高爐煤氣干法除塵技術的發展

王海濤，高華東，張殿印

(中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

高爐煤氣干法除塵技術的發展

王海濤，高華東，張殿印

(中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088)

我國是采用高爐煤氣干法袋式除塵最早的國家之一，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發展的三個階段，即起步、發展，以及爐容1000m3以上級的提高階段，認為采用干法除塵，才能節能減排，實現綜合利用。

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程中產生的一種可燃氣體，也是冶金工業中可以回收利用的四種煤氣之一。按我國目前的生產水平，每煉1噸生鐵約產生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，該壓力能相當于100kJ/m3的熱能。因此，利用高爐煤氣的潛熱和顯熱是節約能源、發展循環經濟的重要途徑，因此得到專家和有關部門的高度重視。我國是采用高爐煤氣干法袋式除塵最早的國家之一，至今已有40多年的歷史。早在2005年我國高爐煤氣的利用率已達100%。本文重點介紹并分析了我國高爐煤氣干法除塵技術發展的三個階段。

1 高爐煤氣干法除塵技術的起步階段

我國是從20世紀50年代開始研發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行了凈化高爐煤氣的試驗，并于1974年11月18日在河北涉縣鐵廠建成我國第一套高爐煤氣干法袋式除塵系統。經實測，凈煤氣中的含塵量小于10mg/m3，運行正常，達到了預期的效果，與其配套的熱風爐風溫提高至1000℃以上。河北涉縣鐵廠的高爐容積只有13m3，煤氣發生量僅在4500m3/h左右，袋式除塵器的過濾面積不過150m2，但它的技術創新和實踐經驗卻開創了中國高爐煤氣干法除塵技術的嶄新時代，其影響之深遠延續至今。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也相繼建成投運，也都取得了同樣的效果，與其配套的球式熱風爐風溫提高至1000℃以上，高爐的技術經濟指標也得到顯著的提高。20世紀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。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基礎。

1.1 干法除塵工藝流程

我國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—旋風除塵器—調節閥—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圓筒形袋式除塵器，箱體內濾袋用同心圓式布置，濾袋直徑為φ180～250mm，長度3000～5000mm，除塵器箱體直徑為φ1950～2420mm，高度4000～6000mm。為實現離線清灰，一臺除塵器設計成3～6個箱體，一個箱體反吹清灰，其他室進行過濾凈化。各廠袋式除塵器主要技術參數見表1。

表1 20世紀70年代小型高爐煤氣回收凈化用的袋式除塵器技術參數

1.3 機械化輸灰系統

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

1.4 初期高爐煤氣干、濕法的基建投資和年運行費比較

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

表2 投資和年運行費用的比較

表3 臨汾鋼鐵廠100m3高爐煤氣干、濕法除塵動力消耗比較

1.5 存在的問題

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

（2）限于當時的生產規模和技術水平，除塵器箱體檢漏主要靠人工，既不準確，又費時費力。

（3）輸灰系統密封性差。對于高爐煤氣除塵凈化，應當對系統的每一部分都做到嚴格密封無泄漏。

（4）箱體設計偏小，致使其數量多，管理繁雜。

2 高爐煤氣干法除塵技術的發展階段

由于我國不少科研、設計和鋼鐵廠繼續開展了大量開發工作，使干法凈化技術應用達到了300m3級高爐，技術上也日臻完善。同時在其他凈化途徑和技術方面也進行了有益探討。

2.1 試驗研究工作

（1）宣鋼高爐煤氣干法電除塵試驗

1986年，由北京鋼鐵研究總院、宣化鋼鐵公司和宣化環保設備廠共同在宣鋼300m3高爐上進行了高爐煤氣干法電除塵凈化試驗。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，共進行了6次試驗。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30℃～33℃。實驗中發現，在高爐操作無異常情況下，電壓電流波動較大，通電半小時后電壓很快就下來，在20kV左右，波動原因不詳，除塵效率較低。試驗基本成功。但由于種種原因未能將試驗擴大到工程應用。

（2）石門磷肥廠44.4m3高爐煤氣干法電除塵實驗

1985年，武漢安技所與石門磷肥廠協作在44.4m3高爐上進行了高爐煤氣用常規煙氣電除塵凈化實驗。電除塵器截面積14.09m2，為臥式三電場，凈化工藝流程為：高爐荒煤氣—重力除塵器—擴散除塵器—電除塵器—凈煤氣。處理煤氣量為30,585m3/ h，電場內平均流速為0.6m/s，煙氣溫度小于350℃，電場壓力為2000Pa，進口粉塵濃度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、二電場電壓均為45～54kV，電流為6～66mA（三電場出了事故、未測），兩電場除塵效率為94.7%。這一試驗未能應用于工程實踐。

