高炉煤气干法除尘系统优化

摘 要 针对武钢5号高炉煤气干法除尘运行中出现的故障，从温度、输灰与清灰周期等方面，分析、优化干法除尘系统运行方式，总结故障后处理经验。

关键词 高炉煤气 干法除尘 温度 输灰系统

1 概述

武钢的5号高炉煤气布袋除尘技术研究开始于2006年，并于2009年初投运，采用干、湿两用的除尘方式对高炉煤气除尘。其中，干法布袋除尘效率高，节水、环保，煤气质量好，煤气温度高，提高TRT发电效率20%~30%，减少煤洗水用量600吨/小时左右，具有节能、环保双重效益[1]。

5号高炉布袋系统运行十年来，由于高炉煤气温度、压力、流量等参数波动，在实践中遇到除尘灰湿度偏大，造成灰板结、输灰管堵塞等故障[2]，不断优化除尘系统运行方式，提高故障处理能力，满足一定工况下的运行稳定性[3]。

2 系统工艺介绍

武钢5号高炉煤气除尘系统由布袋干法除尘及文丘里管湿法除尘组成，除尘后净煤气经TRT发电送入煤气主管。见图1。

图2-1中，BU为蓄热缓冲器，WT为煤气脱氯塔，湿法除尘为传统文丘里管，此处不做介绍。布袋除尘系统由蓄热缓冲器，φ6032除尘器箱体（14套），过滤系统，脉冲反吹系统，卸、输灰系统，φ4032大灰仓（2套），氮气系统，煤气脱氯塔组成。

蓄热缓冲器设计煤气流量48万～60万Nm3/h，煤气压力0.197～0.247 MPa，内部敷设耐火砖，可以有效控制高炉温度冲击性的波动，在蓄热缓冲器整体蓄热到180℃后，即使其入口煤气温度上升到750℃，且持续五分钟，其出口煤气温度仍能保持在350℃以下，在正常运行过程中对高炉高炉煤气温度波动可有效进行稳定。

除尘器箱体由14套φ6032mm筒体构成，单筒体滤袋数量498条，滤袋规格为φ130×7000，总过滤面积19922m2，滤袋采用玻璃纤维与P84纤维复合材料制作，具有耐高温、过滤风量大、使用寿命长、除尘效率高、耐酸碱、耐腐蚀、化学稳定性好等多种优点。每个箱体设氮气包2个，各设氮气脉冲阀21台；筒体上下部均设有检修人孔；筒体入口、出口均设有蝶阀、插板阀、放散管，可与系统隔离，方便单独处理煤气进行检修。

输灰系统采用浓相气力输灰方式，输灰系统用氮气压力为0.7MPa，其中输灰用氮气减压至0.4MPa使用，气动阀门动力气源用氮气为0.7MPa。每个仓泵带有料位计一台，仓泵本体设有压力变送器一台，气动进料阀（DN200）一台，气动出料阀 （DN100）一台，为防粉尘磨损输灰管，输送管道弯头内衬耐磨陶瓷。仓泵下封头设一流化气室，内装流化盘，流化气室与氮气管道相联，通过加压阀控制氮气的流入，见图2-2。

氮气系统以武钢氧气公司输送的2.5MPa氮气为气源，建有2座20m3氮气储气罐。氮气经降压、调压后分别供脉冲反吹系统，输灰系统和氮气炮、花格板清扫使用。

在高炉煤气出口进入煤气主管前设有一座洗净塔，该装置在干法除尘运行时开启，溶解高炉煤气中存在的少量酸性气体成分。

3 干法除尘系统的优化

3.1 干法除尘系统运行温度的优化

5号高炉布袋系统入口的荒煤气温度决定了布袋筒体内饱和水量。正常运行条件下，布袋筒体内绝对压力为340kPa左右，该压力下的水蒸气饱和温度为138℃[4]。当温度超过138℃，过热蒸气随煤气出布袋筒体进入净煤气管，在煤气管道冷却后，以液态水形式于冷凝装置排出煤气管道。而当煤气温度低于138℃时，煤气湿度达到一定程度，会形成饱和水附着布袋筒体滤袋上，影响滤袋使用寿命[5]和布袋输灰系统稳定。

