（机械电子工程专业论文）袋式除尘技术在高炉煤气除尘中的应用研究.pdf

摘要 摘要 钢铁工业是用能、耗水大户，当今的能源危机、水危机和环保的压力 迫使钢铁工业必须走节能、节水和环保型发展之路。炼铁生产中产生的副 产物之一高炉煤气，富含大量的热能、化学能、压力能和粉尘。高炉 煤气经除尘后，将其能源循环用于钢厂、铁厂、压力加工厂等生产环节， 以及实现热、电联产，均可显著降低企业的能源消耗和生产成本，给企业 带来可观的经济效益。传统的高炉煤气湿法除尘，能较好地去除煤气中的 粉尘，但除尘过程中煤气失去大部分显热，煤气压力下降，煤气中含水多， 煤气的热能、压力能、化学能在除尘过程中损失大。全干法袋式除尘处理 高炉煤气，能较好地保留高炉煤气蕴涵的能源，且煤气中不含水，除尘效 果好，有显著的社会效益和经济效益。 国内小高炉用袋式除尘技术较早，而在中、大型高炉中，全干法袋式 除尘技术，各厂依据各自的条件在不断的探索和完善中。本论文结合重钢 7 5 0 m 3 高炉煤气袋式除尘的实际工程项目，分析了高炉煤气的产生及其特 性，高炉煤气袋式除尘的机理；探讨了影响除尘效果的因素；探讨了袋式 除尘系统合理的工艺流程，半净煤气管道系统的设计，滤袋进气方式、过 滤方式、滤布的特性及选择，合理的过滤负荷，滤袋清灰方式，卸、输灰 方式，系统安全运行措施；指出系统运行中出现问题的原因并提出了改进 措施，并对其实践效果作了较全面的分析，探讨了系统需进一步完善提高 的技术，拟为系统的优化设计提供借鉴：从经济效益和环境效益方面对项 目进行了评价。 关键词高炉煤气；袋式除尘：工程应用；除尘效果；设计实例；系统优化 燕山人学一r 学硕十学位论文 a b s t r a c t i r o na n ds t e e li n d u s t r yc o n s u m e sm u c he n e r g ys o u r c ea n dw a t e r t o d a y , e n e r g yc r i s i s ，w a t e rc r i s i sa n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n sp r e s s u r ef o r c e si r o n a n ds t e e li n d u s t r yh a v et o d e v e l o p t o w a r dc o n s e r v ee n e r g y ，w u t e ra n d e n v i r e n m e n t a l p r o t e c t i o n o n e o fi r o n s m e l t i n g p r o d u c t i o n b l a s t f u m a c e g a s ，t h e r ea r em u c hh o t e n e r g y ，c h e m i s t r y e n e r g y ，p r e s s u r e e n e r g ya n dp o w d e r d u s ti ni t i fi ti sd e a l e dw i t he x c i s i o nl a m p b l a c k , i ti su s e ds t e e lw o r k s i r o n w o r k s ，r o l l i n gm i l le t c ，a n dr e a l i z i n gh o t e l e c t r i c i t y u n i o n p r o d u c t i o n e m e r p r i z sc o s to f p r o d u c t i o na n de n e r g s o u r ec o n s u m p t i o ni sm a r k e dd r o p ，a n d e c o n o m i cr e s u l t si sm a r k e dr i s e n t r a d i t i o n a l w a t e r ym a t h o d e x c i s i o n l a m p b l a c kc a l lf a i r l yr e m o v eg a s sd u s t ，b u tt h r o u g he x c i s i o nl a m p b l a c kal o t h o ti sl o s t ，a n dp r e s s u r ei sd r o p t h e r ei sal o tm e c h a n i c a lw a t e ri ng a s ，g a s h o t e n e r g y , p r e s s u r e e n e r g y , c h e m i s t r y - e n e r g yi sw a r k e dd e c r e a s e d i fg a s d i s p o s i t i o ni su s e db a g g y , t h ee n e r g yo fg a si sf a i r l yr e s e