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锰铁高炉煤气干法滤袋除尘工艺设计研究

此文章供技术人员参考:
  高炉煤气干法滤袋除尘工艺从70年代开始,以其节水、节电、投资低、污染少等优势在中小高炉上得以广泛应用,并逐步发展用于大型高炉,显示出明显的社会和经济效益。特别是应用于锰铁高炉煤气净化,效果更为突出。干法滤袋除尘彻底解决了锰铁高炉采用湿法除尘带来的污水处理问题,从根本上消除了湿法含氰污水对环境的污染。80年代初,国内锰铁高炉开始进行干法滤袋除尘器净化煤气的试验和生产实践。
  1983年,鞍钢瓦房子锰矿55m3锰铁高炉采用干法滤袋除尘工艺处理锰铁高炉煤气。为了使该系统正常运行,针对锰铁高炉煤气自身的特点进行了设计、研究。
  锰铁高炉煤气中灰尘的理化特性复杂;荒煤气含尘量大;灰尘颗粒细微;荒煤气温度高;含湿成分不稳定;灰尘中含钾、钠等碱金属多;灰尘中含有游离锌等与空气接触自然燃烧的两性金属;灰尘易与滤袋粘结并易燃。因此,锰铁高炉煤气干法除尘工艺设计必须研究解决煤气降温、滤袋反吹清灰、滤袋过滤负荷选择等问题。
1 工艺流程
  煤气干法滤袋除尘工艺流程如图1所示。
   1-重力除尘器;2-荒煤气冷却系统;3-旋风冷却器;4-干法滤袋箱体;5-二次偏心蝶阀;6-煤气切断阀;7-净煤气主管;8-反吹清灰净煤气管;9-星形卸料器;10-中间灰仓;11-螺旋输料机;12-斗式提升机;13-集灰仓;14-卸灰阀;15-反吹清灰系统
  锰铁高炉煤气干法滤袋除尘工艺由以下三个系统组成:
  (1)煤气净化系统。来自重力除尘器的荒煤气经过冷却后进入滤袋箱体。滤袋箱内安装若干条内滤式滤袋。滤袋选用经过石墨、硅油浸润后的玻璃纤维纺织布制造。这种滤袋正常工作温度为260℃,最高耐温为350℃(2h)。
  荒煤气进入滤袋过滤后,净煤气在除尘滤袋外侧,灰尘在滤袋内侧壁附着成灰膜或灰层。
  (2)反吹清灰系统。滤袋经过一段时间的工作,内侧壁灰层厚度增大,滤袋工作阻力增大,需要进行清灰,将滤袋内侧壁灰层清除,使滤袋达到正常的工作状态。该系统的工作方法视滤袋工况而定。
  (3)卸灰系统。干法滤袋箱体经过一段工作,进行反吹清灰,灰尘积聚在箱体锥形灰仓中,根据灰仓容纳灰尘量,达到灰尘排放要求后,进行卸灰。
  2 设计中应注意的问题及解决的方法
  2.1 采取有效措施,解决由于锰铁高炉煤气温度高、湿份不稳定造成滤袋除尘器运行不正常的问题
  锰铁高炉炉顶温度一般在600℃左右。如何将炉顶荒煤气温度从600℃左右降低到布袋除尘器入口要求的260℃以下,是锰铁高炉煤气净化能否采用干法滤袋除尘工艺的关键。
  (1)炉顶喷水降温
  采用炉顶或重力除尘器直接喷水降温,效果明显。但增加了荒煤气的含湿量,致使干法除尘箱体内结露,湿润的灰尘粘在滤袋上,使滤袋不能正常工作。瓦房子锰矿55m3锰铁高炉投产时出现过这种不良工况,后改为间接喷淋炉顶及下降管及重力除尘外壳,一般可将600℃左右的荒煤气降低到480℃左右。
  (2)旋风冷却器冷却荒煤气锰铁高炉煤气采用干法滤袋除尘工艺是否要设置旋风冷却器,是值得考虑的问题。由于来自重力除尘器的荒煤气温度不稳定且不能满足滤袋箱体要求的入口温度,所以设置旋风冷却器是必要的。它具有双重作用:其一是将来自重力除尘器的荒煤气经旋风冷却再次除尘,以减轻除尘布袋箱体过滤灰尘的压力,减少反清灰次数;其二可调节进入干法滤袋除尘箱体的荒煤气的温度,将进入的荒煤气的温度控制在适当的范围。其方法是,在旋风冷却器外壳实施自动喷淋冷却水,保证荒煤气在冷却器出口时不高于300℃。
  (3)散热降温
