王海濤，高華東，張殿印

(中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

高爐煤氣干法除塵技術(shù)的發(fā)展

王海濤，高華東，張殿印

(中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

我國(guó)是采用高爐煤氣干法袋式除塵最早的國(guó)家之一，至今已有40多年的歷史。本文介紹了高爐煤氣干法除塵技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段，即起步、發(fā)展，以及爐容1000m3以上級(jí)的提高階段，認(rèn)為采用干法除塵，才能節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)綜合利用。

高爐煤氣;干法除塵;袋式除塵器;爐容

高爐煤氣是高爐在冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的一種可燃?xì)怏w，也是冶金工業(yè)中可以回收利用的四種煤氣之一。按我國(guó)目前的生產(chǎn)水平，每煉1噸生鐵約產(chǎn)生1700～2000m3的高爐煤氣，其熱值在3000～3500kJ/m3之間、溫度在250℃～300℃之間，顯熱平均約為400kJ/m3。另外，高壓高爐爐頂煤氣的壓力為（1.5～2.0）×105Pa，該壓力能相當(dāng)于100kJ/m3的熱能。因此，利用高爐煤氣的潛熱和顯熱是節(jié)約能源、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要途徑，因此得到專(zhuān)家和有關(guān)部門(mén)的高度重視。我國(guó)是采用高爐煤氣干法袋式除塵最早的國(guó)家之一，至今已有40多年的歷史。早在2005年我國(guó)高爐煤氣的利用率已達(dá)100%。本文重點(diǎn)介紹并分析了我國(guó)高爐煤氣干法除塵技術(shù)發(fā)展的三個(gè)階段。

1 高爐煤氣干法除塵技術(shù)的起步階段

我國(guó)是從20世紀(jì)50年代開(kāi)始研發(fā)高爐煤氣采用干式袋式除塵器的，至60年代末，首先是在小高爐上用袋式除塵器進(jìn)行了凈化高爐煤氣的試驗(yàn)，并于1974年11月18日在河北涉縣鐵廠建成我國(guó)第一套高爐煤氣干法袋式除塵系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)測(cè)，凈煤氣中的含塵量小于10mg/m3，運(yùn)行正常，達(dá)到了預(yù)期的效果，與其配套的熱風(fēng)爐風(fēng)溫提高至1000℃以上。河北涉縣鐵廠的高爐容積只有13m3，煤氣發(fā)生量?jī)H在4500m3/h左右，袋式除塵器的過(guò)濾面積不過(guò)150m2，但它的技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)卻開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)高爐煤氣干法除塵技術(shù)的嶄新時(shí)代，其影響之深遠(yuǎn)延續(xù)至今。此后，山西稷山縣鐵廠等一些高爐煤氣干法袋式除塵凈化系統(tǒng)也相繼建成投運(yùn)，也都取得了同樣的效果，與其配套的球式熱風(fēng)爐風(fēng)溫提高至1000℃以上，高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也得到顯著的提高。20世紀(jì)70年代末，在100m3以下的小高爐煤氣的凈化有80%采用了干式袋除塵器除塵技術(shù)。小高爐煤氣干法凈化為大中型高爐煤氣干法凈化奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

1.1 干法除塵工藝流程

我國(guó)初期的高爐煤氣干法凈化工藝流程大體相同，即高爐重力除塵器—旋風(fēng)除塵器—調(diào)節(jié)閥—袋式除塵器—凈煤氣集氣管—逆止閥—凈煤氣總管。

1.2 袋式除塵器

在20世紀(jì)60年代，冶金部建筑研究院在袋式除塵器用玻纖濾料研究方面取得重要成果，后應(yīng)用于高爐煤氣袋式除塵器。70年代高爐煤氣凈化的袋式除塵器多采用反吹風(fēng)圓筒形袋式除塵器，箱體內(nèi)濾袋用同心圓式布置，濾袋直徑為φ180～250mm，長(zhǎng)度3000～5000mm，除塵器箱體直徑為φ1950～2420mm，高度4000～6000mm。為實(shí)現(xiàn)離線清灰，一臺(tái)除塵器設(shè)計(jì)成3～6個(gè)箱體，一個(gè)箱體反吹清灰，其他室進(jìn)行過(guò)濾凈化。各廠袋式除塵器主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 20世紀(jì)70年代小型高爐煤氣回收凈化用的袋式除塵器技術(shù)參數(shù)

1.3 機(jī)械化輸灰系統(tǒng)

