1.技術(shù)研發(fā)背景

高爐煉鐵生產(chǎn)成本占整個(gè)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)成本約50%以上，煉鐵工序能耗占整個(gè)鋼鐵制造流程能源消耗約70%。因此，降低煉鐵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能耗，提高其二次能源回收利用率具有重要意義。煉鐵生產(chǎn)的副產(chǎn)品高爐煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中很重要的二次能源。

高爐煤氣必須經(jīng)過凈化后才能利用，傳統(tǒng)的煤氣凈化方法是濕法除塵，濕法除塵之后采用爐頂煤氣余壓發(fā)電（TRT）技術(shù)回收高爐煤氣的壓力能和部分熱能，將其轉(zhuǎn)化為電能，該部分能量約為高爐鼓風(fēng)機(jī)能耗的30%-40%，因此回收這部分能量具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的濕法除塵技術(shù)工藝成熟，運(yùn)行穩(wěn)定，除塵效率較高，可是使用過程中存在一系列弊病，例如耗水量大，耗電量高，降低煤氣熱值，TRT發(fā)電量低，占地大，還存在著水污染等環(huán)境污染。

以上濕法除塵存在的一系列重大缺陷，是其所無法解決的。因此，采用高爐煤氣全干法除塵技術(shù)已是大勢(shì)所趨。

2、首鋼國際工程公司高爐煤氣干法除塵技術(shù)研發(fā)歷程從20世紀(jì)90年代開始，首鋼國際工程公司就致力于高爐煤氣脈沖干法除塵技術(shù)的開發(fā)和設(shè)計(jì)。2004年，首鋼國際工程公司在首秦1200 m3高爐上成功設(shè)計(jì)應(yīng)用高爐煤氣脈沖干法袋式除塵技術(shù)，帶動(dòng)了國內(nèi)鋼鐵行業(yè)大型高爐煤氣脈沖干法除塵技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了高爐煤氣能源的回收利用，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。之后，該技術(shù)又成功應(yīng)用在遷鋼2650 m3高爐上，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，取得了節(jié)能、節(jié)水和環(huán)保效果。目前，首鋼京唐5500 m3特大型高爐也采用了高爐煤氣全干法袋式除塵技術(shù)，摒棄了特大型高爐一直采用的濕法除塵工藝，創(chuàng)造了高爐煤氣全干法技術(shù)在特大型高爐上成功應(yīng)用的世界新記錄，為世界鋼鐵行業(yè)節(jié)能環(huán)保做出了突出貢獻(xiàn)。

首鋼國際工程公司開展的長壽集約型冶金煤氣全干法除塵工藝技術(shù)開發(fā)課題，獲得了國家科技部“十一五”重點(diǎn)科技支撐計(jì)劃支持。國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)了由首鋼國際工程公司主編的《高爐煤氣干法袋式除塵設(shè)計(jì)規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為GB50505-2009，該標(biāo)準(zhǔn)自2009年12月1日起實(shí)施。該項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，奠定了首鋼國際工程公司在國內(nèi)高爐煤氣全干法除塵技術(shù)研究應(yīng)用領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，進(jìn)一步提高了首鋼國際工程公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3.高爐煤氣干法袋式除塵主要技術(shù)特點(diǎn)高爐煤氣干法袋式除塵技術(shù)在大型乃至特大型高爐使用，并不僅僅單純的將小高爐的技術(shù)應(yīng)用推廣，而是需要進(jìn)行多項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)、升級(jí)，以適應(yīng)大型高爐煤氣流量大、壓力高、溫度變化范圍大的工況條件，滿足高爐系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的要求。典型高爐煤氣干法除塵工藝流程如圖1所示：

圖1 典型高爐煤氣干法除塵工藝流程圖

1-高爐，2-旋風(fēng)除塵器，3-罐車，4-煤氣換熱器，5-布袋除塵器，6-灰倉，7-減壓閥組，8-TRT，9-噴堿脫氯裝置，10-管網(wǎng)放散塔現(xiàn)代大型高爐煤氣干法袋式除塵技術(shù)特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面。

3.1 高爐煤氣溫度控制技術(shù)高爐煤氣干法布袋除塵使用的是高溫濾料，但是它仍然有一定的溫度要求，比如當(dāng)前使用的幾種濾布要求溫度在100-220℃范圍，不超過260-280℃，太高要損壞濾布，太低則要結(jié)露，都影響除塵器工作，所以布袋除塵器對(duì)凈化介質(zhì)溫度有一定要求。