（3）漣鋼袋式除塵工業試驗

包頭鋼鐵設計院和漣鋼于1985年在漣鋼進行了300 m3高爐煤氣干法凈化試驗，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，系統裝置是由7個φ3000mm的除塵箱體組成。為防止煤氣低溫結露，采用了間接換熱式煤氣升溫裝置，并加強了外保溫措施。使用國產無堿玻璃纖維慮袋（φ250×8000mm，每個箱體40個），濾袋的吊掛采用了有拉緊彈簧和調節距離的結構和袋卡與弧形袋帽。卸灰、輸灰設置是由電動鐘閥、中間灰斗、星形給料機、螺旋輸送機、斗式提升機和高位灰斗等組成。反吹采用煤氣增壓機，為保證上述工藝能連續正常運行，采用可編程序控制器（PC）進行反吹程序控制和集中控制卸灰、輸灰的操作，提高了自動控制水平。

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，相當于節約標準煤2730t/a；其煤氣溫度比濕法高60℃，可提高熱風10℃，年節焦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）。

干法技術與濕法技術相比，每年可減少400萬t循環水量，并可減少200t主要污染物，從而使廠區附近的水系水質有較大的改善。

2.2 推廣應用

20世紀70年代用于爐容100m3以下級的高爐煤氣干法除塵系統，到20世紀80年代時，高爐煤氣干法除塵技術在試驗基礎上很快發展到300m3級爐容。在“七五”期間，300m3級高爐煤氣袋式除塵工藝已在漣源鋼鐵廠、石家莊鋼鐵廠、韶關鋼鐵廠、凌源鋼鐵公司、承德鋼鐵廠、總后2672廠、天津鐵廠、北臺鋼鐵廠、長鋼鐵廠、臨汾鋼鐵廠、漢江鋼鐵廠、安陽鋼鐵廠、石嘴山鋼鐵廠、成都鋼鐵廠共計19座300m3級高爐上推廣應用。

3 國外的高爐煤氣干法技術

3.1 發展歷程

20世紀50年代，蘇聯、美國都試驗過高爐煤氣用袋式除塵器，因種種原因未推廣應用。20世紀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，蘇聯實現了高爐煤氣爐頂壓透平發電。1972年，德國丁格勒開始應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家之一。

1980年，日本小倉鋼鐵廠試驗了新型高爐煤氣袋式除塵器，用在煙氣量為24萬m3/h的1850m3高爐上，1982年3月投產后運轉十分正常。當時采用的是反吹風袋式除塵器，目的是提高余壓發電的出力。參數如下：高爐容積1850m3；爐頂壓力0.15MPa；煤氣發生量24,000m3/h；箱體直徑φ3400mm；箱體數量5個；濾袋規格φ306×10,000mm；濾袋46條；每箱過濾面積為442m2；總過濾面積為2210m2；工況濾速1.34m/min；清灰方式為反吹風清灰。

由于干法除塵系統的投產充分利用了煤氣顯熱，提高了爐頂余壓發電機的發電量，把濕法凈化系統發動機的功率由4800kW提高到6600kW，經濟效益十分明顯。此后日本相繼在近10座高爐推廣。20世紀80年代初，德國魯奇公司開發出用于轉爐煤氣的圓筒形電除塵器，之后日本引入這一技術并成功用于高爐煤氣干法除塵工程中。日本還進行過移動床顆粒層除塵器試驗：川崎重工和神戶制鋼都在高爐荒煤氣總管上引支管，用三級或二級串聯的移動床顆粒層除塵器進行了半天工業性試驗，其特點是耐溫為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題未能推廣。