  按工艺要求,干法滤袋除尘器的荒煤气入口最佳温度在200~260℃。因此需将从冷却器出来的荒煤气进一步冷却,从300℃左右降低到240℃左右。采用的方法是散热降温,在滤袋除尘器前的荒煤气管道上焊接散热片以增加散热面积。由于旋风冷却器冷却荒煤气温度可以调节,而管道散热片基本属于恒定散热,这样互为补偿。因此,瓦矿55m3高炉荒煤气进入干法滤袋箱体的温度控制得比较成功,保证了滤袋体的正常运行。
表1为国内采用干法滤袋除尘工艺,将荒煤气进入滤袋箱体前温度控制较好的6厂家锰铁高炉主要工艺参数。
  通过对瓦房子锰矿55m3锰铁高炉煤气干法滤袋除尘工艺各系统温降进行实测,表明设计采用的措施切实可行。
  通过几年来的生产实践证明,只要锰铁高炉炉况正常,采取上述不同的降温措施,就能使干法滤袋除尘器净化煤气时温度高的问题基本得到解决。但特殊情况下或炉况失常时,炉顶温度达到750℃甚至更高,这种条件下如何保证滤袋除尘器正常工作,还将作深入的研究和探讨。设想用煤气汽化冷却器、多管式散热降温装置、蓄热缓冲器和管式冷却塔来处理高温煤气。这些措施将进一步回收锰铁高炉煤气显热,同时又能有效控制进入干法滤袋除尘箱体的荒煤气的温度,保证锰铁高炉煤气净化设施的正常运行。
  2.2 解决灰尘粘结布袋和下锥体结灰的问题
  锰铁高炉煤气湿度大,灰尘潮湿,含钠、钾等碱金属高,表2为实测的灰尘成分。
  由于锰铁高炉煤气中灰尘自身的特性,很容易使滤袋结灰。根据理论计算和实际测定,滤袋内壁灰尘厚度达到0.3~0.5mm时,阻损很大,可达3kPa。如果灰尘厚度达到3~5mm,反吹清灰效果就很差,除尘效果越来越不好,这样就缩短了反吹清灰周期。因运行阻力逐渐升高,灰膜增厚,板结成块,反吹时会出现灰膜整体脱落,滤袋除尘器锥体灰斗易形成干结,卸灰困难,灰斗有效容积逐渐缩小,增加卸灰次数。另外,在布袋外围根部形成一个灰柱(俗称灌肠),影响正常运行。迫使干法滤袋箱体闭路清灰改为手动钟阀清灰,使粉尘飞扬,造成环境二次污染,增加清灰劳动强度和恶化工作条件。因此,一定要控制荒煤气中的含湿量。冶炼用原料的含湿量要减少,更主要的是炉顶密封不用蒸汽,应采用氮气密封式加压净煤气密封。
  瓦矿55m3高炉在生产过程中对炉顶密封采用何种方法进行了长时间试验,认为采用加压净煤气密封为好,这样能保证荒煤气含湿量控制在滤袋除尘工艺允许范围内。一般说来,锰铁高炉荒煤气温度不低于250℃,经过系统除尘,净煤气温度不低于80℃。实践证明,荒煤气含湿量控制在20~30g/m3(标),满足工艺要求。
  2.3 选择有效的反吹清灰工艺
  干法滤袋除尘反吹清灰工艺方法有:(1)对空排放反吹清灰。由于工艺简单,操作方便,为大多数小高炉采用。其主要缺点是污染大气,因此不被采用。
  (2)调压反吹清灰,是以靠煤气自身压力调节来实现反吹清灰。瓦矿55m3高炉是国内小高炉第一家采用调节压力反吹清灰工艺的,其流程图如图2所示。
1-干法滤袋箱体;2-低压煤气缓冲贮罐;3-煤气切断阀;4-反吹煤气缓冲贮罐;5-净煤气本管;6-反吹净煤气管;7-低压净煤气主管(去热风炉)A、B、C、D二次偏心蝶阀
  调压反吹实施过程。开始反吹清灰时,将D阀、A阀关闭,此时滤袋箱体不再净化煤气;然后打C阀,从压力指示看到箱体内净煤气压力达到4000~5000Pa时,打开B阀,同时关闭C阀,以靠净本管内煤气压扁,抖动滤袋,达到清灰目的。然后关闭B阀,打开D阀,撑开滤袋。再关D阀,打开C阀。滤袋箱体压力达到4000~5000Pa时,关C阀,开B阀,再次压扁,抖动滤袋,第二次清灰结束。采用调压反吹,要求净本管压力与低压净煤气
压力之差ΔP=2000Pa为宜。过大容易损坏滤袋,过小达不到反吹目的。还要有反吹煤气贮罐和低压煤气贮罐,以用于缓冲净本管和低压净煤气管的压力波动。