高爐爐頂煤氣溫度大部分在250℃以下，但是由于冶煉情況復(fù)雜，溫度過高過低是常有的事，比如爐況不順，有時(shí)會(huì)升高到500-600℃以上，這樣爐頂設(shè)備必須加以保護(hù)，并且干法除塵也無法使用，為此高爐煤氣除塵系統(tǒng)采用以下降溫措施：

1）爐頂噴水：爐頂噴水是必要的手段，防止出現(xiàn)高溫?fù)p壞爐頂設(shè)備，降溫幅度可達(dá)數(shù)百度。

2）煤氣換熱器：針對(duì)特大型高爐的工藝技術(shù)特點(diǎn)，在高爐煤氣袋式除塵系統(tǒng)前置熱管式煤氣換熱器作為高爐煤氣降溫裝置，該裝置可以根據(jù)高爐煤氣溫度的變化情況進(jìn)行自動(dòng)切換，以保證干法除塵濾袋在合適的溫度下運(yùn)行，采用熱管式換熱器進(jìn)行換熱不僅節(jié)約電能，而且不產(chǎn)生二次污染，設(shè)備簡單，操作維護(hù)方便。熱管換熱器利用熱管原理將高溫?zé)崃總鬟f到水中從而降低煤氣溫度，是一種高效冷卻設(shè)備。

為減少磨損，熱管表面釬焊了鎳鉻合金材料。這種設(shè)備傳熱效率高，體積小。在首鋼京唐高爐投產(chǎn)初期，爐頂溫度偏高，高爐煤氣溫度多次出現(xiàn)干法除塵入口超過260℃甚至300℃的情況，降溫裝置長期投入使用，溫降可達(dá)70℃以上，運(yùn)行效果好，滿足了生產(chǎn)要求。3.2 緊湊化工藝技術(shù)伴隨著高爐容積的不斷增大，高爐煤氣發(fā)生量也大幅增加。1000m3級(jí)別至5500m3級(jí)別高爐煤氣發(fā)生量差別巨大，除塵器箱體直徑的大小關(guān)系到干法除塵系統(tǒng)的整體布置，要求干法袋式除塵系統(tǒng)箱體配置應(yīng)與工藝參數(shù)同步，直徑與單箱體煤氣處理量系列化，保持合理的箱體數(shù)量配置，使工藝流程緊湊化，達(dá)到佳的性價(jià)比配置。

緊湊化工藝技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)：

1）與高爐容積匹配的除塵器直徑與數(shù)量：應(yīng)根據(jù)不同容積高爐煤氣量的變化選擇相適宜的除塵器直徑和除塵器數(shù)量。除塵器箱體數(shù)量一般為10-16臺(tái)之間，數(shù)量太少，不能滿足維護(hù)檢修的倒箱操作，一旦因?yàn)榕及l(fā)事故造成布袋破損，會(huì)造成系統(tǒng)負(fù)荷過大，難以保持穩(wěn)定；數(shù)量太多，投資和占地面積大幅增加，設(shè)備日常維護(hù)量大，造成資源浪費(fèi)。

2）除塵器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及流場(chǎng)分析：除塵器箱體是高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)主要設(shè)備之一，對(duì)于確保系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用。通過對(duì)除塵器殼體進(jìn)行應(yīng)力分析，研究除塵器結(jié)構(gòu)的局部薄弱點(diǎn)，進(jìn)行局部調(diào)整降低應(yīng)力集中，提高設(shè)備安全與穩(wěn)定性。除塵器箱體內(nèi)部采用特殊的導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，使得除塵器箱體煤氣氣流分布均勻，降低了流速，大大減少了濾袋異常破損的發(fā)生，保證整個(gè)系統(tǒng)滿足高爐的持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

3）合理進(jìn)行工藝布局：根據(jù)除塵器數(shù)量和總圖情況，合理進(jìn)行工藝布局。工藝布置應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：占地長寬比列合適、美觀；操作巡檢方便，吊裝范圍合理；煤氣氣流分布合理，減少荒煤氣主管道積灰的可能；主框架受力合理，各層平臺(tái)寬闊，有效利用空間；脈沖設(shè)備布置（布袋、袋籠更換）平臺(tái)開闊，吊裝和更換布袋、袋籠方便。

