高爐煤氣除塵濕改干的研究與應(yīng)用

張晉峰，裴新會(huì)，淮愛宗

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高爐煤氣除塵濕改干的研究與應(yīng)用

張晉峰1，2，裴新會(huì)2，淮愛宗2

（1.河北聯(lián)合大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院；2.河北鋼鐵股份有限公司邯鄲分公司能源中心，河北邯鄲056015）

分析了高爐煤氣除塵系統(tǒng)濕法改干法除塵改造存在的問題，結(jié)合實(shí)際情況確定了技術(shù)改造方案并付諸實(shí)施，實(shí)踐證明改造后的布袋除塵既滿足了高爐生產(chǎn)的需要，又降低了運(yùn)行成本，取得了預(yù)期的效果。

高爐煤氣除塵；濕改干；技術(shù)改造；效果

1 前言

邯鋼5#高爐2004年進(jìn)行擴(kuò)容改造2000 m3爐容，煤氣除塵系統(tǒng)原使用?5500三環(huán)縫洗滌塔1座，?4000脫水器1座。自2008年5月份開始，洗滌塔塔體和塔內(nèi)鍋底多次出現(xiàn)開裂，嚴(yán)重影響高爐正常生產(chǎn)，并存在安全隱患。

為徹底解決此問題，攻關(guān)組在經(jīng)過認(rèn)真研究和科學(xué)論證的基礎(chǔ)上，大膽實(shí)踐，勇于創(chuàng)新，制定了新建一套干式布袋除塵系統(tǒng)的方案。

2 改造存在主要問題

國(guó)內(nèi)高爐煤氣布袋除塵技術(shù)在大高爐上應(yīng)用是近兩年剛興起的，技術(shù)還不夠成熟，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)了許多不適應(yīng)生產(chǎn)的問題。我們?cè)诮ㄔO(shè)論證初期吸取了兄弟單位同類型高爐煤氣布袋除塵經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，同時(shí)對(duì)在建設(shè)期間、投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)的新問題重點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān)改進(jìn)。存在的主要問題有：

2.1 布袋除塵骨架變形、布袋磨損、壽命短。普遍使用的布袋骨架全為圓形11圈10根龍骨支架三節(jié)掛鉤接口骨架，這種骨架支持強(qiáng)度低易變形，圓形圈接口易斷裂錯(cuò)位。在過濾反吹過程中，濾袋在變形部位動(dòng)作幅度大，疲勞增大易發(fā)生局部折斷破損，同時(shí)與骨架變形部位相互頻繁摩擦致破損泄漏。

2.2 高爐煤氣布袋除塵輸灰系統(tǒng)壽命短，磨損泄漏嚴(yán)重。主要表現(xiàn)在：（1）箱體下方的卸灰球閥閥芯因磨損關(guān)閉不嚴(yán)泄漏煤氣。（2）輸灰系統(tǒng)三通、彎頭、管道頻繁沖刷泄漏，大量外泄煤氣給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重隱患。造成輸灰系統(tǒng)磨損的原因很復(fù)雜，與含塵氣流的速度、沖擊角度、灰塵成分、灰塵顆粒大小外形等因素有關(guān)。它是空氣動(dòng)力學(xué)磨料的沖蝕磨損、低應(yīng)力擦傷磨損、疲勞磨損的聯(lián)合作用結(jié)果。灰塵顆粒粒徑相對(duì)較小，擦傷磨損影響相對(duì)影響很小，所以造成輸灰系統(tǒng)磨損泄漏主要是沖蝕磨損和疲勞磨損。布袋除塵系統(tǒng)箱體無(wú)論是單排或是雙排布置都無(wú)法避免箱體距離大灰倉(cāng)遠(yuǎn)近不同的情況，在輸灰介質(zhì)的壓力流量相同的情況下，隨著距離氣源由近及遠(yuǎn)，輸灰管道上每個(gè)箱體的排灰速度逐漸加快，距離大灰倉(cāng)越近輸灰時(shí)間越短，管道內(nèi)的氣灰比越高，輸灰管道三通、彎管、直管磨損越大。此問題在布袋除塵氣力輸灰系統(tǒng)普遍存在，沒有根本解決的辦法。

2.3 凈煤氣管道腐蝕嚴(yán)重，壽命短。由于高爐大量采用海選進(jìn)口礦，同時(shí)為了提升高爐冶煉強(qiáng)度、降低冶煉成本，采取高富氧噴煤技術(shù)、燒結(jié)礦噴灑CaCl2溶液技術(shù)等，導(dǎo)致高爐煤氣中酸性氣體SO2、SO3、H2S、HCl含量很高，干法布袋除塵又無(wú)法去除，進(jìn)入主管網(wǎng)后，隨著煤氣溫度的降低管道中的煤氣冷凝水pH值1～2，呈強(qiáng)酸性腐蝕煤氣管道。遷安首鋼1850 m3高爐煤氣布袋除塵，2007年1月4日投產(chǎn)，運(yùn)行6個(gè)月，約800 m、DN2300 mm、厚10 mm煤氣主管網(wǎng)腐蝕泄漏，濟(jì)鋼、萊鋼等也相繼發(fā)生類似問題。

