論高爐煤氣環縫洗滌系統的工藝設計

張紅磊

（中冶京誠工程技術有限公司，北京　100176）

論高爐煤氣環縫洗滌系統的工藝設計

張紅磊

（中冶京誠工程技術有限公司，北京100176）

環縫洗滌清洗系統作為一種先進的高爐煤氣濕法除塵工藝，在國內外鋼鐵企業中被廣泛應用，本文介紹了環縫洗滌設備在高爐煤氣凈化中的作用，并簡述了環縫洗滌系統的工藝設計流程，結合生產實際列舉了該系統易發生的故障點，為生產維護提出了指導建議?；谝陨蟽烖c，經過幾十年的實踐檢驗，環縫洗滌工藝在國際鋼鐵市場上仍然被廣泛應用。

環縫洗滌高爐煤氣濕法除塵工藝設計

1　概述

高爐煤氣作為一種煉鐵生產的副產品，煤氣含塵量在10～40g/ Nm3，作為燃料使用時，必須進行除塵處理，使高爐煤氣含塵量達到≤5mg/Nm3，否則會影響到煤氣熱值，并造成點火器堵塞，管道磨損等現象。而大型高爐煤氣凈化工藝基本上有兩種：即高爐煤氣干式布袋除塵與濕法除塵。

為滿足高爐生產的需要，同時為實現高效、安全、環保、節能的要求，環縫洗滌清洗工藝（又稱比肖夫清洗工藝）已在國內外1000m3-3000m3等大中型高爐中較多應用，是比肖夫（Bischoff）公司成功開發的一種既能控制高爐爐頂壓力，又能實現高爐煤氣凈化的工藝系統，該工藝實現對高爐冶煉過程中產生的荒煤氣進行除塵降溫，并同時實現穩定高爐頂壓，首次在日本新制鋼鐵廠應用，21世紀開始在國內大型高壓高爐中廣泛采用［1］。

目前，國外的盧森堡保爾沃特（Paul Wurth）公司、GEA Bischoff GmbH公司等已掌握了成熟的環縫洗滌清洗技術，為適應國際鋼鐵市場需求，國內如中冶賽迪工程技術股份有限公司、中冶南方工程技術有限公司、中冶京誠工程技術有限公司也開展了相關的國產化工作。

2　環縫洗滌工藝主要設備及流程簡述

設備組成：環縫洗滌系統中的主要設備包括旋風除塵器（重力除塵器）、環縫洗滌塔、脫水器、濁水處理系統、再循環水系統、液壓系統等。

2.1環縫洗滌塔

環縫洗滌塔為自立式焊接結構，是重力除塵器（或旋風除塵器）后的半凈煤氣處理的關鍵設備，共分2段，即預洗段和環縫洗滌段。環縫洗滌塔從上到下根據處理煤氣量的不同依次布置多層不同規格的噴嘴，噴嘴在塔體內同心布置，并有單向和雙向兩種噴淋方向，在預洗段靠噴嘴噴出的霧化水對高爐煤氣進行除塵、降溫，頂部3或4個噴嘴的水由再循環泵供給，預洗段的其他噴嘴由凈環水系統供給。

環縫洗滌塔中的關鍵設備是環縫元件（Annular Gap Element，簡寫AGE），環縫元件由外部錐形殼體和內部錐形體組成，之間形成環形流通通道，并保持最小10mm的導流間隙，錐形殼體與導流管連接，內部錐體在液壓桿的作用下可做上下調節，改變環縫間隙；在環縫洗滌段，通過文丘里管對高爐煤氣進行精除塵，并可在高爐頂壓控制模式下，靠調節三個環縫的開度實現穩定高爐頂壓如圖1所示。

圖1　環縫元件（AGE）

2.2脫水器

煤氣清洗系統還包括一個外部脫水器，它安裝在緊臨洗滌塔凈煤氣總管的下游。脫水器也是一種自立式焊接結構，頂部安裝有旋流板，凈煤氣經過旋流板時產生漩渦氣流，機械水在旋流離心力的作用下被甩到了脫水器內壁上，然后匯集在底部錐形斗中。

3　環縫洗滌清洗工藝流程

來自高爐爐頂的荒煤氣經重力除塵器（或旋風除塵器）脫除大顆粒灰塵，然后從頂部進入環縫洗滌塔上部噴淋區，先后被再循環濁環水和供水系統來的凈環水噴淋冷卻并粗除塵。在該噴淋區，高爐煤氣與噴嘴噴出的霧化水進行熱交換，使煤氣溫度降低到60℃以下；煤氣中較大顆粒的灰塵同時與霧化水相互撞擊，灰塵被水滴捕集，大部分含塵水滴在重力作用下從煤氣中分離出來，匯集在環縫洗滌塔中部的集水錐形斗，并經過排水系統排出，再經高架流槽到高效澄清器沉淀后，進入濁環水處理系統進行進一步的加壓、加藥處理，該段的除塵效率可達40-60%。