除塵用的輸灰大體上有三種：1）箱體下灰斗—星形給料機(jī)—螺旋輸送機(jī)—多斗提升機(jī)—貯灰倉(cāng)—星形給料機(jī)—運(yùn)灰車(chē)。2）箱體下灰斗—放灰閥—中間漏斗—星形給料機(jī)—SMS25水平埋刮板機(jī)—MS25垂直埋刮板機(jī)—灰倉(cāng)—運(yùn)灰車(chē)。3）箱體下灰斗—放灰閥—螺旋輸送機(jī)—貯灰倉(cāng)—運(yùn)灰車(chē)。

1.4 初期高爐煤氣干、濕法的基建投資和年運(yùn)行費(fèi)比較

中小型高爐煤氣回收凈化采用干法布袋除塵器凈化，無(wú)論是基建投資還是年運(yùn)行費(fèi)用都比濕法凈化系統(tǒng)的低（詳見(jiàn)表2），臨汾鋼鐵廠100m3高爐煤氣干法除塵和濕法除塵動(dòng)力消耗比較見(jiàn)表3。

表2 投資和年運(yùn)行費(fèi)用的比較

表3 臨汾鋼鐵廠100m3高爐煤氣干、濕法除塵動(dòng)力消耗比較

1.5 存在的問(wèn)題

（1）除塵器初期使用的濾料材質(zhì)為玻璃纖維濾料，其雖然具有高強(qiáng)度、耐高濕、抗腐蝕的特點(diǎn)，但耐磨、抗折性差，而且連續(xù)使用的溫度在250℃～280℃之間，瞬時(shí)最高溫度僅為300℃；因此，高爐發(fā)生故障時(shí)必須噴水降低煤氣的溫度，有時(shí)甚至要改用濕法凈化系統(tǒng)。

（2）限于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平，除塵器箱體檢漏主要靠人工，既不準(zhǔn)確，又費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

（3）輸灰系統(tǒng)密封性差。對(duì)于高爐煤氣除塵凈化，應(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的每一部分都做到嚴(yán)格密封無(wú)泄漏。

（4）箱體設(shè)計(jì)偏小，致使其數(shù)量多，管理繁雜。

2 高爐煤氣干法除塵技術(shù)的發(fā)展階段

由于我國(guó)不少科研、設(shè)計(jì)和鋼鐵廠繼續(xù)開(kāi)展了大量開(kāi)發(fā)工作，使干法凈化技術(shù)應(yīng)用達(dá)到了300m3級(jí)高爐，技術(shù)上也日臻完善。同時(shí)在其他凈化途徑和技術(shù)方面也進(jìn)行了有益探討。

2.1 試驗(yàn)研究工作

（1）宣鋼高爐煤氣干法電除塵試驗(yàn)

1986年，由北京鋼鐵研究總院、宣化鋼鐵公司和宣化環(huán)保設(shè)備廠共同在宣鋼300m3高爐上進(jìn)行了高爐煤氣干法電除塵凈化試驗(yàn)。采用2.4m2干式圓型電除塵器，極間距300mm，有效截面積37m2。從1988年11月—1989年8月，共進(jìn)行了6次試驗(yàn)。其工藝流程為：高爐荒煤氣—重力除塵器—冷卻器—干式電除塵器—凈煤氣。干式除塵器進(jìn)口含塵濃度3.4g/m3，煤氣成分：CO212.4%～14.0%、CO7.2%～28.6%、H2O3.9%～4.6%、溫度99℃～175℃、露點(diǎn)30℃～33℃。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在高爐操作無(wú)異常情況下，電壓電流波動(dòng)較大，通電半小時(shí)后電壓很快就下來(lái)，在20kV左右，波動(dòng)原因不詳，除塵效率較低。試驗(yàn)基本成功。但由于種種原因未能將試驗(yàn)擴(kuò)大到工程應(yīng)用。

（2）石門(mén)磷肥廠44.4m3高爐煤氣干法電除塵實(shí)驗(yàn)

1985年，武漢安技所與石門(mén)磷肥廠協(xié)作在44.4m3高爐上進(jìn)行了高爐煤氣用常規(guī)煙氣電除塵凈化實(shí)驗(yàn)。電除塵器截面積14.09m2，為臥式三電場(chǎng)，凈化工藝流程為：高爐荒煤氣—重力除塵器—擴(kuò)散除塵器—電除塵器—凈煤氣。處理煤氣量為30,585m3/ h，電場(chǎng)內(nèi)平均流速為0.6m/s，煙氣溫度小于350℃，電場(chǎng)壓力為2000Pa，進(jìn)口粉塵濃度10g/m3，電除塵極間距400mm。該裝置于1988年3月投入使用，在正常工況下，第一、二電場(chǎng)電壓均為45～54kV，電流為6～66mA（三電場(chǎng)出了事故、未測(cè)），兩電場(chǎng)除塵效率為94.7%。這一試驗(yàn)未能應(yīng)用于工程實(shí)踐。