r v e d t h e r ei s n t m e c h a n i c a lw a t e ri n g a s a n d e x c i s i o n l a m p b l a c k s e f f e c ti s g o o d e n v i r o n m e n t a lr e s u l t sa n de c o n o m i cr e s u l t sa r er e m a r k a b l e b a g g ye x c i s i o nl a m p b l a c k ss k i l li sb e t t e rp e r f e c ti ni n t e r n a ls m a l lf l a s t f u r n a c e a n di th a v et ob ec o m p l e t e di ni n t e r n a ll a r g eo rm i d d l ef l a s tf u r n a c e t h ea r t i c l ea s s o c i a t e sw i t he n g i n e e r i n ga c t u a l i t yo fe h o n g q i n gi r o na n ds t e e l c o r p o r a t i o n s7 5 0 m f l a s tf u m a c e ，a n da n a l y s e sg a sp r o d u t i o n ，r a t i o n a l eo f b a g g ye x c i s i o nl a m p b l a c k e ，i n f l u e n c ef a c t o ro nu s i n gb a g g yd e v i c et op r o c e s s g a so ff u r n a c e i tp r o b e sr e a s o n a b l et e c h n o l o g yo fb a g g ye x c i s i o nl a m p b l a c k s y s t e m ，d e s i g no fg a s p i p e l i n es y s t e m ，e n t e rg a sp a a e mo ff i l t e lf i l t r a t i o n s f a s h i o n ，f i l t e rf i b e r sc h a r a c t e r i s t i ca n ds e l e c t i o n ，r a t i o n a lf i l t r a t i o nl o a d ， c l e a n i n gd u s tm a t h o do ff i l t e r ，t h ew a yo fu n l o a d i n ga n dc o n v e xs y s t e ms a f e o p e r a t i o n sm e a s u r e i ta l s oi sd i r e c t e da g a i n s tt h ep r o b l e mi ns y s t e mo p e r a t i o n ， l o o k si m ot h ec a u s c ，s t u d i e s i m p r o v i n g sm e a s u r e ，a n do v e r a l la n a l y s i s l i a b s t r a c t p r a c t i c a lr e s u l t i ta d v a n c e ss y s t e mh a v et op e r f e c ta n de n h a n c e st e c h n o l o g y i t p r o d u c e sr e f e r e n c ef o rs y s t e m so p t i m i z a t i o n i ta p p r a i s e st h ep r o j e c tf o r m e n c o m y r e s u l t sa n de n v i r o n m e n tr e s u l t s k e y w o r d s t h ef l a s tf u r n a c eg a s ；b a g g ye x c i s i o nl a m p b l a c k ；p r o j e c t a p p l i c a t i o n ；e x c i s i o nl a m p b l a c k se f f e c t ；d e s i g ne x a m p l e ； s y s t e m so p t i m i z a t i o n 1 1 i 燕山大学工学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的工学硕士学位论文袋式除尘技术在高 炉煤气除尘中的应用研究，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读工学硕 士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注 明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出 重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式注明。