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袋式除尘器及其在钢铁工业的应用

  [摘 要]介绍了袋式除尘器的特性、型式、滤料和配件技术的技术进步以及袋式除尘器在钢铁工业的使用历程和目前的主要应用场所、效果及其发展现状。
  [关键词]袋式除尘器 电除尘器 钢铁厂除尘 烟尘
1 前言
  袋式除尘器在我国各行各业已应用了几十年,近十年来环保产业得到了迅猛发展,技术上得到很大进步,结合理论和实践研究不断创新,在实践中不断拓宽应用领域和特殊使用场所。可以毫不夸张地说,在钢铁行业袋式除尘器目前不论在数量上,还是在应用范围上都是占主导地位的。本文拟简单的回顾一下袋式除尘器在钢铁行业的使用历程和目前的主要应用场所、效果及其技术发展现状。

2 袋式除尘器在钢铁工业的应用回顾
  钢铁工业从矿山原、燃料的破碎、筛分、转运、炼焦、烧结、原料堆场、高炉炉前原料及上料设施、高炉喷煤粉、高炉冶炼、铁水预处理、转炉炼钢、电炉炼钢、炼钢副原料系统、钢水精炼、板坯切割(包括火焰清理)到热轧、冷轧生产线有关设施等全工艺流程的生产过程中均产生大量粉尘、烟尘及气态污染物。其中有些气体、粉尘是易燃易爆的,对大气污染较为严重。
  对钢铁工业产生的大气污染物的防治,主要是以除尘器来过滤掉大气污染物中的大量有害烟尘与粉尘颗粒物为手段,同时回收有用的物料。在20世纪70 年代前曾使用过各种湿法除尘器、静电除尘器及简易的袋式除尘器和机械振打袋式除尘器。但由于湿法除尘器效率低,且产生二次水污染,电除尘器虽效率比较高,但在当时的历史条件下技术水平不高,其产品尚不完备,导致不能完全适应使用的需要,均未能得到广泛推广和长期使用。直至70年代后期国内才开发出了小型脉冲喷吹清灰式的袋式除尘器及其他各种形式的中小型反吹风袋式除尘器,如回转反吹、旁插反吹袋式除尘器。这些袋式除尘器性能好,过滤效率高,能达到当时国家排放标准的要求,在当时得到一定的推广使用,特别是清灰效率高的脉冲除尘器使用范围更广,可惜由于当时的滤料只有化纤织物如729、208涤纶滤料,脉冲阀等配件品质也较差,限制了其发展。
  80年代初,宝钢从日本、德国引进的各种袋式除尘器、电除尘器,特别是大中型正、负压反吹风袋式除尘器性能较优,过滤效果好,为当时宝钢营造了碧蓝的天空,为钢铁工业的大气污染防治树立了一个典型。以当时重庆钢铁设计研究院为主对引进的除尘器进行了消化移植,在国内钢铁行业、机械行业及其他行业中得到了广泛应用。但此后使用中不断出现问题,主要是清灰效果较差,阻力大,过滤风速低,体积庞大,耗钢量多。国内虽进行过多种改进,但终因无法改变其低效清灰问题,以致当今已很少应用而逐步被强力清灰的脉冲袋式除尘器所替代。
  80年代中期,北京特殊钢厂电炉除尘系统引进了瑞典的低压长袋脉冲除尘器,促进了国内大中型长袋脉冲除尘器的发展。80年代末水泥行业从美国引进了高压气箱脉冲除尘器用于水泥行业的除尘,同时也在钢铁行业得到了部分应用,主要使用在常温下的物料输送系统的除尘。