（3）漣鋼袋式除塵工業(yè)試驗(yàn)

包頭鋼鐵設(shè)計(jì)院和漣鋼于1985年在漣鋼進(jìn)行了300 m3高爐煤氣干法凈化試驗(yàn)，取得了重要成果。這一成果為許多單位采用或借鑒。

漣鋼329m3高爐煤氣袋式除塵試驗(yàn)，系統(tǒng)裝置是由7個(gè)φ3000mm的除塵箱體組成。為防止煤氣低溫結(jié)露，采用了間接換熱式煤氣升溫裝置，并加強(qiáng)了外保溫措施。使用國(guó)產(chǎn)無(wú)堿玻璃纖維慮袋（φ250×8000mm，每個(gè)箱體40個(gè)），濾袋的吊掛采用了有拉緊彈簧和調(diào)節(jié)距離的結(jié)構(gòu)和袋卡與弧形袋帽。卸灰、輸灰設(shè)置是由電動(dòng)鐘閥、中間灰斗、星形給料機(jī)、螺旋輸送機(jī)、斗式提升機(jī)和高位灰斗等組成。反吹采用煤氣增壓機(jī)，為保證上述工藝能連續(xù)正常運(yùn)行，采用可編程序控制器（PC）進(jìn)行反吹程序控制和集中控制卸灰、輸灰的操作，提高了自動(dòng)控制水平。

干式袋除塵凈化煤氣有效熱值約為200kJ/m3，在同等焦化和煤氣利用條件下，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2730t/a；其煤氣溫度比濕法高60℃，可提高熱風(fēng)10℃，年節(jié)焦350t；凈煤氣含塵量低（1983年1—5月平均含塵量6.02mg/m3，比濕法低40mg/m3）。

干法技術(shù)與濕法技術(shù)相比，每年可減少400萬(wàn)t循環(huán)水量，并可減少200t主要污染物，從而使廠區(qū)附近的水系水質(zhì)有較大的改善。

2.2 推廣應(yīng)用

20世紀(jì)70年代用于爐容100m3以下級(jí)的高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)，到20世紀(jì)80年代時(shí)，高爐煤氣干法除塵技術(shù)在試驗(yàn)基礎(chǔ)上很快發(fā)展到300m3級(jí)爐容。在“七五”期間，300m3級(jí)高爐煤氣袋式除塵工藝已在漣源鋼鐵廠、石家莊鋼鐵廠、韶關(guān)鋼鐵廠、凌源鋼鐵公司、承德鋼鐵廠、總后2672廠、天津鐵廠、北臺(tái)鋼鐵廠、長(zhǎng)鋼鐵廠、臨汾鋼鐵廠、漢江鋼鐵廠、安陽(yáng)鋼鐵廠、石嘴山鋼鐵廠、成都鋼鐵廠共計(jì)19座300m3級(jí)高爐上推廣應(yīng)用。

3 國(guó)外的高爐煤氣干法技術(shù)

3.1 發(fā)展歷程

20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)、美國(guó)都試驗(yàn)過(guò)高爐煤氣用袋式除塵器，因種種原因未推廣應(yīng)用。20世紀(jì)60年代之前，高爐布袋除塵器也都要采取濕法降溫措施，盡管工藝存在一些缺陷，也能取得較好的除塵效果。1969年，蘇聯(lián)實(shí)現(xiàn)了高爐煤氣爐頂壓透平發(fā)電。1972年，德國(guó)丁格勒開(kāi)始應(yīng)用袋式除塵器凈化高爐煙氣，成為最早采用高爐煤氣干法除塵凈化的國(guó)家之一。

1980年，日本小倉(cāng)鋼鐵廠試驗(yàn)了新型高爐煤氣袋式除塵器，用在煙氣量為24萬(wàn)m3/h的1850m3高爐上，1982年3月投產(chǎn)后運(yùn)轉(zhuǎn)十分正常。當(dāng)時(shí)采用的是反吹風(fēng)袋式除塵器，目的是提高余壓發(fā)電的出力。參數(shù)如下：高爐容積1850m3；爐頂壓力0.15MPa；煤氣發(fā)生量24,000m3/h；箱體直徑φ3400mm；箱體數(shù)量5個(gè)；濾袋規(guī)格φ306×10,000mm；濾袋46條；每箱過(guò)濾面積為442m2；總過(guò)濾面積為2210m2；工況濾速1.34m/min；清灰方式為反吹風(fēng)清灰。

