條件下要求耐溫性好(250-300度);在非正常工況條件下還要求耐濕性好(在<100度時(shí)不發(fā)生糊袋水解)。對(duì)濾料材質(zhì)的選用經(jīng)歷了玻璃纖維、芳族聚酰胺(Nomex)、聚酰亞胺(P84)、聚四氟乙烯(PTFE)及其混合纖維的進(jìn)化過(guò)程。工程應(yīng)用表明:以聚酰亞胺和_細(xì)玻纖為原料采用特殊工藝制成的混合針刺氈是當(dāng)前高爐煤氣袋式干法除塵的_濾料。我國(guó)的商品名為萊氟RZMS-Ⅱ型、FMS?9806、PUNATE?CPD002。這種混合纖維針刺氈的基布為玻纖,絮棉層為兩種纖維混合料,表面用PTFE滲膜處理,兩種材質(zhì)揚(yáng)長(zhǎng)避短,具有_的綜合性能。
(1)利用P84纖維斷面異形(葉瓣形),表現(xiàn)面積大的特點(diǎn)與圓形斷面的光滑玻纖抱合良好,具有_低阻過(guò)濾性能,出口含塵濃度可達(dá)5mg/Nm3以下;
(2)P84和玻纖均有良好的耐熱性能,混合針刺氈的連續(xù)使用溫度可達(dá)260度,瞬間耐溫300度;
(3)利用玻纖基布高強(qiáng)低伸以及P84纖維耐磨抗折的綜合特性,混合針刺氈具有優(yōu)良的機(jī)械力學(xué)性能,正常使用壽命可達(dá)3-4年;
(4)P84纖維是至今_進(jìn)口的高價(jià)原料,而_細(xì)玻纖可立足國(guó)產(chǎn),價(jià)格低廉,兩種纖維按適量比例混合可以大幅度降低原料成本,成為性價(jià)比優(yōu)良的特種功能除塵濾料。
2.3 卸灰輸灰技術(shù)
高爐煤氣袋式除塵器各筒體灰斗收集的粉塵,由卸灰、輸灰裝置轉(zhuǎn)運(yùn)到貯灰倉(cāng),集中外排,基本要求是定時(shí)定量確保密封。
2.3.1零泄漏串級(jí)卸灰裝置
各除塵筒體灰斗出口的卸灰裝置由上球閥、偏置式鐘形罩、下球閥以及破拱裝置、料位計(jì)等組成,通過(guò)自控程序動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)定量、定料位、無(wú)泄漏卸灰。
2.3.2正壓式氣力輸灰裝置
我國(guó)早期實(shí)施的中小型高爐煤氣除塵系統(tǒng)大都采用常規(guī)的機(jī)械輸灰方式(由刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)等組成),隨著煤氣除塵系統(tǒng)的大型化,逐漸暴露機(jī)械輸灰裝置體積龐大、故障率高、氣密性差、輸送距離及提升高度受限的弊端。近期開(kāi)發(fā)成功正壓氣力輸灰技術(shù),與傳統(tǒng)機(jī)械輸灰方式相比具有較多_性:
(1)擁有常規(guī)氣力輸灰方式固有的優(yōu)點(diǎn),裝置體積小、氣密性好、輸送路徑不受限制;
(2)按正壓中相輸灰原理設(shè)計(jì),輸灰量大、耗氣量小、輸送距離長(zhǎng)、輸灰管路不易磨損;
(3)利用除塵器出口凈煤氣余壓作為輸灰動(dòng)力,輸灰尾氣經(jīng)二次過(guò)濾后重返凈煤氣管,入柜回收,_為_(kāi);
(4)輸灰管路及防磨措施設(shè)計(jì)、輸灰參數(shù)及程序的調(diào)控操作是高爐煤氣除塵氣力輸灰裝置得以正常運(yùn)行的關(guān)鍵。
2.3.3密閉輸灰罐車
怎樣避免貯灰倉(cāng)收下塵外運(yùn)過(guò)程中產(chǎn)生二次污染?自從寶鋼工程引進(jìn)日本吸引壓送罐車密閉輸灰技術(shù),經(jīng)過(guò)二十年實(shí)踐,一致認(rèn)為這是一種_適宜的粉料外運(yùn)方式。至今我國(guó)已實(shí)現(xiàn)輸灰罐車國(guó)產(chǎn)化,并大量推廣應(yīng)用。在具體用于高爐煤氣干法除塵輸灰的實(shí)踐中又有創(chuàng)新和發(fā)展。