本声明的法律结果 将完全由本人承担。 作者签字韩，碉荥 隰别年朋珈 燕山大学工学硕士学位论文使用授权书 袋式除尘技术在高炉煤气除尘中的应用研究系本人在燕山大学攻 读工学硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成 果归燕山大学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关 人员。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以 公布论文的全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名：尊耖 导师签名：彻 ，绡券 日期：衫年缈月衫日 日物菇年。叫日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 炼铁高炉煤气除尘技术的发展 经济发展和环境保护是传统社会发展模式中的一对固有的矛盾。为了 解决这个矛盾，世界各国的许多行业都提出了一系列的发展模式，其中循 环经济是一种较为成熟的模式。循环经济的基本趋势是：按照生态规律利 用自然资源和环境容量，实现经济活动的生态化转型。2 0 世纪9 0 年代以 来，发展循环经济已成为国际社会的一大趋势。我国是一个钢铁生产大国， 2 0 0 5 年钢铁产量超过3 亿吨，位居世界第一。我国钢铁工业是能耗大户， 钢铁工业的耗能一直占全国总能耗的1 0 以上1 1 1 。传统的钢铁工业是由“资 源一产品一污染排放”所构成的物质单向流动经济。循环经济则要求钢铁 工业按照自然生态系统的模式，组成一个“资源一产品一资源再生”的物 质反复循环流程的过程【2 1 ，要求生产过程中废物的最大化利用。目前高 炉炼铁是钢铁生产流程中不可缺少的环节，其能耗最高，占吨钢能耗的 5 0 5 5 ，平均为4 6 5 k g t 标准煤( 2 0 0 3 年) 1 5 l ，比国际先进水平高约3 0 k g t 。 高炉煤气中粉尘含量高，富含一氧化碳气体，剧毒，发热值高，潜含有巨 大的能源资源，若直接向环境排放，将会造成区域生态环境的破坏；若将 高炉煤气除尘后循环利用，能降低钢铁生产的能耗，也是钢铁工业实现循 环经济的重要途径。而高炉煤气中的显热、高炉煤气中的含尘量和含水率 直接影响高炉煤气的利用。所以研究高炉煤气的除尘技术及在实际中的应 用，以最大限度的保住高炉煤气中的显热，减少含尘量及含水率，充分利 用高温煤气能源，减少环境污染，对钢铁工业的良性循环发展，对解决经 济发展与环境保护的矛盾具有非常现实的意义。 炼铁高炉煤气中的粉尘主要来自于高炉入炉原料中的细粉粒，这些细 粉粒在高炉炉内压力差的作用下，进入高炉煤气。高炉煤气中含尘浓度约 为4 0 l o o g m 3 ，要经过一系列的除尘净化过程，将其粉尘去除，以便于 充分利用其物理能、机械能和化学能。高炉煤气的净化技术从过去以湿法 燕山大学工学硕士学位论文 文丘里洗涤器为主向干式袋式除尘器或干式静电除尘器为主发展，以提高 物理热的利用效率及避免污水和污泥的产生。 1 1 1 高炉煤气的湿法除尘 高炉煤气除尘净化的传统工艺为湿法除尘，如图1 1 为高炉煤气湿法 除尘净化工艺流程。高炉煤气的湿法除尘是水洗煤气，要耗用大量的水资 源。煤气洗涤水中含悬浮物6 1 达1 0 0 0 4 0 0 0 m g l 和大量的酚、氰化物及 其他有机物，处理这些有毒物要用化学药物或引入水渣池。用化学药物处 理的系统庞大，处理难度大：用冲渣水稀释后进行闭路循环，冲渣过程中 氰化物会随蒸汽扩散到大气中而污染大气。此外湿法除尘将2 5 0 左右的 煤气降到5 0 以下，损失能量达3 0 以上i ”，且煤气含水含尘较高 ( 1 0 m m 3 左右) ，煤气品质下降，使煤气的物理有效能( 温度和压力) 下 降。同时产生的大量污泥难以清理和利用。 清水 图1 - 1高炉煤气的湿法除尘工艺 f i g i 1w a t e r y m a t h o dd o f f i n gd u s t t e c h n o l o g yo f b l a s t f u r n a c e g a s 1 1 2 高炉煤气于法除尘 高炉煤气的于法除尘几乎不用水，不会带来水污染和污泥的处理，干 的粉尘可直接返回烧结作为原料使用，除尘过程中煤气的压力损失小，配 t r t 煤气压差发电，发电量可达5 0 k w h 吨铁i s 。煤气温度高，比湿法高 1 0 0 c 以上，经干法除尘后的煤气，热值高，水分低，煤气的理论燃烧温度 2 第1 章绪论 高，用于热风炉可提高热风温度4 0 9 0 ，相应降低焦比8 k g ，t 1 6 k g t 1 9 1 。