3.3 煤氣系統(tǒng)綜合防腐技術(shù)近幾年，煤氣干法除塵系統(tǒng)開始在國內(nèi)大高爐上推廣普及，但是由于小高爐干法系統(tǒng)腐蝕的矛盾不突出，又沿襲了大高爐傳統(tǒng)濕法除塵的習(xí)慣，對(duì)煤氣中HCl等酸性氣體的存在缺少認(rèn)識(shí)，因此，大型高爐煤氣除塵在由濕法向干法轉(zhuǎn)型期間，很多都沒有充分考慮到由酸性氣體帶來的嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。另外，高爐原料越來越多地使用進(jìn)口礦，進(jìn)口礦尤其是澳礦中氯元素含量普遍高于地方礦，導(dǎo)致高爐煤氣中的HCl含量更高，這也是大高爐干法系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重的重要背景條件。

目前，濟(jì)鋼、萊鋼、太鋼、遷鋼、首秦等企業(yè)的高爐干法煤氣系統(tǒng)都普遍存在腐蝕問題。受原料條件限制，控制入爐料中氯元素和高爐內(nèi)部氯元素不進(jìn)入煤氣也有很大難度。首鋼國際工程公司根據(jù)高爐生產(chǎn)操作實(shí)際情況，在遷鋼2號(hào)高爐中進(jìn)行噴水噴堿液工廠試驗(yàn)，并進(jìn)行多種防腐蝕涂料的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步深入分析腐蝕的原因，找出了相應(yīng)的解決方法與措施。噴堿工廠試驗(yàn)裝置實(shí)施后，對(duì)煤氣冷凝水及系統(tǒng)腐蝕情況進(jìn)行跟蹤和進(jìn)一步分析后，優(yōu)化了工藝參數(shù)與結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步在京唐工程中實(shí)施應(yīng)用。目前高爐煤氣冷凝水PH值均大于6.5，運(yùn)行效果良好。

4.干法除塵技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用前景干法袋式除塵技術(shù)與濕法除塵技術(shù)相比，具有煤氣凈化質(zhì)量高、節(jié)水、節(jié)電、運(yùn)行費(fèi)用低、無污水排放、提高TRT發(fā)電等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著（經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算以2500m3高爐為例）。

1）煤氣潔凈度高：采用全干法布袋除塵技術(shù)處理后的凈煤氣潔凈度高，正常情況下凈煤氣含塵量≤ 5mg/m3，煤氣含塵量低可減少加熱爐用戶等堵塞，提高加熱設(shè)備的熱效率和使用壽命。

2）煤氣熱值高：干法后煤氣溫度高，含水量低，顯著提高了煤氣熱值，可提供熱風(fēng)爐理論燃燒溫度約40℃。熱風(fēng)溫度提高，降低了燃料比、提高回收利用水平，降低了工序能耗，每年減少CO2排放約2萬t。

3）生產(chǎn)能耗下降：采用全干法除塵工藝，與濕法除塵相比，噸鐵新水消耗降低約0.40 m3，噸鐵電量消耗降低約4-6 kWh。年節(jié)約新水約80萬t，節(jié)電1000×104 kWh，大大減少了運(yùn)行成本。

4）TRT發(fā)電量顯著提高：干法除塵后凈煤氣溫度（約150℃），比濕法除塵煤氣溫度（約50℃）提高100℃以上，且煤氣含水量低，阻力損失小，可相應(yīng)提高TRT發(fā)電量35%-40%以上。年可增加發(fā)電量約2000×104 kWh。

5）社會(huì)和環(huán)境效益良好：采用全干法布袋除塵工藝，經(jīng)濟(jì)效益顯著，社會(huì)效益良好。濕法除塵產(chǎn)生大量污水，水中含有有毒物質(zhì)，經(jīng)處理后排放的水中仍含有氰、硫、酚和重金屬等有害物質(zhì)，造成土壤和水污染，形成毒害作用。采用全干法袋式除塵技術(shù)，完全避免了濕法除塵過程中大量有毒污水、污泥的產(chǎn)生，從根本上解決了二次水污染及污泥的處理問題。

干法除塵顯著提高了TRT發(fā)電量，提高了高爐煤氣熱值，對(duì)提高熱風(fēng)溫度具有重要意義，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。該項(xiàng)目是創(chuàng)建環(huán)境友好型、資源節(jié)約型循環(huán)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的成功范例，符合低碳、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求。目前高爐煤氣干法袋式除塵技術(shù)已應(yīng)用在京唐、宣鋼、濟(jì)鋼等多座高爐上，推廣前景良好。

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