  90年代至今,随着我国国民经济的飞速发展,国家对大气污染防治的要求越来越高,对粉尘颗粒向大气排放的限值提到100mg/Nm3。而部分城市和厂矿对除尘的要求更高,限值提到50mg/Nm3,甚至30mg/Nm3,从而促进了环保行业除尘技术的空前发展。一方面除尘系统及除尘器设计从消化移植国外引进的先进技术到研究开发自主知识产权的技术,从而出现了众多的除尘器形式,主要是各种形式的脉冲袋式除尘器,其结构型式、技术性能、工程质量都有了很大提高,能保证长期稳定运行。另一方面,除尘器的滤料、配件、电控技术也相应地从引进消化移植到自行研究,同时结合数字化技术的发展,开发出了多品种的耐高温、耐腐蚀、防静电、抗结露、长寿命的滤料,除尘效率达99.9%~99.99%,排放浓度可降到50mg/Nm3,甚至5mg/Nm3以下。与此同时,开发出了寿命长达4~5年的直角式、淹没式电磁脉冲阀以及卸输灰系统和电气自动化控制系统、智能电控系统。至此,我国袋式除尘器从无到有,从低档到高档,经历了几次大的转变,至今已经发展到能自行研制,开发新型袋式除尘器的水平,产品已接近和达到世界水平,部分产品已达到世界先进水平,能满足国内钢铁、有色、
机械、建材水泥、化工、医药等各行业除尘的需要。

3 袋式除尘器的应用
3.1 袋式除尘器的特性
  钢铁工业粉尘、烟尘排放量大,性质多种多样。粉尘、烟尘治理采用的除尘器有湿式除尘器、机械式除尘器、电除尘器、袋式除尘器三四种。
  湿法除尘器由于除尘效率较低,需水量大,产生二次水污染,已基本被淘汰。
  电除尘器效率较高,能达到99.0%,耐温高达350℃,阻力小,约为200Pa~300Pa,处理风量大,达到106m3/h 以上,曾在钢铁行业使用,但由于其适用比电阻范围104~1010Ω.cm,受粉尘理化性质变化影响较大,不能适应工艺工况和负荷大的变化。而钢铁行业粉尘烟尘种类繁多,比电阻变化大,很多比电阻超出其适用范围,且有的工艺工况变化大,从而导致其除尘效率不稳定,常会降至90%以下,以致排放浓度常易波动,很难在不同的工况条件下长期保持排放浓度<100mg/Nm3,因故至今应用极少。
  袋式除尘器除尘效率高,能达到99.9%~99.99%,且运行稳定,不受粉尘比电阻的影响,也不受粉尘种类、浓度大小(可处理浓度高达1000g/Nm3的粉尘)、粒径大小的限制,能适应工艺工况和负荷大的变化,排放浓度在30mg/Nm3以下甚至可达到5mg/Nm3。处理风量范围大且灵活,可小到1000m3/h,大到2×106m3/h 以上,占地面积也相对较小。当需要维护检修,更换滤袋时,可随时分室进行过滤而不停机。其除尘高效稳定,可大量回收有用的原料及其他物料,并能在除尘系统管道中喷入石灰石、白云石等可以吸附烟气中的油雾、沥青、焦油,然后通过除尘器除去,同时,对滤袋上所积附的未完全吸附的粉尘还可以进一步进行吸附并保护滤袋不被粘附。
  袋式除尘器的缺点是耐温受到滤料材质的限制,目前只能耐温到260℃~280℃(发展中的不锈钢及陶瓷纤维滤料可耐450℃以上),设备阻力较大(0.015 MPa),除尘滤袋寿命目前只能达到2~4年。
  传统的观点认为电除尘器阻力小,省电。实际上如果把电除尘器的高压整流器、电场耗电考虑进去,三电场电除尘器能耗与袋式除尘器的能耗基本是持平的,如按排放浓度<50mg/Nm3,电除尘器采用三电场以上,则其设备总能耗和投资都将超过袋式除尘器。