除尘效果好，对环境友好，且煤气的应用领域扩大。高炉煤气 的干法除尘包括电除尘技术和袋式除尘技术。 图1 2 为高炉煤气的干法袋式除尘工艺流程图。高炉荒煤气经重力除 尘器后进入袋式除尘器，在袋式除尘器内利用滤袋本身的织孔和滤袋外表 面的粉尘层对含尘煤气进行过滤，达到净化煤气的目的，经袋式除尘器除 尘后的煤气经调压阀组或t r t 煤气压差发电机后，入煤气管网到用户。 嚣一熬 鲨叶学鲈豁 到由恒丑函 圈l 一2 袋式除尘工艺流程 f i g 1 - 2t e c h n o l o g yo f s a c kd o f f i n gd u s t 干法袋式除尘具有以下特点| 1 0 - 1 7 l ： ( 1 ) 不直接用水来清洗和冷却高温煤气，从根本上解决了污水、污泥排 放对环境造成的污染问题，高温能量损失小。 ( 2 ) 除尘效率高，净煤气的含尘量小于5 m g m 3 ；净煤气温度较高，煤 气湿含量低，且不含机械水，这样就提高了煤气的发热量和理论燃烧温度， 从而降低了用户的燃料消耗，如攀钢4 4 高炉由于煤气显热提高，每年折和 节能1 4 万g j ，由此提高高炉风温，每年节约1 万吨焦炭。 ( 3 ) 对于高压高炉，若采用袋式除尘配干式煤气压差发电装置，由于进 入压差发电装置的煤气具有较高的温度( 一般是1 0 0 。c 2 0 0 。c ) ，和较高 的压力( 一般比湿法高2 0 k p a 3 0 k p a ) ，可增加发电量3 0 4 0 。 ( 4 ) 袋式除尘器占地面积小、投资省。 干法电除尘器是利用静电力( 库仑力) 实现粒子与气流分离沉降的一 种除尘装置。我国自行研究和引进的国外电除尘技术在高炉煤气除尘中的 应用运行状况不好，出现了下部螺旋输送机密封性不好，漏煤气。中间灰 仓中的灰在高压煤气作用下板结，排灰困难；温度调节采用蓄热式缓冲器， 3 燕山大学工学硕士学位论文 由于国内高炉煤气含尘量高，导致蓄热器内的格子砖堵塞。润滑油购买困 难，国产阀门质量差也影响着电除尘器的正常运行等难于及时解决的问题。 干法电除尘系统与袋式除尘系统比较其一次性投资大，维护管理技术 性要求更高，用电量更大。袋式除尘系统的压力损失更小，t r t 压差发电 能力更大，且除尘效率能得到保证。在能源危机的时代，考虑环保、能源、 投资与运行成本的多重效应，煤气干法除尘中的袋式除尘将是我国大中型 高炉煤气除尘技术发展的方向 1 8 - 2 2 。 1 2 袋式除尘技术的发展 袋式除尘器是过滤式除尘器的一种，由文献2 。2 8 i 可知，早在1 8 世纪 8 0 年代德国就开始商业化生产，1 9 5 4 年的逆喷型吹气环清灰技术，1 9 5 7 年的脉喷型( 脉冲) 袋式除尘器技术使得袋式除尘器实现了除尘、清灰连续 操作，处理量提高数倍，特别是脉冲袋式除尘器技术，它不但使操作和清 灰连续，滤袋压力损失更趋于稳定，处理气量进一步增大，而且内部无运 动部件，滤布寿命更长，结构简单。2 0 世纪7 0 年代以后，美、日、澳及 欧州等国家，结合大规模工业生产，相继开发了大型袋式除尘器应用于燃 煤电站、干法水泥回转窑窑尾和电炉除尘。 上个世纪的7 0 年代，我国在6 1 0 0 m 3 的小高炉相继使用袋式除尘器 净化煤气。1 9 8 5 年1 月涟钢2 。高炉试验成功后，全国近2 0 座3 0 0 m 3 级的 高炉煤气采用袋式除尘工艺。1 9 8 4 年我国太钢1 2 0 0 n 1 3 的高炉引进日本袋 式除尘技术后，运行中相继出现了降温装置喷雾量大，导致重力除尘器内 积灰严重，大大降低了重力除尘器的除尘效果，滤袋过滤负荷大大增加。 煤气带水量多，滤袋受潮，粉尘粘结，加大了过滤阻力等问题，曾停用， 后经太钢多年技术改造，基本可以满足运行要求。最近几年国内的钢铁厂 在不断开发研究全干法高炉煤气袋式除尘技术在中、大型高炉上的应用。 1 2 1 滤料 由文献 2 9 - 3 4 i 可知，袋式除尘器滤料的发展，主要是围绕材质、织物结 构、表面处理技术这三方面来进行。 4 第1 章绪论 2 0 世纪5 0 年代以前，滤料材质主要是棉、毛等天然纤维，存在使用 温度低、吸湿率高、不耐酸等缺陷。2 0 世纪7 0 年代，随着石油工业的发 展出现了合成纤维，滤料材质的发展是向使用温度高、吸湿率低、耐腐蚀 等方面发展，过滤材料趋于用合成纤维和无机纤维来替代天然纤维，先后 出现了玻璃纤维、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯( p t f e 博材质性能优良的滤 料。 滤料织物结构由二维结构的织布发展成三维交错随机排列针刺，这种 三维结构无直通孔隙，透气性高，容尘量大，过滤效率大大提高。以抚顺 产业用布厂的涤纶针刺毡与7 2 9 滤布相比，其性能差别见表1 1 所示p ”。 可以看出，针刺毡的过滤性能明显优于7 2 9 ，在相同的使用条件下，其过 滤风速高，可以处理更多的废气量，滤料的寿命也更长。上个世纪末针刺 毡在工业上得到广范的应用。德国使用的全部滤料中针刺毡占9 0 ，现在 我国针刺毡制造技术日益成熟，针刺毡将是我国滤料发展的趋势。 