(1)為避免罐車直接從貯灰倉(cāng)外排灰時(shí)煤氣隨之溢出,而在大貯灰倉(cāng)下設(shè)容量約15m3的轉(zhuǎn)運(yùn)小灰罐,外排灰作業(yè)時(shí)先打開(kāi)大灰倉(cāng)卸灰閥,待裝滿小灰罐后,關(guān)閉大灰倉(cāng)卸灰閥,再打開(kāi)小灰罐卸灰閥開(kāi)始外排灰,裝入罐車。采用這一技術(shù)同樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重力除塵器收下塵采用罐車“外排灰”作業(yè)。
(2)將罐車常規(guī)使用的吸入壓出方式,改為雙壓送方式,有利于加快罐車受料速度(可提高一倍),減緩軟管磨損、節(jié)省能耗和資材。同時(shí)雙壓送罐車因省卻了真空泵和發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力設(shè)備,體積和車價(jià)大幅度減少。圖5為雙壓送罐車受料作業(yè)系統(tǒng)圖。
(3)當(dāng)高爐煤氣除塵灰中含有鈉、鉀等輕金屬元素時(shí),遇空氣會(huì)自燃,曾發(fā)生罐車及管路密封件燒毀等事故。此時(shí)可采用工廠氮?dú)庠刺娲捃嚳諌簷C(jī)實(shí)現(xiàn)壓送受料,或在罐車采用自備氣源壓送的同時(shí),在始端接入工廠氮?dú)庵品廊肌?nbsp;
2.4 安全防范及監(jiān)控技術(shù)
高爐煤氣袋式干法除塵裝置_充分考慮高爐煤氣高壓、有毒、可燃、易爆等特性,采取妥善的安全防范及監(jiān)控措施。
2.4.1除塵箱體設(shè)計(jì)
采用鋼制圓筒形箱體,按GB150<鋼制壓力容器>標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。上端橢圓形封頭壓制成形,下端圓錐形灰斗傾角大于65度,接口采用自動(dòng)埋焊焊接,并進(jìn)行探傷檢測(cè),整體做耐壓氣密性試驗(yàn)。
2.4.2導(dǎo)流均布裝置
高爐煤氣從下部進(jìn)入筒體,要求斷面氣流均勻平穩(wěn),成層流狀,切忌形成偏流、渦流。為此宜配設(shè)合理的導(dǎo)流均布裝置:
(1)入口做擴(kuò)散管,降低進(jìn)口流速,并設(shè)導(dǎo)流擋板,改變?nèi)肟跉饬鞣较颍?/font>
(2)在筒體入口上部設(shè)均流整流柵板,形成向上均布?xì)饬鳎?/font>
(3)在柵板與袋底之間留出_空間,進(jìn)一步均壓穩(wěn)流,避免塵氣對(duì)濾袋的局部沖刷磨損。
2.4.3泄爆放散裝置
在每個(gè)除塵筒體頂上設(shè)_壓泄爆放散裝置一套,有自閉式膜片泄爆閥組,放散管和氣體取樣檢測(cè)口等組成。泄爆閥能自動(dòng)復(fù)位,防止煤氣大量外溢。通過(guò)取樣口檢測(cè)分析,判斷泄爆閥是否泄漏。
2.4.4充氮置換放散裝置
為適應(yīng)在線檢修的要求,在每個(gè)筒體設(shè)充氮置換放散裝置一套。在筒體頂上設(shè)放散球閥、放散管和氣體取樣檢測(cè)口,放散管底部設(shè)氮?dú)庖淦?,同時(shí)在筒體的中下部設(shè)充氮噴嘴,下推上引,加速煤氣安全放散。_后在取樣口檢測(cè)分析,判斷是否達(dá)到人體安全作業(yè)要求。
2.4.5濾袋檢漏報(bào)警裝置
在每一除塵筒體出口配設(shè)粉塵濃度在線檢測(cè)儀,檢測(cè)信號(hào)傳送值班室儀表盤(pán)顯示,并進(jìn)行破袋故障報(bào)警。
2.4.6筒體伴熱保溫措施
為防止除塵器收下塵在界壁冷卻、結(jié)露受潮,影響正常卸灰,在除塵器和貯灰倉(cāng)的下部筒體和灰斗外壁采用_細(xì)玻纖氈保溫。在灰斗部位壁面還需布設(shè)蒸汽伴熱管,保溫層外包鍍鋅鐵皮防護(hù)。
