燒結機頭煙氣袋式除塵方案的探討

和禮堂，朱 龍

（1.鞍鋼設計研究院，遼寧 鞍山 114033；2.沈陽建筑大學，沈陽 110168）

1 前言

我國通過20多年燒結機頭除塵生產實踐，對燒結機頭電除塵器工作運行規律有了比較深刻的認識。影響燒結機頭電除塵設備正常運轉的因素有很多，如煙氣溫度、濕度、原料成分、混合料配比、煙塵比電阻、煙塵容重等，這些因素都會直接影響電除塵設備的運行，所以在燒結工藝過程中，必須對上述諸因素有足夠的了解，并要有嚴格的控制措施，這是保障除塵效果和技術創新的先決條件，也為提出袋式除塵方案奠定了基礎。

2 燒結機頭“禁用”袋式除塵的原因

與電除塵技術相比，袋式除塵技術的影響因素較少，其凈化效率高、運行較穩定，但在燒結機頭除塵系統上采用袋式除塵技術則存在一定問題，原因是燒結機頭的煙氣濕度大，煙氣結露易將濾袋糊死，所以燒結機頭除塵不宜采用袋式除塵技術。

從燒結煙氣溫度對機頭電除塵影響的分析中可知：燒結機正常運行時，煙氣溫度一般為130℃～150℃，對于機頭電除塵器來說，100℃～160℃均可以正常生產，但是機頭煙氣中含有SO2，其濃度在100～1100mg/Nm3范圍內，通常為500～900mg/Nm3，酸露點溫度約110℃，這就要求機頭煙氣溫度必須控制在120℃以上。同理，袋式除塵器運行溫度也必須控制在120℃～150℃范圍內。

燒結機頭除塵采用袋式除塵器的關鍵是解決燒結機啟運時，煙氣溫度為50℃～60℃（或者更低一些）時，煙氣濕度在較長的一段時間（60～100min）的除塵與結露問題。在燒結機停運時，除塵器內部的煙氣溫度接近室外溫度，吸附在濾袋上的粉塵中含有較多堿金屬，吸濕性強，因溫度達到露點溫度而在濾袋上發生潮解。當燒結機正常運行，煙氣溫度超過100℃時，濾袋表面粉餅中的水分蒸發，粉餅則固結在濾袋上，使濾料的孔隙被堵塞。另外，當煙氣溫度低于110℃（酸露點溫度）時，SO2和煙氣中的水蒸氣生成亞硫酸，對除塵系統中的金屬構件腐蝕嚴重，設備壽命縮短。

3 防范燒結機停啟時袋式除塵器結露

（1）燒結機啟動時的措施

燒結機啟動時，煙氣溫度由小于50℃并逐漸升溫，直到100℃以上，所需時間為60～100min（法國則按2h計算），此段時間的煙氣溫度低濕度大，極易結露。為了防止積灰在濕度很大時積聚在濾袋上產生糊袋問題，應在袋式除塵器的入口管道上設置旁通除塵系統。該旁路管道、除塵設備和風機均要把保溫做好，以防煙溫降低時產生結露現象，同時也防止了濕粉塵在引風機葉片上的黏結，影響風機正常運行。當煙氣溫度達到正常溫度（120℃～150℃）后，再開啟袋式除塵系統閥門，關閉旁通離心除塵系統閥門，使袋式除塵器進入正常工作狀態。見下圖。

機頭袋式除塵方案圖（包括旁路除塵及循環加熱系統圖）

（2）燒結機停運時的措施

國外的燒結機工作時間是每周五天，停運兩天（48h），袋式除塵器內部溫度由130℃～150℃逐漸下降到接近室外溫度，為防止除塵器內部溫度下降導致濾袋積灰發生潮解、金屬結構產生腐蝕現象，必須使除塵器內溫度加熱到120℃以上（酸露點溫度為110℃）。

為防止除塵器內部溫度低于110℃發生酸腐蝕，在除塵器入口管道上設置噴吹CaO細粉措施對煙氣進行脫硫，使煙氣中的亞硫酸與CaO發生化學反應生成亞硫酸鈣，消除腐蝕現象。

（3）加熱量計算

加熱量應包括以下部分：除塵器外殼（已保溫）的熱損失Q1，除塵器進出口部分管道熱損失Q2，加熱系統管道熱損失Q3，進出口閥門部分熱損失Q4，袋式除塵器進出口兩端閥門漏風熱損失Q5，袋式除塵器本體漏風熱損失Q6。