表1 - 17 2 9 型滤料与针刺毡性能对比 t a b l e l - l c o m p a r i s o no f 7 2 9m o d l e a n df e l t 洁净滤料透气度静态过滤动态过滤 品名孔隙率( ) 阻力系数l m s效率( )效率( ) 7 2 9 型滤料 1 8 51 2 09 9 0 09 9 1 03 5 z l n d 针刺毡 0 7 2 53 3 09 9 9 79 9 9 88 2 随着袋式除尘器应用范围的扩大和环保排放指标要求越来越严格，滤 料仅在材质上和织物结构上发展已不能满足要求，必须发展后处理技术， 以改善滤料的物理化学性能和清灰功能，提高过滤效率。滤料的后处理技 术包括预涂层处理，热熔延压处理，表面覆膜处理等。预涂层处理，即将 配制好的粉剂，用特殊工艺溶进己缝制好的滤袋滤料内部，再用黏结剂固 定，达到滤袋未使用前就已具有高效收尘的能力，克服了新滤料前期除尘 效率不高的弊病；对针刺毡，在滤尘面进行热熔延压表面处理后，表面光 滑，表面孔隙变小，有利于清灰剥离，提高收尘率，降低阻力；表面覆膜 处理，即在滤料表面喷涂事先制成薄膜，覆盖于滤料表面。表面覆膜处理 5 燕山大学工学硕士学位论文 形成的薄膜滤料是采用膜分离技术，实现了真正的表面过滤，其过滤效率 高，阻力大大降低，节约了能源，在环保要求越来越高的地区，日益得到 广泛的应用。 国内的袋式除尘器相当大的一部分采用传统的针刺毡滤料，属于深层 过滤，即依靠截留在过滤材料上的微尘颗粒层进行分离，一般存在着过滤 阻力大、反冲洗频率高等问题，使得滤袋的寿命比较短，操作相对困难。 近年来针对我国国情及冶金工业产生的高温烟气除尘用滤袋的要求，研制 出了氟美斯系列耐高温针刺滤料系列，它是由二种或二种以上的耐高温纤 维混合及层状复合而成，经不同的表面化学处理与后整技术，具有易清灰， 拒水防油、防静电等特性，广泛用于钢铁、有色冶金、化工、炭黑、建材、 电力等部门。 1 2 2 清灰方式 清狄的效果是除尘器性能的一个重要因素，清灰方式主要分为机械振 动和反向气流清灰两大类。近年来又有一些新的清灰方式出现，比如利用 弹振机理清灰和利用声波辅助清灰。 机械振动清灰是利用机械振打机构拖动滤袋进行水平方向振动，或用 偏心轮装置振动滤袋框架或定期提升滤袋框架进行清灰，或利用专门的机 构将滤袋以一定的角度扭动，使滤袋变形而清灰。机械清灰时要求停止过 滤，因而常将整个除尘器分隔成若干袋室顺次地逐室清灰，以保持除尘器 连续运转。因清灰作用弱，只能允许较低的过滤风速，且对滤袋有损伤， 增加了换袋的工作量和成本，目前正逐渐被其他清灰方式取代。 反向气流清灰是利用与过滤气流相反的气流，使滤袋变形而使粉尘层 脱落。包括借助压缩空气、净煤气或其它气体的脉冲喷吹、回转反吹及气 环反吹等。其清灰作用1 3 6 , 3 7 】一方面是由于反向的清灰气流直接冲击尘块， 另一方面是由于气流方向的改变，滤袋产生胀缩振动而使尘块脱落。反向 气流清灰有反吹风清灰和反吸风清灰两种形式。在处理大流量粉尘气体时， 往往采用反吸风清灰。 气环反吹清灰是在内滤式圆筒形滤袋的外侧，贴近滤袋表面设置一个 6 第1 章绪论 中空的圆环，圆环可上下移动，利用软管与高压气或高压风机连接。由圆 环上的缝状喷嘴喷出高速气流，把沉积在滤袋表面的内侧粉尘清落。气环 反吹清灰能力较强，适应于毡类的滤袋。 回转反吹袋式除尘器是日、美等国在6 0 年代开发的。我国7 0 年代有 回转反吹圆袋除尘器系列化设计。这种除尘器是采用下进风外滤式，净气 室内装有可回转的悬臂管，反吹气流自中心管送至回转悬臂，经喷吹孔垂 直向下吹入滤袋内，使滤袋鼓胀，将粉尘抖落，达到清灰的目的。近年来， 回转反吹袋式除尘器又有新的发展，在旋臂的形式上，改用自平衡性能较 好的双臂对挑式或采用三臂分叉式。 脉冲喷吹清灰的袋式除尘器是靠压缩气体通过脉冲阀经喷吹管小孔喷 出高速气流( 称一次气体) ，一次气体通过诱导器诱导出数倍于一次气体的 周围气体( 称二次气体) 进入滤袋，造成滤袋内瞬时正压，实现清灰。依 据喷吹压力不同可分为高压脉冲和低压脉冲两类。高压脉冲提供的气源喷 吹压力为o 4 o 7 m p a 。高压脉冲喷吹由于喷吹压力高，影响布袋的使用 寿命，且气源配置设备较多，喷吹系统复杂，一次性投资大，易损件多， 因此高压脉冲有向低压脉冲发展的趋势。低压脉冲是在高压脉冲的基础上， 增加了一个存气箱，输出低压气源供气。喷吹阀固定在存气箱的底部，关 阀时压住阀口，打开时存气箱的低压气流进入布袋，起到清灰的作用。这 种清灰方式具有清灰能力强、清灰效果好的特点，目前在许多行业得到广 泛应用。 1 2 3 清灰控制系统 最古老的清灰是由人来控制的，随后采用定时器控制。随着电子技术 的发展，脉冲控制系统应用于袋式除尘器清灰控制，现有开环控制和闭环 控制模式。采用脉冲控制仪，利用其输出信号直接控制电磁阀，为开环控 制模式：按时间或除尘器的压力损失来控制清灰，采用闭环控制，可减少 用于清灰的气体量，或反吹风机的能耗，延长脉冲阀和滤袋的寿命。随着 计算机的广泛应用，清灰控制系统应用计算机定压差或定时闭环控制，有 检测、控制、报警等功能。 7 燕山大学工学硕士学位论文 1 3 大中型高炉煤气袋式除尘的发展及存在的问题 1 3 1 大中型高炉煤气袋式除尘的发展 随着袋式除尘器相关技术的发展，不少国家都先后尝试采用袋式除尘 器净化高炉煤气。