3.2 袋式除尘器的应用
  袋式除尘器的品种较多,有机械振打式,反吹风式,脉冲喷吹式,复合机理式等等。
  机械振打式袋式除尘器由于清灰效率低,振打结构复杂,且容易损伤滤袋,早期曾有使用,后逐渐被淘汰,迄今只有小型除尘机组还有使用。
  反吹风袋式除尘器曾一度得到大量使用,但因其清灰能力差,过滤风速低,运行阻力大,维护工作量大,特别是耗钢量大,至今已很少使用。
  复合机理类袋式除尘器目前发展有电袋复合除尘器,前级为电除尘,后级为袋除尘,在建材行业已有少量应用。
  脉冲袋式除尘器因其属强效清灰型,清灰效果好,过滤效率高,设备阻力相对低,其结构为单元模块式组合,可灵活布置,运行管理自动化控制水平高,占地少,投资低,经过多年的实践和改进提高,已经在钢铁行业得到广泛的应用。
3.3 脉冲袋式除尘器
  脉冲袋式除尘器的品种比较多,有管式,气箱式或环隙脉冲除尘器、高炉煤气干法脉冲除尘器,以塑烧板替代滤袋的脉冲除尘器。其中以管式脉冲除尘器发展最快,应用最广泛。
  管式脉冲除尘器是一种以喷吹管进行脉冲喷吹的袋式除尘设备,属高能强效脉冲清灰,清灰强度大,效果好,能保持较低的设备阻力。采用不同的滤料,排放浓度能达到5mg/Nm3~50mg/Nm3。设备结构简单,采用模块式、分组分室组合,可灵活多变,适用于不同的现场布置。按袋长分,有袋长1.0m的小机组,袋长2.0m~4.0m的中型机组,袋长5.0m~8.0m的大型长袋脉冲除尘器,以适应不同风量的需要,最大处理风量达200万m3/h。近年来,为达到低的排放浓度,降低设备阻力,延长除尘布袋使用寿命,过滤风速一般选用1.0m/min~1.2m/min,也有用到1.5m/min的。从喷吹压力分类,又有高压脉冲(0.4MPa~0.7MPa)除尘器和低压脉冲(0.15MPa~0.3MPa)除尘器两种型式;对高浓度粉尘、粘性粉尘采用离线清灰,对易清除的粉尘采用在线清灰,运行维护可采取分室离线停风不停机进行检修。
3.4 袋式除尘器的滤袋
  滤袋是袋式除尘器的核心。滤袋选用的滤料近些年来发展快速,从化纤机织滤料(如729、208涤纶)发展到各种常温(130℃以下)、耐高温(280℃)针刺毡再到覆膜滤料(各种织物或针刺毡的覆膜),复合针刺毡滤料(不同合成纤维的复合、玻纤与合成纤维的复合);从粗纤维发展到超细纤维,从单层纤维发展到多层阶梯状纤维组合。滤料的表面处理从一般的有热定型,热扎光,防水防油处理,有机硅处理,阻燃处理到聚四氯乙烯(PTFE)涂层处理,渗膜处理,甚至防静电处理等各种处理方式,使滤料的品种不断增加,使滤料品质达到了一个新的高度。这些技术发展使滤料具有了耐高温、耐腐蚀、耐氧化、防静电、防水防油、抗结露的性能。滤料结构具有强度大、高强拉伸、耐磨抗折,且易清灰,阻力低等特点。这些滤料给袋式除尘器带来的最大好处是过滤效率不断提高,一般均能达到30mg/Nm3以下的排放浓度。部分覆膜滤料、超细纤维针刺毡能达到5mg/Nm3以下的水平。
3.5 袋式除尘器的配件