3.2 干法袋式除塵技術

（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圖1，袋室內部結構見圖2。

圖1 日本的高爐煤氣干法除塵工藝流程

圖2 袋式除塵系統內部結構示意圖

3.3 干法電除塵技術

三菱重工與NKK共同開發的高爐煤氣干法靜電除塵技術，通過1985年5月在福山鋼管廠、扇島鋼鐵廠高爐上的應用表明，干法靜電除塵技術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電技術，達到了回收能源、節約電力和消除煤氣洗滌污染的目標，可最大限度地回收煤氣顯熱。由于設置了煤氣溫度調節裝置—蓄熱緩沖器，可以使高爐煤氣溫度滿足干式電除塵入口對煤氣溫度的要求。高爐煤氣干法電除塵工藝流程（見圖3）為：高爐荒煤氣—重力除塵器—蓄熱緩沖器—干式/電除塵—爐頂壓透平發電—洗凈塔—氣—凈煤氣—氣柜。電除塵器主要參數見表4。

圖3 高爐煤氣凈化系統

嚴格地說，干法電除塵技術凈化煤氣并不是日本技術，日本只是應用而已。這一技術由德國魯奇公司于1983年先后用于布魯克豪森氧氣頂吹轉爐煉鋼車間的兩座轉爐煤氣回收的除塵系統。日本鋼管公司是從德國魯奇購買了煤氣干法除塵專利，又用于高爐煤氣做了半工業性試驗，1985年先后用于3臺高爐煤氣凈化系統中。

4 鞏固提高階段

1986年，我國開始在1000m3以上級高爐采用煤氣干法除塵技術，我國的高爐煤氣除塵技術也走上了提高階段。

太鋼3號大型高爐煤氣凈化在1986年從日本引進了干法袋式除塵技術，此系統于1987年8月投入運行，成為我國第一次將干法除塵技術用于爐容超過1000m3級的實例。此系統主要技術參數如下：高爐容積1200m3；爐頂壓力0.1MPa；煤氣發生量20萬m3/h；袋式除塵器型式圓筒形反吹風清灰；筒體直徑φ3500mm；濾袋規格φ306×10,000mm； 濾袋數量：46條/筒×7筒=322條；過濾面積：442m2/筒×7筒=3094m2；過濾風速（工況）1m/min；凈煤氣含塵量＜5mg/ m3；除塵器運行阻力 2.45kPa。其系統工藝流程見圖4。

圖4 太鋼3號高爐煤氣凈化系統工藝流程

該工程投產后運行一直不正常，到1998年完成技術改造之后，運行開始正常，達到了節水、節電、降低運行費用的目的。

20世紀90年代至今，為高爐煤氣布袋除塵技術發展的提高階段，1994年成鋼300m3高爐上建成氮氣脈沖清灰方法的布袋除塵器。1993年，玻璃纖維針刺氈開始應用，相繼有高溫復合針刺氈等一批新型高效濾料投放市場。系統用塵氣蝶閥、扇形眼鏡閥、卸灰球閥、加濕卸灰機、消化引進的高壓水噴嘴、布袋檢漏裝置專用設備等應用成功，對布袋除塵技術的發展和大型化進程有著積極的推動作用，所以這一時期是高爐煤氣采用布袋除塵技術發展的重要時期。這一階段最主要的標志是用脈沖袋式除塵器取代了反吹風袋式除塵器，清灰氣體由高爐煤氣改為氮氣，濾料的材質，改進規格、布置相應發生了變化。從而使干法除塵技術迅速由小高爐煤氣凈化擴展到中型和大型高爐。這個階段另一標志是電氣控制水平也有了質的提高，使除塵系統作業率提高到可以與煉鐵生產同步運行的程度。

我國高爐煤氣除塵技術經多年實踐，基礎好，經驗豐富，其裝置是由小到大逐漸發展起來的，工藝合理，配套齊全，裝備及控制技術成熟，得到了很快發展。特別是20世紀90年代后期，高爐建設多，容積大，基本都采用干法除塵。現在有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級高爐上建成了高爐干法煤氣除塵回收系統。近年來在大型高爐上得到較快的推廣應用，實現了大型化。在發展的同時，仍須注意以下問題：

（1）煤氣低溫糊袋的問題。高爐煤氣低溫的情況會出現糊袋。盡管有旁通放散設施，但系統反應較慢，煤氣低溫問題值得重視。

（2）閥門質量的問題。高爐煤氣布袋除塵的閥門用量較大，特別是起切斷各個箱體煤氣作用的盲板閥非常重要。如果閥門打不開或關不上就會出現異常狀況。

5 結語

高爐煤氣干式除塵技術在我國走過一段漫長的道路，現在已經到了成熟階段，高爐煤氣應采用干法除塵才能做到節能減排、綜合利用，在低碳經濟建設中做得更加出色。

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