  调压反吹对于炉顶压力为0.035~0.055MPa的高炉为宜。
  (3)加压反吹清灰。对于中型高炉,采用此工艺较多。但安全系数低,耗能大,反吹清灰的效果较为理想。这种方法对于数座高炉煤气干法滤袋除尘工艺串联使用作用更大。
  加压反吹清灰的风机升压一定要保证,这对反吹清灰的效果起直接作用。从生产实践看,风机出口压力要比荒煤气的压力高出12000~15000Pa为宜。
  2.4 滤袋过滤负荷的选择原则
  由于锰铁高炉煤气含尘量大,因此在设计中应留有充分的余地,但是,过滤负荷决定了设备的大小,负荷提高一倍,设备可以小很多。因此,要选择性能好的滤袋,以保证使用寿命。滤袋数值一般为25~35m3/(m2h),工况负荷35~50m3/(m2h),这样可以保证箱体的反吹周期,减少反吹清灰次数,保护滤布,延长滤袋的使用寿命。根据实测数据,当滤袋内灰尘厚度达到0.5~1.2mm时,箱体阻损约为5.88kPa,即应进行反吹。此时滤袋容尘量为最大容尘量,约为320g/m3。据计算,过滤负荷为31.53m3/(m2h)(入口煤气含量为55g/m3(标),反吹周期为2h)。因此,过滤负荷选择要综合考虑,即煤气含尘量的多少、反吹清灰的次数、采用何种滤袋等。
  3 锰铁高炉煤气干式除尘的技术经济效益
  从多年的生产实践中看到,锰铁高炉煤气采用干法滤袋除尘效果确实很好,净煤气含尘量均可稳定在10mg/m3(标)以下。不但可以省去投资较大的污水处理系统,减少环境污染,而且能提高煤气温度,回收煤气的物理热,提高燃烧温度。
  3.1 节能效果
  干法除尘后净煤气温度为100~150℃,比湿法高。水分少,而且全无机械水,具有较多显热,用于燃烧热风炉可以提高风温100℃左右。无论是实践还是理论计算,都证实了这一点。如果按提高100℃风温可降低15kg焦比计,55m3高炉每年节约焦炭1500t,价值150万元。干式除尘比湿式除尘动力消耗低,除了与湿法除尘同样需要的操作、照明用电外,干法除尘工艺中卸灰、反吹清灰等设施用电约15kW。而湿法除尘全部动力包括:给排水、污水处理设施大约280kW,比干法多265kW。因此每年节约电约203.5万kWh。
  3.2 节约用水
  锰铁高炉湿法净化用水为6t/km3,55m3高炉年耗水约100万t。由于高炉煤气内CN较多,洗涤水不能长时间循环使用,需要不断补充新水约50万t。瓦矿属干旱地区,用水困难,采用干法滤袋除尘显得尤为必要。
  3.3 环境保护
  高炉煤气污水中有大量氰化物、硫化物、酚类等有毒物质,处理污水需投入大量资金,仍达不到理想效果。采用湿法除尘后,周围农田、河流受害严重,每年赔款数十万元,环保部门罚款数十万元。改用干法除尘后,每年可节约资金80万元左右。
  4 结 语
  综上所述,锰铁高炉采用干法除尘工艺成败的关键是降低煤气温度和湿度,选择合适的反吹清灰工艺和过滤负荷。从目前应用情况看,干法滤袋除尘工艺应用于锰铁高炉煤气净化已基本取得成功。
  但这一工艺还有很多技术问题需要探索,最主要的是反吹清灰工艺及设备。最近在淮南钢铁厂50m3锰铁高炉清洗时采用了高滤速袋式除尘器工艺,这种以低压脉冲反吹清灰工艺和合成纤维布长滤袋为主要特征的主滤速袋除尘器弥补了常用的反吹清灰工艺的不足,是锰铁高炉、普铁高炉采用干法滤袋除尘工艺的一次飞跃。
  总之,锰铁高炉煤气采用干法滤袋除尘工艺是冶炼史上的一次革命,它的应用成功,为该工艺应用于鞍钢大型普铁高炉作了技术上的准备。大型高压高炉应用干法滤袋除尘工艺后,节能效果将更为显著。
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