2.5高爐冶煉工藝及操作技術(shù)
高爐煤氣干法除塵對(duì)高爐冶煉工藝及操作技術(shù)提出了更嚴(yán)格要求:冶煉工藝力求穩(wěn)定,爐頂壓力適當(dāng)提高。相對(duì)而言大高爐比小高爐有利。我國(guó)冶金企業(yè)已在實(shí)踐中摸索總結(jié)了一整套成熟經(jīng)驗(yàn)。
2.5.1穩(wěn)定運(yùn)行工況
吃精料,抓混勻,提高原、燃料供配穩(wěn)定性和裝料的均勻準(zhǔn)確性,穩(wěn)定爐內(nèi)熱力制度和造渣制度,從而穩(wěn)定爐頂煤氣參數(shù)。
2.5.2提高爐頂壓力
改進(jìn)爐頂設(shè)備,采用無(wú)料鐘、高風(fēng)溫、富氧大噴煤等_技術(shù),提高冶煉強(qiáng)度和爐頂壓力,穩(wěn)定爐內(nèi)工況。
2.5.3加強(qiáng)操作管理
嚴(yán)格制訂操作規(guī)程,推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)方法,提高設(shè)備完好率,降低設(shè)備休風(fēng)率,穩(wěn)定操作制度,延長(zhǎng)爐役壽命。
3 工程業(yè)績(jī)與實(shí)例
3.1 工程業(yè)績(jī)
從2003年開(kāi)始我國(guó)高爐煤氣袋式除塵技術(shù)向中大型高爐推廣應(yīng)用。據(jù)不_統(tǒng)計(jì),至今有38座1000m3以上的高爐已經(jīng)建成或正在實(shí)施煤氣干法除塵流程。在萊鋼、包鋼等_企業(yè)帶動(dòng)下,各家鋼鐵集團(tuán)都已開(kāi)始行動(dòng),詳見(jiàn)附表1。
呈現(xiàn)以上特色:
(1)除先期建設(shè)的太鋼3#、濰坊1080等高爐仍采用反吹風(fēng)袋式除塵器外,都采用我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的氮?dú)饷}沖清灰袋式除塵器;
(2)與高爐大型化相適應(yīng),除塵器筒體由Φ3.2m加大到Φ6.0m,濾袋長(zhǎng)度由4.8m加長(zhǎng)到8.0m,脈沖噴吹由單噴發(fā)展到雙噴;
(3)濾袋材質(zhì)由芳族聚酰胺(Nomex)進(jìn)化為聚酰亞胺(P84)和_細(xì)玻纖(GL)混合,濾料的工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量以及耐溫、耐濕性能大幅度提高,在正常爐況條件下的使用壽命可達(dá)2-3年;
(4)突破原有機(jī)械輸灰的傳統(tǒng)模式,開(kāi)發(fā)成功更為緊湊、便捷、節(jié)能、安全的氣力輸灰方式,已在十多個(gè)工程中推廣應(yīng)用。
(5)脈沖清灰袋式除塵器的運(yùn)行阻力可以控制在1.5-2.0KPa,凈煤氣含塵濃度小于5mg/Nm3,TRT發(fā)電量增加30-50%,具有良好的_效益;
(6)與傳統(tǒng)的濕法凈化流程相比,新建項(xiàng)目的一次投資節(jié)約30-40%,改造項(xiàng)目的全部投資約在1-2年即可全部回收,具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
3.2 工程實(shí)例—寶鋼不銹鋼2500m3高爐改造工程
3.2.1概況
高爐工藝參數(shù):
(1)高爐容積:2500 m3;
(2)煤氣發(fā)生量:(正常)42X104 Nm3/h,(_)46X104 Nm3/h;
(3)爐頂煤氣壓力:(正常)0.184 MPa,(_)0.25 MPa;
(4)重力除塵器后煤氣溫度:(正常)100-150 度,(_)320 度;
(5)重力除塵器后煤氣含塵濃度:6-10 g/Nm3;
原建有重力+雙文濕法凈化系統(tǒng)和TRT發(fā)電裝置。