上个世纪的5 0 年代，美国采用石棉和玻璃纤维滤袋过滤 高炉煤气，高炉容积为1 1 0 0 m 3 ，处理煤气量1 6 5 0 0 0 m 3 ，i i ，工作温度达到 3 5 0 ，5 0 年代到7 0 年代，西德德马克公司在常压高炉上大量使用了袋式 除尘器，1 9 8 1 年，日本在德国帮助下，成功地把该技术应用n d , 仓铁厂 1 8 5 0 m 3 高炉，从而使该技术得到飞跃发展并推广到4 0 0 0 m 3 高炉，滤料为 耐热尼龙或玻璃纤维。1 9 8 4 年，我国太钢1 2 0 0 m 3 高炉从日本引进该技术 后，国内有关专家在太钢考察、消化该技术，使我国大中型高炉袋式除尘 器得到了较大发展。太钢1 2 0 0 m 3 、攀钢1 3 5 0 m 3 、武钢3 2 0 0 m 3 、首钢3 座1 0 0 0 m 3 以上的高炉等都先后采用了袋式除尘器净化煤气，滤料用 n o m e x 、玻璃纤维针刺毡，但大多都建有备用湿式除尘，其工艺流程如图 1 3 。通过采用无料钟、富氧大喷煤、高风温、高顶压、高冶炼强度等先进 的炼铁技术，同时干法除尘系统中的关键工艺和设备的不断改进完善，在 已有的干、湿两用高炉煤气除尘系统中，干法运行率逐年得到提高。如攀 钢高炉干、湿两用工艺中，经干法除尘工艺改进后，干法运行率由投产初 期的1 1 4 ( 9 8 年) ，提高到9 5 ，经济和社会效益也得到了明显提高。如 图1 4 为改进后的除尘工艺流程。 2 0 0 2 年，国内第一家采用全于法除尘技术对大中型高炉煤气进行净化 的研究试验在莱钢开展，随后这项技术在国内新建的大中型高炉中进行不 断的尝试和探索。其工艺流程如图1 2 。袋式除尘器的清灰方式为低压脉 冲清灰，滤布为f m s ，取消重力除尘器内直接喷雾降温而采用在炉顶打水 降温并串联间接换热器，换热器降温采用冷风作为介质，换热器升温采用 热风炉烟道废气作为介质。从工程实施及运行情况看，投资更省，运行顺 利。 8 第1 章绪论 图1 3 各有湿法的高炉煤气袋式除尘系统工艺流程 f i g 1 - 3t e c h n o l o g yo f f l a s tf u r n a c eg a sb a g g yd o f f i n gd u s tw i t hw a t e r ym a t h o d 图l - 4 改造后的高炉煤气袋式除尘系统工艺流程 f i g 1 - 4t e c h n o l o g yo f f l a s tf u r n a c eg a sb a g g yd o f f i n gd u s ta f t e ri m p r o v e m e n t 1 3 2 存在的问题 由文献m ”。$ _ 删知，国内小高炉用袋式除尘器净化煤气已有较长的时 期，各厂效果不同，国内中、大型高炉用袋式除尘处理高炉煤气的技术在 不断探索。随着高炉炼铁技术的不断发展，原料条件的变化，操作水平的 不同，影响除尘设备及除尘效果的因素复杂，使得高炉煤气除尘系统存在 下列的问题。 9 燕山大学工学硕士学位论文 1 3 2 1过滤负荷的问题各企业的除尘系统的工况负荷差别很大。最低 的只有o 3 m 3 m 2 m i n ，最高的达1 5 m 3 m 2 m i n 。工况负荷低，除尘系统 顺利，但投资大，技术经济指标不合理。工况负荷高的企业，要么有湿式 系统作为备用，要么投产后发现问题再加箱体，给系统的正常运行造成不 必的障碍。 1 3 2 2 滤布的问题已有的滤布耐高温能力不能完全满足高炉煤气除尘 的需要，容易发生煤气超温烧毁滤袋而终止高炉正常运行的事故。 1 3 2 3 煤气降温的问题企业在选择降温方式时比较盲目，重复走弯路， 加大工程投资，投产后不得不进行改造，有的注重考虑系统能正常运行， 导致高炉煤气大量放散，影响企业的经济效益和环境质量。 1 3 2 4 卸灰系统的问题传统的袋式除尘器卸灰系统一般采用长流程， 即在袋式除尘器底部设有螺旋输灰机或刮板机，除尘灰经螺旋输灰机或刮 板机、斗式提升机送入大灰仓，再加湿外运；但实践中发现螺旋输灰机或 刮板机、斗式提升机为故障高发设备，易出现灰尘泄漏、输灰机卡死等现 象。可采用短流程卸灰方式，即在每台除尘器下方对应设置一台小型粉尘 加湿搅拌机，除尘器底部设置运灰通道，运灰车直接到各粉尘加湿搅拌机 下方卸灰，简化设备，各除尘器卸灰互不影响，但有可能增加二次灰的扬 尘点。 1 3 2 5 高炉操作工艺与除尘系统运行的最佳配合高炉煤气的理化性能 稳定是袋式除尘器顺利运行的前提条件。高炉用精料，保证入炉原料的稳 定，操作工人的责任心，高炉值班人员与除尘器值班人员之间的信息及时 互通等是影响除尘系统正常运行的关键因素。 1 3 2 6 合适的保温措施当煤气进入除尘器的温度在露点温度以下，就 造成糊袋，为保证除尘器中煤气温度，箱体必须做保温处理；除尘灰在低 温下流动性差，必须做保温处理，并且采用流态化方式输送。 总之，高炉煤气的袋式除尘技术对于国内大中型高炉来说还需不断探 索研究、优化及推广应用。在大中型高炉中只建全干式袋式除尘净化高炉 煤气系统的设计、运行中的问题的研究显得非常的迫切。 l o 笙! 兰笪丝 1 4 本论文的研究内容 综上述知，高炉煤气用全干法袋式除尘技术能实现节水、节能、减污， 能使企业的清洁生产和循环经济迈上新台阶。