当布袋筒体温度低于138℃时，布袋筒体内存在一定量饱和水，当饱和水达到一定量才会对除尘系统产生影响。为提高布袋运行率，采用低温试运行，判断堵管及滤袋损害情况，确定运行方式。

当煤气温度在90℃~100℃时，会造成输灰不畅，但不影响正常运行、滤袋无明显板结灰[6]；

当煤气温度低于90℃时，频繁出现堵管、滤袋存在板结灰，即不适合干法运行。

故优化后的运行方式为：

（1）当布袋入口温度在90℃~100℃时，应及时与联系高炉，看高炉能否进行升温运行。

（2）当布袋入口荒煤气温度低于90℃时，操作人员做好干法倒湿法运行准备。

（3）当布袋入口荒煤气温度低于90℃持续超过10分钟时，按倒换规定倒换至湿法运行。

（4）倒湿法运行后，操作人员密切关注VS入口煤气温度，若VS入口煤气温度高于100℃持续1小时以上且比较稳定，则立即倒至干法运行。

3.2 干法除尘系统输灰周期的优化

5号高炉布袋除尘系统采用仓式泵浓相输灰工艺，其具有灰气比高、对管路设施磨损小、能耗低的特点，但如果没有达到浓相输灰的工艺条件，则会造成输灰管磨损破裂，导致除尘灰外泄扬尘，污染环境、影响生产。而要达到浓相输灰工艺要求，则需要确定输灰灰量，输灰时间等。

在浓相气力输灰系统中，一般选择将仓泵的料位控制在1/3～1/2，这样有利于在流化的过程中，氮气与粉尘更好的混合，有利于输送，并在输送的过程中，保证一定的灰气比。

下列计算公式是我们总结经验，得出的计算仓泵输灰时间的公式：

高炉正常运行过程中，不同煤气温度下，布袋除尘灰量统计为：当煤气温度于90℃~110℃，布袋输灰总量约2.5吨/小时；当煤气温度在110℃~180℃时，布袋输灰总量约3吨/小时；当煤气温度大于180℃时，布袋输灰总量约3.5吨/小时。

此外，布袋粗除尘效果较差、煤气流量持续较大时，布袋输灰总量大于3.5吨/小时。

现5号高炉投运10个筒体，单台仓泵容积为0.6m3，高炉灰堆积密度为1.3g/cm3，忽略粉尘堆积安息角因素，计算单台仓泵在不同工况下的下灰时间为：

（1）输灰量为2.5吨/小时情况下的输灰周期：0.6÷(2.5÷10÷1.3)÷3=1.04h=62.4min

（2）输灰量为3吨/小时情况下的输灰周期：0.6÷(3÷10÷1.3)÷3=0.87h=52min

（3）输灰量为3.5吨/小时情况下的输灰周期：0.6÷(3.5÷10÷1.3)÷3=0.74h=44min

为避免发生堵管和输灰管磨损，优化后的输灰方式为：

（1）当筒体煤气温度在90℃~110℃时，仓泵输灰时间设置为60分钟。

（2）当筒体煤气温度在180℃以内，仓泵输灰时间设置为50分钟。

（3）当输灰总量大于3.5吨/小时或筒体煤气温度高于180℃时，仓泵输灰时间设置为40分钟。

3.3 布袋输灰系统堵塞后处置方法优化

现5号高炉布袋除尘系统为14个筒体，共两排来布置，即1、2、3、4、5、6、7号布置在一排，8、9、10、11、12、13、14号布置在另一排，每一排输灰主管路都可以通过阀门倒换分别向任意一个大灰仓输灰，布袋输灰系统工艺简图如图3-1。现以1—7#一排筒体为例分析如下：