2006年立項(xiàng)改造,采用脈沖清灰袋式除塵技術(shù)和全干法流程,2007年12月竣工投運(yùn),改造總投資6000萬(wàn)元。
3.2.2干法除塵工藝流程
保留原有重力除塵器及上游煤氣管路,切除文氏管除塵器及連接管路,在重力除塵器后增設(shè)旋風(fēng)除塵器和袋式除塵器,確保凈煤氣含塵濃度小于5mg/Nm3。
圖6 干法袋式除塵工藝流程
3.2.3主要設(shè)備選型設(shè)計(jì)
(1)袋式除塵器
設(shè)計(jì)Φ5.2貯灰倉(cāng)1個(gè),上部配設(shè)尾氣凈化裝置,采用Φ130X2000濾袋,氮?dú)饷}沖噴吹清灰。
開(kāi)發(fā)氣力輸灰裝置一套,見(jiàn)圖8。在正常工況條件下,利用凈煤氣余壓作為氣力輸灰動(dòng)力,貯灰倉(cāng)尾氣經(jīng)袋濾凈化后,返回凈煤氣管路回收。在事故狀態(tài)備用氮?dú)庠摧敾摇?/font>
采用罐車外排灰,每天收塵量約75噸。
氣力輸灰裝置
(3)電儀控制
①荒煤氣溫度控制,當(dāng)爐頂出口煤氣溫度≥320度時(shí),啟動(dòng)爐頂打水降溫至250度;
②除塵器清灰控制,以定時(shí)為主結(jié)合定阻力控制;
③除塵器輸灰控制,以定時(shí)為主結(jié)合定料位控制;
④除塵器濾袋檢漏控制,在每一筒體出口設(shè)粉塵濃度檢測(cè)儀,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警及切換控制;
⑤除塵器及貯灰倉(cāng)泄爆控制,在頂部設(shè)_壓泄爆閥及放散管,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泄爆放散。
3.2.4實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)記錄
(1)除塵器入口荒煤氣參數(shù):煤氣量46X104Nm3/h,煤氣溫度150度,煤氣壓力0.176MPa。
(2)除塵器運(yùn)行阻力1.27-1.5KPa。
(3)除塵器出口凈煤氣含塵濃度1.2-3.0mg/Nm3。
4 善后和展望
我國(guó)高爐煤袋式干法除塵技術(shù)的推廣應(yīng)用走過(guò)了沖破傳統(tǒng)習(xí)慣勢(shì)力的束縛以及周密技術(shù)準(zhǔn)備的艱難里程,至今總算邁出了可喜的一步。但也不能說(shuō)_順暢完善,在技術(shù)層面上還有不少問(wèn)題,需要繼續(xù)深化、研究開(kāi)發(fā)、總結(jié)提高。
4.1 善后研發(fā)
4.1.1低溫高濕爐氣的預(yù)處理
實(shí)踐得真知,對(duì)袋式除塵而言,在某種程度上,高爐爐氣的低溫比高溫更顯麻煩。在開(kāi)爐階段以及休風(fēng)后復(fù)風(fēng)時(shí),爐氣有個(gè)升溫過(guò)程(通常至100度,開(kāi)爐需幾小時(shí)至十幾小時(shí),復(fù)風(fēng)需一小時(shí)左右)。此時(shí)濕度較大,低溫高濕爐氣直接進(jìn)入袋式除塵器,會(huì)引起積露糊袋。本文2.2.2節(jié)已綜述可以采取的多種處理對(duì)策。其中利用爐頂噴霧冷卻噴嘴作為燃油燒嘴直接燃燒升溫的技術(shù),應(yīng)是今后發(fā)展方向。有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究,加快投入正產(chǎn)性應(yīng)用。
4.1.2設(shè)計(jì)濾速的合理確定