由于干法除塵系統(tǒng)的投產(chǎn)充分利用了煤氣顯熱，提高了爐頂余壓發(fā)電機(jī)的發(fā)電量，把濕法凈化系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率由4800kW提高到6600kW，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。此后日本相繼在近10座高爐推廣。20世紀(jì)80年代初，德國(guó)魯奇公司開(kāi)發(fā)出用于轉(zhuǎn)爐煤氣的圓筒形電除塵器，之后日本引入這一技術(shù)并成功用于高爐煤氣干法除塵工程中。日本還進(jìn)行過(guò)移動(dòng)床顆粒層除塵器試驗(yàn)：川崎重工和神戶制鋼都在高爐荒煤氣總管上引支管，用三級(jí)或二級(jí)串聯(lián)的移動(dòng)床顆粒層除塵器進(jìn)行了半天工業(yè)性試驗(yàn)，其特點(diǎn)是耐溫為400℃～500℃、出口含塵量為5mg/m3。但由于存在顆粒層除塵器操作管理等問(wèn)題未能推廣。

3.2 干法袋式除塵技術(shù)

（1）工藝流程

日本的高爐煤氣干法袋式除塵凈化的工藝流程見(jiàn)圖1，袋室內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖1 日本的高爐煤氣干法除塵工藝流程

圖2 袋式除塵系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 干法電除塵技術(shù)

三菱重工與NKK共同開(kāi)發(fā)的高爐煤氣干法靜電除塵技術(shù)，通過(guò)1985年5月在福山鋼管廠、扇島鋼鐵廠高爐上的應(yīng)用表明，干法靜電除塵技術(shù)可以滿足高爐煤氣凈化的要求。

高爐煤氣采用干式電除塵凈化回收和頂壓發(fā)電技術(shù)，達(dá)到了回收能源、節(jié)約電力和消除煤氣洗滌污染的目標(biāo)，可最大限度地回收煤氣顯熱。由于設(shè)置了煤氣溫度調(diào)節(jié)裝置—蓄熱緩沖器，可以使高爐煤氣溫度滿足干式電除塵入口對(duì)煤氣溫度的要求。高爐煤氣干法電除塵工藝流程（見(jiàn)圖3）為：高爐荒煤氣—重力除塵器—蓄熱緩沖器—干式/電除塵—爐頂壓透平發(fā)電—洗凈塔—?dú)狻獌裘簹狻獨(dú)夤?。電除塵器主要參數(shù)見(jiàn)表4。

圖3 高爐煤氣凈化系統(tǒng)

嚴(yán)格地說(shuō)，干法電除塵技術(shù)凈化煤氣并不是日本技術(shù)，日本只是應(yīng)用而已。這一技術(shù)由德國(guó)魯奇公司于1983年先后用于布魯克豪森氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼車(chē)間的兩座轉(zhuǎn)爐煤氣回收的除塵系統(tǒng)。日本鋼管公司是從德國(guó)魯奇購(gòu)買(mǎi)了煤氣干法除塵專(zhuān)利，又用于高爐煤氣做了半工業(yè)性試驗(yàn)，1985年先后用于3臺(tái)高爐煤氣凈化系統(tǒng)中。

4 鞏固提高階段

1986年，我國(guó)開(kāi)始在1000m3以上級(jí)高爐采用煤氣干法除塵技術(shù)，我國(guó)的高爐煤氣除塵技術(shù)也走上了提高階段。

太鋼3號(hào)大型高爐煤氣凈化在1986年從日本引進(jìn)了干法袋式除塵技術(shù)，此系統(tǒng)于1987年8月投入運(yùn)行，成為我國(guó)第一次將干法除塵技術(shù)用于爐容超過(guò)1000m3級(jí)的實(shí)例。此系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)如下：高爐容積1200m3；爐頂壓力0.1MPa；煤氣發(fā)生量20萬(wàn)m3/h；袋式除塵器型式圓筒形反吹風(fēng)清灰；筒體直徑φ3500mm；濾袋規(guī)格φ306×10,000mm； 濾袋數(shù)量：46條/筒×7筒=322條；過(guò)濾面積：442m2/筒×7筒=3094m2；過(guò)濾風(fēng)速（工況）1m/min；凈煤氣含塵量＜5mg/ m3；除塵器運(yùn)行阻力 2.45kPa。其系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖4。