  袋式除尘器的配件主要指的是脉冲清灰用的脉冲阀。脉冲阀过去长期质量不佳,影响到袋式除尘器的运行和发展。20世纪90年代后期国内已经可以生产优质的电磁脉冲阀。脉冲阀产品目前品种较多,有直角式、直通式(180°)及淹没式(膜片式),品质较高,其寿命能达到100万次,保证寿命4~5年。近年有报道国外已经成功研制出活塞式(替代膜片式)脉冲阀,该结构允许气流直接从活塞底部穿过,较之膜片式,压缩气流更加顺畅。其通过的气流压力峰值较目前使用的脉冲阀提高了20%。
3.6 袋式除尘器的电控技术
  袋式除尘器的电控技术近些年有了快速的发展,已经可以实现在控制室依靠上位机(工业控制计算机)对袋式除尘器的运行进行全面的自动控制和监控,可对各项控制参数、检测参数进行修改和设定。下位机可通过可编程序控制器(PLC)对除尘器的清灰、卸输灰系统实现控制和完成对被监测对象实现温度、压差、压力、料位、排放浓度等的检测以及超限报警、故障诊断并将信号输送至上位机。
  工业控制计算机也设有通讯接口,可实现远程显示、控制和报警等功能。

4 袋式除尘器在钢铁行业的典型应用
4.1 高炉和转炉原料系统的除尘
  高炉和转炉的原料在转运、筛选、储存、上料的过程中产生大量的粉尘,粉尘成分呈多样性,如球团,烧结矿,杂矿,焦粉,煤粉,粘土、铁合金和石灰等等,常温粉尘浓度约为5g/Nm3~15g/Nm3。在这个领域,曾经使用过电除尘器,回转反向风袋式除尘器等,使用效果不很理想。从20世纪90年代起逐步采用低压脉冲长、短袋除尘器,其滤料按粉尘性质分别采用涤纶针刺毡,覆膜涤毡,防静电、防水防油涤纶针刺毡,使用效果好,排放浓度达到50mg/Nm3甚至20 mg/Nm3以下。
4.2 高炉出铁场除尘
  在高炉出铁时,出铁口、主沟、撇渣器、渣沟、摆动流嘴或铁水罐等处产生大量含尘烟气。烟气温度60℃~100℃,含尘浓度5g/Nm3~15g/Nm3,有50%的烟尘粒度处于5μm~10μm之间。采用低压长袋脉冲除尘器进行净化处理,滤料采用涤纶针刺毡,应用效果较好,排放浓度50mg/Nm3甚至20mg/Nm3
4.3 煤粉制备系统的除尘与煤粉收集
  煤粉制备系统采用球磨机对烟煤进行粉磨,经粗粉分离再经袋式收尘器进行煤粉回收。袋式除尘器作为工艺系统的一部分称为煤粉收集器,既收尘又作为除尘器以保护环境防止大气污染。烟煤粉是一种易燃易爆粉体,除尘器必须采用防燃防爆措施。
  早期的煤粉收集常用多级旋风除尘器,收粉效果较差,排放粉尘多,后来冀东水泥厂引进日本的防爆反吹风袋式除尘器,又经国内多次实践,改进,袋式除尘器由反吹风创新为脉冲风袋式除尘器。烟煤粉磨后排出的烟气温度小于120℃,烟气中烟煤粉浓度在粗分离器后为800g/Nm3~1000g/Nm3。因而脉冲除尘器设计为防燃防爆型,耐压,可过滤高浓度煤粉。除尘器箱体耐压强度一般按0.01MPa设计,要求箱体漏风率尽量小,如2%,以减少氧气被吸入。箱体侧设有泄爆阀,阀采用专业厂生产的铝制破裂爆破片,爆破压力为0.01MPa,阀外侧设安全门锁。除尘器整体保温,滤料一般选用防静电涤纶针刺毡,或覆膜防静电毡,若煤粉含一定的水分,滤料最好选用防水防油防静电三防毡。
  国内很多采用上述防爆低压长袋脉冲除尘器,使用效果很好,排放浓度小于50mg/Nm3
4.4 高炉煤气清洗