国内外学者在进行高炉煤气 袋式除尘系统的研究、设计及建设时，都会根据各自的高炉炉容、炉顶压 力、炉顶设备类型、高炉煤气温度、煤气量、煤气含湿量、当地的气候条 件等参数以及经济指标来确定除尘系统相关参数及配套设施。同时随着现 代化炼铁工艺生产对设备提出的要求，除尘系统设备的结构优化、研究系 统的运行状况并不断的优化也显得越来越重要。本论文就袋式除尘在高炉 煤气中的应用技术，探讨以下几个问题： ( 1 ) 高炉煤气的产生及特性，高炉煤气用袋式除尘器除尘的机理，并结 合高炉操作及管理，分析影响除尘效果的因素。为在高炉煤气中应用袋式 除尘技术的设计和运行过程提供参数参考。 ( 2 ) 结合重钢7 5 0 m 3 高炉煤气袋式除尘工程的实际，探讨袋式除尘系统 合理的工艺流程，高炉半净煤气管道系统合理的设计，合理的袋式除尘器 的滤袋进气方式、滤袋过滤方式、滤布的选择、过滤负荷的选择、滤袋清 灰及卸、输灰方式；探索袋式除尘系统安全运行的措施，并对该项目从经 济和环保效益两方面进行评价。 ( 3 ) 对重钢7 5 0 m 3 高炉煤气袋式除尘系统运行状况进行分析，分析系统 局部出现异常的原因，对优化除尘系统的设计和应用具有借鉴作用。 “) 针对运行中出现的问题进行改进，并就项目实践效果进行分析：对 除尘系统的重要环节进行研究；提出迸一步优化该系统有待解决的问题。 本论文拟研究的相关问题对高炉煤气用布袋除尘的系统优化设计和经 济运行具有借鉴作用。 燕山大学工学硕士学位论文 第2 章高炉煤气袋式除尘器的除尘机理 及影响因素分析 2 1 高炉煤气的产生 经热风炉预热后的高温空气进入高炉后，与白热状态的焦炭相遇，鼓 风中的氧气，水蒸汽与焦炭发生下列化学反应： c + 0 2 = c 0 2 2 c 。0 2 = 2 c o c + h 2 0 = c o + h 2 c 0 2 上c = 2 c o 鼓风中蒸汽量较少( 增湿鼓风时，水蒸汽量相对多些) ，由上述反 应式可知，生成气体中氢气含量较少；鼓风中的氮气不参加化学反应，仍 以氮气状态混在生成气中。生成气体与铁矿石( 包括烧结矿，球团矿) 中 氧化铁起还原反应如下： f e 2 0 3 + c o = f e 3 0 4 + c 0 2 f e 3 0 4 + c o = f e o + c 0 2 f e o + c o = f e + c 0 2 f e 2 0 3 + h 2 = f e 3 0 4 + h 2 0 f e 3 0 4 + h 2 = f e o + h 2 0 f e o + h 2 = f e + h 2 0 随着氧化铁还原反应的进行，气相中的c o 及h ：逐渐减少，c o ：和 h ，o 逐渐增加，在高炉内部气流的作用下，入炉料中的细粉及反应产物 粉尘也进入气相，到达炉顶的含尘气体就是高炉煤气。 1 2 第2 章高炉煤气袋式除尘器的除尘机理及影响因素分析 2 2 高炉煤气的特性 2 2 1 成分复杂 由于高炉下部鼓风和高炉内部压差的作用，从高炉炉顶吹出高炉煤气 和炉尘。高炉煤气中气体成分受鼓风成分、喷吹物成分、燃料比及冶炼品 种等的影响，成分变化大。如表2 1 所示为几种高炉煤气的成分1 4 ”此 外还含有烃类0 2 0 5 和少量的二氧化硫等气体。其热值高，常用来作 各种炉子如热风炉、均热炉、干燥炉的燃料。 在正常操作下，高炉煤气中含尘浓度约为1 0 5 0 9 m 3 ( 标况) ，平均为 2 5 9 m 3 ( 标况) ，产尘量平均为5 0 7 0 k g t 生铁，最高时达1 0 0 k g t 生铁。 粉尘的真密度约为3 3 1g c m 3 ，粉尘粒径大部分在5 0 0 i n n 以下，其质量粒 表2 - 1 几种高炉煤气的成份 t a b l e 2 - 1s e v e r a lf u r n a c eg a s sc o m p o s i t i o n 炼钢生铁铸造生铁锰铁 鼓风中氧气( ) 2 i 2 52 i2 l 2 5 c 0 2 ( ) 1 5 1 8l l 1 34 5 7 0 c o ( ) 2 6 2 32 7 2 93 5 4 0 煤气成份 h 2 ( o o ) 1 4l 22 5 3 5 n 2 ( ) 5 7 5 45 8 5 95 2 5 5 煤气的发热值( k j n m 3 1 3 3 8 6 4 1 8 03 3 4 4 3 7 6 24 5 9 8 5 0 1 6 径分布如表2 2 所示。其化学成分主要是铁、氧化铁、二氧化硅，氧化铝、 氧化镁和焦炭粉末等入炉原料或高炉内物理化学反应的产物。 表2 - 2 质量粒径分布 t a b l e 2 - 2d i s t r i b u t i o no f q u a l i t ya n dd i a m e t e ro f p a r t i c l e 质量粒径( p m l 4 04 0 3 03 0 2 02 0 l ol o 5 5 分布i ) 8 0 95 11 61 3o8l o 3 由表2 1 和表2 2 可以看出，煤气成分和粉尘受冶炼品种、原料条件， 炉顶压力等影响大，因而波动大，细小粉尘多。这些因素对除尘系统除尘 1 3 燕山大学工学硕士学位论文 效率影响较大。 