Q1～Q4的熱損失計算，均可按下式計算：

Q ＝α·F·K（t內- t外）

式中：

Q — 熱損失，kJ/h；

α— 綜合修正系數，α=1.3～1.4；

F — 散熱面積，m2；

t內— 內部氣體溫度（即設計溫度為120℃，高于酸露點溫度10℃）；

t外— 當地冬季室外采暖計算溫度，℃；

K — 傳熱系數。

式中：

α1— 外表面放熱系數kk/m2·℃·h，取20；

α2— 內表面放熱系數kk/m2·℃·h，取10；

δ — 保溫層厚度，m；

λ — 保溫材料導熱系數，巖棉取λ= 0.044 kk/m·℃·h。

Q5、Q6散熱量均為滲透風量所引起的熱損失。根據經驗，每個閥門漏風率≤1.5%，而袋式除塵器本體漏率為2%。兩者之和為5%，滲透熱損失應按下式計算：

Q = L·γ·C（t內- t外）

式中：

L — 滲透風量（又叫漏風量），Nm3/h（工況風量要折合標況風量）；

γ — 1.293kg/Nm3（0℃時空氣容重）；

C — 比熱，kk/kg·℃，當0℃時，空氣比熱C = 0.24 kk/kg·℃；

t內— 除塵器內部溫度（設計取120℃），℃；

t外— 當地冬季室外通風計算溫度，℃。

加熱風量計算：加熱系統必須采用熱風循環加熱系統，以保證整個除塵器的各個角落加熱均勻。

首先計算Q熱1= Q1+ Q2+ Q3+ Q4

式中：

L標1— 循環加熱風量，Nm3/h；

C — 煙氣比熱，kk/kg·℃，一般取0.24；

γ— 煙氣容重（0℃時為1.293kg/Nm3）；

t送— 設計送風溫度，加熱后的送風溫度的確定：一般加熱前后溫差取50℃～100℃，溫差過大，循環風量減少，易造成除塵器內部溫度加熱不均勻；

t內— 除塵器內部設計溫度（取120℃），℃；

Q熱1— Q1+ Q2+ Q3+ Q4之和。

根據Q熱1計算出各種管道和袋式殼體的熱損失，所需要加熱循環風量（L標1）在循環加熱中，因兩端閥門和袋除塵本體的漏風量（共計漏風量為L標2），所引起的漏風量為：

L標2= L標1×5%

漏風量所造成的熱損失根據公式計算，并可得出總耗熱量和總加熱量，同時，也求得了總加熱風量L標總= L標1+ L標2和加熱后的總循環風量∶

L工況= L總標×

式中：

t — 加熱前煙氣溫度，℃；

P標況— 標準大氣壓，kPa，101.325；

P工況— 標準大氣壓減去風機全壓，Pa。

（4）除塵系統噴射CaO粉末的措施

燒結機頭煙氣中含有SO2和水蒸氣，SO2和水蒸氣最高含量分別可達1.1g/Nm3和129g/Nm3，當煙氣溫度低于或達到酸露點溫度（如110℃）時，SO2和水蒸氣則生成亞硫酸（H2SO3），對管道和除塵器內部金屬件就產生腐蝕。如果煙氣溫度低于60℃（即達到煙氣的露點溫度），則對金屬腐蝕更加嚴重。

解決辦法1：應保證煙氣溫度在酸露點溫度（約110℃）以上，杜絕酸腐蝕的發生。

解決辦法2：燒結機將要停運時，往除塵系統內噴CaO粉末，使煙氣進行脫硫，見下式：

當煙氣溫度低于酸露點溫度時，SO2+ H2O → H2SO3

向除塵管道內噴灑CaO3，H2SO3+ CaO → CaSO3+ H2O

根據煙氣量（標況）和SO2（可選較大濃度如1.1g/Nm3）即可求得SO2總量，已知SO2分子量為64，CaO分子量為56，根據SO2總量即可求得生石灰粉所需量。為了保障生石灰細粉脫硫效果，噴生石灰粉量應適當的增多。

4 國內燒結機頭除塵采用袋式除塵實例

馬鞍山益豐鋼鐵公司燒結機頭除塵，是21世紀初我國第一家燒結機頭除塵采用袋式除塵設備的應用實例。

原始參數：燒結機為38m2環式燒結機，煙氣量為3000m3/min，選用3427m2袋式除塵器，由于燒結工藝與除塵未能協調好，造成煙溫低、除塵殼體腐蝕嚴重、除塵效果不好，運轉數年就腐蝕嚴重，于2012年4～5月進行改造，仍采用袋式除塵設備。該工程存在的主要問題是煙溫控制問題，煙溫控制正常運行溫度必須在120℃以上，停產時也要控制在120℃以上。如果停產時不能控制在120℃以上，那就必須噴CaO細粉進行脫硫，才能防止酸腐蝕發生。