經過預洗段洗滌的半凈煤氣再經過位于環縫洗滌塔中部的3根并列的導流管進入環縫元件中，環縫元件上方各設一個噴嘴再次噴水，并在內錐表面形成一層水膜，噴淋水被充分霧化，含有較小顆粒塵埃的半凈煤氣經過環縫元件時，煤氣流速大大提高，可達約100m/s，由于煤氣流速和流向在文氏管處發生較大變化，較小的灰塵顆粒在霧化水中被再次捕獲，從而實現半凈煤氣的精除塵，并在差壓≥30KPa的情況下使煤氣含塵量達到≤5mg/Nm3。由這3個噴嘴噴出的水匯集在筒體底端的錐形斗中，并通過連通管道與脫水器底部錐形集水斗中的水匯集在一起，然后通過再循環泵將此部分水加壓，輸送到環縫洗滌塔預洗段的最上端噴嘴，進行再循環利用。

為了保持預洗段和環縫洗滌段的水位，防止煤氣泄漏，兩端排水均設有自動水位控制的排水系統，排水閥門均為液動閥門，并設有可調節開度的調節閥，反應靈敏，功能可靠。

圖2　環縫洗滌清洗工藝系統圖

當TRT系統不運行時，高爐頂壓靠環縫元件進行自動調節。當高爐頂壓高時，內錐體向下移動，增大環縫間隙，增大流通面積，起到降低高爐頂壓的作用；當高爐頂壓低時，內錐體向上移動，減小環縫間隙，減小流通面積，起到提高高爐頂壓的作用。

從環縫洗滌塔出來的高爐凈煤氣機械水含量較高，同樣會影響到煤氣熱值，對高爐煤氣用戶不利，尤其當環縫洗滌塔處于大差壓工作狀態時更為顯著。因此，使用脫水器脫除凈煤氣中的大部分機械水就顯得尤為重要。凈煤氣中的機械水在旋流板的作用下形成漩渦氣流，機械水在離心力的作用下被甩到脫水器內壁上，再流到脫水器底部錐形集水斗中。經過脫除機械水的高爐煤氣機械水含量降低到≤7g/Nm3，滿足生產要求。從脫水器處理的高爐煤氣經TRT進行壓力發電或直接進入煤氣主管網，供各用戶使用，保證高爐的正常運行如圖2所示。

4　運行中可能出現的故障

4.1管道腐蝕

高爐煤氣中因含有氯離子而顯酸性，對設備和管道有一定的腐蝕性，因此凈環給水PH值要求：7-9，呈弱堿性的洗滌水可與煤氣中的氯離子發生中和反應，最大限度的減小洗滌水對管道的腐蝕，同時設備和管道盡量考慮耐磨損和耐腐蝕處理。

4.2堵塞現象

洗滌水中含塵泥量大，易造成液位開關堵塞，導致液位控制失調，報警和調節信號不能正常發出，所以改用壓力變送器代替液位開關，可有效防止液位信號遠傳失效現象。

4.3液壓系統比例閥故障

由于環縫元件執行機構和排水系統閥門都是采用液壓驅動，必須對液壓系統進行酸洗和循環沖洗，將油路中的殘留物清洗干凈，尤其是有焊接點的位置，使油路設計精度達到NAS7級，防止由于小顆粒焊渣造成油路堵塞，并損壞比例閥［3］。

4.4環縫元件（AGE）密封漏水

環縫元件聯接桿和筒體之間設有干油密封函，但工藝中如果沒有自動補油系統，長時間運行后，常會出現AGE支撐桿密封部位漏水現象，隨時會出現煤氣泄漏，給生產安全帶來嚴重影響，因此設置自動補油設備并在油缸中及時補充損失的干油，可有效防止密封函漏水。

5　結語

環縫洗滌煤氣凈化工藝代表當今高爐煤氣清洗的先進工藝，正日趨成熟、可靠，其耗水量約為2.0-2.25Ltr/m3，實現節水功能的主要原因是設置了再循環泵，使含塵量小的洗滌水得到充分利用，降低了水消耗，節約了投資和運行成本；環縫洗滌工藝總的除塵效率可達95%以上，凈煤氣含塵量可達≤5mg/Nm3，滿足了高爐正常生產要求；環縫洗滌塔的噪音級別在框架5米外不大于85dB，有效防止了系統的噪音污染，另外，在搞自動化的運行模式下，環縫洗滌清洗系統的日常維護工作量小，最大限度的降低了工人的勞動強度?；谝陨蟽烖c，經過幾十年的實踐檢驗，環縫洗滌工藝在國際鋼鐵市場上仍然被廣泛應用［2］。

［1］龐顯鶴.環縫洗滌工藝在邯寶公司3200m3高爐煤氣除塵中的應用［J］.冶金之家，201 0.

［2］謝虹.環縫洗滌工藝在1350m3高爐煤氣除塵中的應用［J］.鋼鐵技術，2005.

［3］張輝.2000m3高爐比肖夫系統的使用與維護實踐［J］.南鋼科技與管理，2007.