当任一仓泵出现输灰堵管现象，即输灰过程中仓泵内压力无法泄压至0.05MPa以下时，若不及时停运所有仓泵，则会出现其他仓泵灰继续输送至主管，造成输灰主管积灰增加，加压输灰时增加灰板结，使输灰管堵塞加重，严重时需拆除所有主管进行处理。若处理不当，停运仓泵后，先通过加压7#仓泵疏通主输灰管时，由于管段过长，疏通灰量过多、输灰冲击力衰减，导致无法吹通的同时，加重堵塞。故规定采用以下方式进行处理优化：

（1）增加输灰堵管报警系统，便于直接判断系统堵管；

（2）立即停运堵塞单边所有仓泵及助吹；

（3）加压1#仓泵至0.35MPa后，开出料阀疏通1#仓泵至大灰仓段输灰管；

（4）至1#仓泵疏通后，依次疏通2#、3#、4#、5#、6#、7#仓泵，直至完全疏通。

3.4 布袋输灰系统主输灰管堵管检修方案优化

高炉煤气经过布袋除尘后，粉尘经过布袋输灰系统成为除尘灰，故布袋输灰管堵塞成分为高炉煤气粉尘。现通过分析布袋除尘粉尘中的化学成分，见表3-1，找出最佳清堵方法，分析如下：

除尘灰用水浸泡后，试纸检测溶液呈弱碱性，其中K2O 、Na2O易溶于水呈碱性，Al2O3、CaO、MgO微溶于水呈弱碱性，故当用水对除尘灰进行浸泡时，能使板结的除尘灰部分溶于水，板结块能在一定程度上分散；再采用冲洗方式，将分散的除尘灰排干净。同时，由于除尘灰溶于水部分呈弱碱性，对输灰管道无腐蚀作用，故方法可行。

为实现环保要求，浸泡、冲洗水采用煤循水，冲洗后的煤循水排入集水井，通过泥浆泵返至水站循环利用。通过实践，管道堵塞检修时间减少50小时以上，同时较少拆卸直管劳动强度和人工成本。具体检修步骤如下：

（1）当布袋系统直管段堵塞，通过各仓泵加压确认堵塞管段具体位置，根据具体位置拆卸相应管段的法兰和仓泵后弯管；

（2）在直管段、拆卸的弯管加煤循水浸泡约24小时后，冲洗干净；

（3）一次安装直管段、弯管，用直管段一侧仓泵氮气、助吹进行吹扫，另一侧拆堵板形成对流；

（4）吹扫约20小时后检查各管段情况，干燥后投入布袋系统。

4 小结

武钢有限5号高炉布袋除尘系统，在经过筒体运行温度、输灰周期、输灰管堵塞处置以及输灰主管堵塞检修方案等一系改进、优化，布袋输灰系统管道、阀门使用寿命、布袋除尘系统运行率、检修效率均得到有效改善。

在输灰工艺上，由于输灰系统称重装置设置在大灰仓，无法准确反映输灰管中灰量，输灰过程中只能通过粗略计算固气比，经验公式仍存在一定缺陷。在实际运行过程中，还达不到浓相输灰要求，输灰管道、阀门仍有一定磨损，同时氮气耗量较大。下一步还需进一步优化输灰工艺，找出最优化输灰间隔时间，真正达到浓相输灰技术标准。

5 参考文献

[1]贺智民. 全干法布袋除尘在大型高炉煤气除尘系统上的应用. 节能与环保. 2008年09.

[2]包宏鹏 苏振华. 邯钢老区3200m3高炉干式除尘故障分析与处理. 河北企业. 2015年第12期.

[3]李长连. 干法除尘在高炉上的运用. 冶金动力. 2010年第1期.

[4]严家騄. 水和水蒸气热力性质图表(第二版). 哈尔滨工业大学. 2003年2月.

[5]高鲁平. 高炉煤气布袋除尘的研究和发展. 包头钢铁设计研究院. 1986年第5期.

[6]卢郑汀 刘子祥. 延长3号高炉干法除尘布袋使用寿命. 昆钢科技. 2012年第1期.