圖4 太鋼3號(hào)高爐煤氣凈化系統(tǒng)工藝流程

該工程投產(chǎn)后運(yùn)行一直不正常，到1998年完成技術(shù)改造之后，運(yùn)行開(kāi)始正常，達(dá)到了節(jié)水、節(jié)電、降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。

20世紀(jì)90年代至今，為高爐煤氣布袋除塵技術(shù)發(fā)展的提高階段，1994年成鋼300m3高爐上建成氮?dú)饷}沖清灰方法的布袋除塵器。1993年，玻璃纖維針刺氈開(kāi)始應(yīng)用，相繼有高溫復(fù)合針刺氈等一批新型高效濾料投放市場(chǎng)。系統(tǒng)用塵氣蝶閥、扇形眼鏡閥、卸灰球閥、加濕卸灰機(jī)、消化引進(jìn)的高壓水噴嘴、布袋檢漏裝置專(zhuān)用設(shè)備等應(yīng)用成功，對(duì)布袋除塵技術(shù)的發(fā)展和大型化進(jìn)程有著積極的推動(dòng)作用，所以這一時(shí)期是高爐煤氣采用布袋除塵技術(shù)發(fā)展的重要時(shí)期。這一階段最主要的標(biāo)志是用脈沖袋式除塵器取代了反吹風(fēng)袋式除塵器，清灰氣體由高爐煤氣改為氮?dú)?，濾料的材質(zhì)，改進(jìn)規(guī)格、布置相應(yīng)發(fā)生了變化。從而使干法除塵技術(shù)迅速由小高爐煤氣凈化擴(kuò)展到中型和大型高爐。這個(gè)階段另一標(biāo)志是電氣控制水平也有了質(zhì)的提高，使除塵系統(tǒng)作業(yè)率提高到可以與煉鐵生產(chǎn)同步運(yùn)行的程度。

我國(guó)高爐煤氣除塵技術(shù)經(jīng)多年實(shí)踐，基礎(chǔ)好，經(jīng)驗(yàn)豐富，其裝置是由小到大逐漸發(fā)展起來(lái)的，工藝合理，配套齊全，裝備及控制技術(shù)成熟，得到了很快發(fā)展。特別是20世紀(jì)90年代后期，高爐建設(shè)多，容積大，基本都采用干法除塵。現(xiàn)在有35%～40%的大型高爐采用了布袋除塵工藝流程，如韶鋼2540m3高爐、唐鋼3200m3高爐等。2000年后，寶鋼在4000m3級(jí)高爐上建成了高爐干法煤氣除塵回收系統(tǒng)。近年來(lái)在大型高爐上得到較快的推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了大型化。在發(fā)展的同時(shí)，仍須注意以下問(wèn)題：

（1）煤氣低溫糊袋的問(wèn)題。高爐煤氣低溫的情況會(huì)出現(xiàn)糊袋。盡管有旁通放散設(shè)施，但系統(tǒng)反應(yīng)較慢，煤氣低溫問(wèn)題值得重視。

（2）閥門(mén)質(zhì)量的問(wèn)題。高爐煤氣布袋除塵的閥門(mén)用量較大，特別是起切斷各個(gè)箱體煤氣作用的盲板閥非常重要。如果閥門(mén)打不開(kāi)或關(guān)不上就會(huì)出現(xiàn)異常狀況。

5 結(jié)語(yǔ)

高爐煤氣干式除塵技術(shù)在我國(guó)走過(guò)一段漫長(zhǎng)的道路，現(xiàn)在已經(jīng)到了成熟階段，高爐煤氣應(yīng)采用干法除塵才能做到節(jié)能減排、綜合利用，在低碳經(jīng)濟(jì)建設(shè)中做得更加出色。

Development of Dry Process of Dust Removal Technology in Blast Furnace Gas

WANG Hai-tao, GAO Hua-dong, ZHANG Dian-yin
(Central Research Institute of Building and Construction CO., Ltd, MCC Group, Beijing 100088, China)

China is one of the earliest countries in using dry process of bag dust removal technology in blast furnace gas. It has lasted for more than 40 years. The paper introduces the 3 stages for development of dry process of dust removal technology in blast furnace gas, meaning start up, development and improvement for the increasing capacity of 1000m3. The paper considers the energy saving and emission reduction, as well as comprehensive utilization could be realized by using dry process of dust removal.

blast furnace gas; dry process of dust removal; bag dust removal; furnace capacity

X701.2

A

1006-5377（2011）08-0016-05