不可否認(rèn),現(xiàn)已建成的高爐煤氣袋式除塵裝置,選用設(shè)計(jì)濾速偏低。即使脈沖類袋式除塵器,選用過(guò)濾速度大都小于0.5m/min,比環(huán)保用除塵器低的多。主要出于以下考慮:一是高爐煤氣用除塵器屬于工藝設(shè)備,追求安全可靠順行,為適應(yīng)特殊工況要求,如開(kāi)爐時(shí)低溫高濕,故障時(shí)低壓以及除塵器本身的停室檢修作業(yè),在設(shè)計(jì)時(shí),留有適量的備用筒體,譬如韶鋼3#爐28個(gè)筒體中留有30%;二是追求低壓降,將除塵器節(jié)省下來(lái)的煤氣壓力能,用于增加TRT發(fā)電量。
應(yīng)該說(shuō)這是現(xiàn)階段的權(quán)益之計(jì)。下一步宜深入研究噴吹系統(tǒng),優(yōu)化清灰裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì),增強(qiáng)清灰_效果。從而合理提高過(guò)濾風(fēng)速,減少筒體數(shù)量,追求濾速與阻損的_結(jié)合點(diǎn)。
4.1.3筒體大型化的延伸問(wèn)題
除塵筒體大型化是高爐主體大型化的必然趨勢(shì)。但筒體大型化后又帶來(lái)一系列新問(wèn)題,需要進(jìn)一步研究探索:
(1)大筒體內(nèi)合理的氣流分布設(shè)計(jì),使過(guò)濾段處于穩(wěn)定而均勻的層流狀態(tài);
(2)濾袋的合理長(zhǎng)度以其分節(jié)袋籠連接方式,濾袋末端防磨保護(hù)措施;
(3)大筒體帶來(lái)制作、檢驗(yàn)、運(yùn)輸、安裝等方面的新問(wèn)題,新思路。
4.1.4配套件的國(guó)產(chǎn)化、精細(xì)化
(1)至今脈沖閥、粉塵濃度檢測(cè)儀等配套件主要依靠國(guó)外進(jìn)口。應(yīng)加快國(guó)產(chǎn)化步伐,在技術(shù)性能和使用壽命基本相當(dāng)?shù)那疤嵯?,?yīng)優(yōu)先選用國(guó)產(chǎn)配套件。
(2)目前基本上都使用P84+_細(xì)玻纖混合針刺氈濾料,品種比較單一,低溫耐濕性能尚不理想。宜擴(kuò)充PTFE纖維類產(chǎn)品,_耐濕耐腐性能,增加選擇性。
(3)各種閥門(mén)在高爐煤氣除塵項(xiàng)目中數(shù)量多,投資大。目前基本上都選用通用閥門(mén)廠產(chǎn)品。花錢(qián)多,而有些閥門(mén)的性能卻得不到_,成為系統(tǒng)的一大故障點(diǎn)。有條件的除塵設(shè)備廠宜針對(duì)高爐煤氣的要求和設(shè)備自身的特點(diǎn),進(jìn)行_化研制,采取切實(shí)有效的措施,妥善解決防磨、防腐及密封問(wèn)題。
4.2 展望前景
我國(guó)高爐煤氣干法除塵處于起步階段,數(shù)百立米的小型高爐起步較早,也只有覆蓋60%左右,并且裝備水平不高,運(yùn)行效果參差不齊;在1000m3以上中大型高爐推廣應(yīng)用也只有4-5年歷史,至今已經(jīng)建成或正在建設(shè)的38座,也只占該型級(jí)高爐的30%左右。
在_“節(jié)能減排”及鋼協(xié)“三干一電”鐵碗政令的驅(qū)使下,一批鋼鐵企業(yè)紛紛立項(xiàng)改造現(xiàn)有高爐煤氣濕法除塵系統(tǒng)。_“優(yōu)勝劣汰,宏觀調(diào)控”方針又促使一些老弱企業(yè)拆小建大、等量置換,與改建高爐同時(shí)建設(shè)新一代袋式除塵裝置。在出口援建項(xiàng)目中,也帶來(lái)將我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的高爐煤氣袋式除塵技術(shù)與設(shè)備成套出口的機(jī)遇??梢哉雇?,未來(lái)十年,是我國(guó)高爐煤氣袋式干法除塵事業(yè)走向輝煌的十年。
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