  高炉煤气清洗过去采用过湿法文氏管,湿法电除尘,均产生二次水污染。国内经过多年的探索与实践,开发了干式筒形长袋脉冲除尘器净化高炉煤气,获得成功,在小于1000m3的高炉上得到广泛推广应用,为大型高炉煤气干式净化奠定了基础。
  高炉煤气的压力一般为0.08MPa~0.12MPa,煤气温度在冷却后为100℃~250℃,煤气含尘量为8g/Nm3~12g/Nm3。过去也曾用过反吹风袋式除尘器,因清灰效果不好而改为脉冲除尘器,采用低压氮气进行脉冲清灰,效果很好。耐压筒体考虑防爆而设有泄爆阀。滤料选用耐高温针刺毡,目前采用较多的有美塔斯针刺毡,氟美斯9806复合(玻纤和P84)针刺毡。经多个高炉煤气净化使用,过滤清灰效果均很好,进入高炉煤气的烟气浓度一般均小于10mg/Nm3,甚至低于3mg/Nm3~5mg/Nm3
4.5 转炉二次除尘
  转炉在兑铁水、加废钢、出钢及转炉吹炼等过程中产生大量的二次烟气,且烟气量大,温度高,烟气含尘浓度达2g/Nm3~5g/Nm3,基本上为铁的氧化物。过去常采用正压或负压反吹风袋式除尘器,但从20世纪90年代起,逐步改用逐渐发展起来的低压长袋脉冲除尘器,滤料选用按不同要求用涤纶针刺毡和覆膜涤毡。经实际应用,效果良好,排放浓度为30mg/Nm3~50mg/Nm3
4.6 炼钢电炉除尘
  炼钢电炉在冶炼的过程中产生大量的烟气,自20世纪90年代开始,短流程炼钢工艺迅速发展,一批超高功率电炉相继建成,由于强化冶炼,熔化期便开始吹氧,烟气量大,烟尘颗粒细,几乎100%的都在5μm~10μm以下,且粘性较大。采用涤纶针刺毡或覆膜涤纶针刺毡的低压长袋脉冲除尘器,排放浓度为20mg/Nm3~50mg/Nm3。
  近些年,一种由意大利德兴公司开发的超高功率电炉炉侧连续性进料并从进料口排烟的形式出现在我国的钢厂内,由于其连续性的进料代替炉顶加料,不仅使炉顶阵发性的大烟量变为连续性的小烟量,同时烟气量也降低,且电流和噪声都有所降低,大大改善了炉前的操作环境,再加上是通过进料密封输送带兼作排烟管,既使废钢料加温,又对内排烟降温,节能效果明显,很快便在国内得到推广。其排烟仍采用传统方式,内排加屋顶罩,普遍采用低压长袋脉冲除尘器。
4.7 高速精轧机系统的除尘
  精轧机在高速轧制过程中产生大量的氧化铁粉尘和水蒸汽,排气点气体温度在150℃~300℃,氧化铁粉尘粒径小于4.5μm的占30%,浓度为0.14g/Nm3~0.6g/Nm3,粉尘含油含水。
  精轧机的除尘曾使用湿式除尘器,因其效率较低,后改用JSS型塑烧板除尘器,进口气体温度40℃~50℃。塑烧板呈波浪型,除尘器中的塑烧板为刚性滤料,能过滤含水量较大的含尘气体,采用压缩空气经喷吹管脉冲喷吹清灰,除尘效率很高,处理后排放浓度为1.2mg/Nm3~19.5mg/Nm3,塑烧板寿命在3年以上。
  此外,连铸板坯切割也产生氧化铁粉尘与水汽,采用滤料为覆膜防水防油涤毡的高压长袋脉冲除尘器进行除尘。
  可以说袋式除尘器今后在钢铁工业使用的发展前景会比现在更好,将为钢铁工业创造出比今天更美好的碧水蓝天。
上一条袋式除尘器设计要点                  下一条袋式除尘器在处理高温烟气中的应用