2 2 2 物化性质波动大 高炉煤气温度一般为1 5 0 2 5 0 ，炉况失常时大于4 0 0 c ，甚至超 过5 0 0 ，均高于1 3 0 ，是高温烟气。气体的物性变化随温度变化较大， 如粘度( 动力黏度) 随温度酌变化【4 2 】表示为 a = 1 7 0 2 x 1 0 8 ( 1 + 0 0 0 3 2 9 t + 7 x 1 0 t 2 1 即温度升高，气体粘度升高幅度较大。 烟气在高温状态下密度减少，体积增加。有人指出烟气温度升高 2 0 0 ，则烟气体积约增加4 0 。温度升高，分子加剧运动，若系统体积 不变，压力增加。 高炉煤气中含有可燃成分c o 、h ，等，若与空气或氧气混合，容易形 成爆炸性的混合气体，容易使其达到最低着火温度【4 引，有爆炸的危险。 高炉煤气的着火温度为7 0 0 ，爆炸范围为煤气含量4 0 左右。 2 2 3 烟气发生量大 高炉煤气的一般发生量是2 0 0 0 2 5 0 0 m 3 t 生铁。一个7 5 0 m 3 的高炉 正常情况下煤气发生量为1 4 万m 3 1 8 万m 3 h 。煤气用作钢铁厂各种炉 窑的燃料，用于热、电联产，是钢铁企业的重要能源。所以在处理过程中， 尽量保持煤气的显热、潜热及压力能。 2 2 4 高炉煤气尘的特性 高炉煤气粉尘的许多特性与除尘有关，如粉尘的悬浮特性、附着特性、 吸附特性、燃烧和爆炸特性、电特性及流动特性等。 在静止空气中，粉尘颗粒受重力作用会在空气中沉降，当尘粒 1 0 o l 0 2 2 0 0 0 流速 1 4 表中的“”表示“” 日本为宝钢总厂设计时则是以煤气管道功能不同选择不同的流速，高 炉煤气主干线流速为1 5 m s 。重钢高炉半净煤气管径为d n l 6 0 0 m m ，煤气 的流速计算为 4 q = - 死d 2 式中 q 煤气量，取1 4 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0 m 3 h d 半净煤气管公称直径( m ) ，该项目取值为1 6 m ”半净煤气的流速( m s ) ，计算得“= 1 9 3 5 2 4 9 m s ( 2 ) 壁厚冶金厂敷设的煤气管道的外内径比( d d ) 一般不超过1 1 1 2 的范围，属于薄壁壳金属容器。壁厚由管壁受压、管材强度、输送介 质的性质和管道加工情况( 如管道成型方法) 等决定。如表3 2 为设计推 荐壁厚。重钢高炉半净煤气管道所用材质为：普碳钢，考虑含尘浓度高， 煤气对管壁的冲刷、磨损较大，选用的壁厚为8 r a m 。 表3 - 2 高炉煤气管道设计壁厚( m m ) t a b l e 3 - 2 d e s i g nw a l lt i e k n e s so f f l a s tf u m a c eg a sp i p e l i n e 管径巾4 0 05 0 0 1 1 4 0 01 5 0 0 2 2 0 02 4 0 0 ，2 8 0 03 0 0 0 3 4 0 0 壁厚 455 67 8 第3 章高炉煤气袋式除尘技术的应用实例 ( 3 ) 处理技术半净煤气管道的保温处理。由前述知，通常情况下半净 煤气的温度为1 l o 2 8 0 c ，若输送管道不作任何处理，则半净煤气管外 表面的温度也为1 1 0 2 8 0 。不符合热源体环境安全标准( 表面温度应 5 0 ) ，为此必须对半净煤气管道进行保温绝热处理。绝热材料选用普通 的复合硅酸盐板式保温绝热材料，能满足对环境和施工人员身体健康保护 的要求。绝热材料厚度的确定按下式p5 】计算 万：t 8 9 6 dj 2 2 f j s s t w 3 ( 3 - 1 ) g 式中占保温层厚度( m 1 ) d 管道外径( m m ) 五保温材料的导热系数( j m h ) f 管道的表面温度( ) q 保温后管道允许散热量，一般取8 3 6 1 2 5 4 j m h 防噪处理。由于半净煤气含尘多，流速快，温度高，在流过煤气管道 时会产生空气动力性高分贝噪声，影响环境质量。根据空气振荡减阻原理， 松软物质对噪声和振动的吸收能力好。因此对半净煤气管道进行绝热保温 处理的同时考虑降噪，即通过适当加厚绝热保温层的方式来实现防噪。 半净煤气管道防磨损处理。半净煤气含尘高，颗粒硬度大，流速高， 在管道内高速流动时，对管壁的摩擦磨损严重，特别是管道转角处磨损更 加严重。因此必须对管壁作内衬耐磨处理。本项目在直管段未作耐磨处理， 转角处用含锰钢板作内衬，增加抗磨性。 半净煤气管道的线膨胀处理。架空管道由于温度变化会引起管道的线 膨胀或收缩。重钢高炉半净煤气的吹扫介质是氮气，正常情况下煤气的最 高温度为2 8 0 ，煤气的最低温度为1 1 0 ，其轴向膨胀量 a i = o ( t i - t ) l( 3 - 2 ) 式中l 煤气管道计算长度( 3 0 0 m ) a 一一线膨胀系数，对普碳钢煤气温度取8 0 2 8 0 ，a 取 1 3 x 1 矿m m m m 1 ：、l 通过煤气管道介质的最高、最低温度 3 1 燕山大学工学硕士学位论文 由式( 3 - 2 ) 计算1 = 0 7 8 m 。 该项目中解决线膨胀的方法是：依据线性膨胀量，在固定支架之问安 装波纹膨胀器，来吸收、