2.4 布袋除塵系統(tǒng)補(bǔ)償器腐蝕泄漏。由于高爐煤氣中富有的Cl-、SO42-等形成的復(fù)合產(chǎn)物對(duì)不銹鋼、碳鋼產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕性，造成不銹鋼波紋補(bǔ)償器腐蝕穿孔、波紋管與接管環(huán)焊道開裂、補(bǔ)償器內(nèi)襯導(dǎo)流筒凸流道沖蝕，產(chǎn)生泄漏。

3 技術(shù)改進(jìn)方案及內(nèi)容

2000 m3高爐煤氣布袋除塵，通過吸取3200高爐布袋其他單位同類型高爐煤氣布袋除塵經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，經(jīng)過科學(xué)研究論證，勇于創(chuàng)新，大膽實(shí)踐，攻克了一個(gè)個(gè)技術(shù)難題,實(shí)際運(yùn)行狀況證明，該高爐煤氣布袋除塵具有國(guó)內(nèi)一流水平，一些技術(shù)改進(jìn)在高爐煤氣布袋除塵領(lǐng)域處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。具體技術(shù)改進(jìn)如下：

3.1 針對(duì)布袋除塵骨架變形布袋磨損壽命短問題，布袋除塵箱體煤氣進(jìn)口創(chuàng)新設(shè)計(jì)成導(dǎo)流層流均布方式。

原來在過濾反吹過程中，濾袋在變形部位動(dòng)作幅度大，疲勞增大易發(fā)生局部折斷破損，同時(shí)與骨架變形部位相互頻繁摩擦破損泄漏，同時(shí)因布袋磨損程度不同相應(yīng)地影響了煤氣品質(zhì)的下降。

新的進(jìn)氣布置方式為層流均布：將荒煤氣管道沿箱體通徑引入，并設(shè)計(jì)成上部半圓形封閉，下部分五個(gè)矩形出口。在管道內(nèi)設(shè)四層導(dǎo)流板，將進(jìn)入箱體的煤氣沿導(dǎo)流板從五個(gè)出口均勻流出，從而達(dá)到氣體在箱體內(nèi)均勻分布，每條布袋處理煤氣量均衡，過濾負(fù)荷均勻的目的，消除了煤氣流對(duì)布袋的沖擊，解決因個(gè)別布袋負(fù)荷過大相互碰撞摩擦損壞、煤氣含塵量超標(biāo)、縮短布袋使用壽命問題，大大延長(zhǎng)了布袋使用壽命，投用至今使用效果良好，此項(xiàng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)屬首創(chuàng)（說明：1.焊接采用電弧焊，焊縫高度為被焊件最薄厚度；2.焊接采用E4303焊條）。

3.2 針對(duì)高爐煤氣布袋除塵輸灰系統(tǒng)壽命短、磨損泄漏嚴(yán)重、灰倉(cāng)放灰不暢、堵塞、污染嚴(yán)重問題，為防止高爐煤氣布袋除塵卸灰系統(tǒng)閥門、三通、彎頭、管道頻繁泄漏，采用兩種方法，一是降低管道內(nèi)的氣灰比，實(shí)現(xiàn)濃相輸灰減少氣體。對(duì)管道的沖蝕磨損，通過控制室計(jì)算機(jī)觀察氮?dú)饬髁俊毫Y(jié)合現(xiàn)場(chǎng)用聽音器通過管道內(nèi)的流體聲音變化，判斷并記錄每個(gè)箱體輸灰時(shí)間，改變將箱體內(nèi)除塵灰卸空輸凈方法，在保證除塵灰能排除箱體前提下，縮短輸灰時(shí)間減少荒煤氣流對(duì)輸灰系統(tǒng)的沖蝕磨損。二是改進(jìn)易磨損部位的結(jié)構(gòu)形式，改進(jìn)氣流沖擊角度降低管內(nèi)氣流渦動(dòng)，降低疲勞磨損，管道內(nèi)壁襯耐磨陶瓷環(huán)。采用此方式后管道壽命增加了2倍。

3.3 針對(duì)高爐煤氣含氯鹽多，嚴(yán)重腐蝕凈煤氣管道和用戶設(shè)備問題，在TRT、調(diào)壓閥組后面高爐煤氣總管眼鏡閥后設(shè)置降溫噴堿塔，塔內(nèi)設(shè)置四層洗滌水噴嘴，從塔下部計(jì)第一、二層噴淋工業(yè)用水，噴槍噴水量分別是100 t/h、200 t/h，三層噴堿液量按（30%堿液）20 t/h，四層噴頭設(shè)置在填料上部，根據(jù)填料堵塞及壓差情況打開定期進(jìn)行沖洗。從塔下部進(jìn)入的高爐煤氣以逆流方式被三層噴淋降溫，同時(shí)溶解去除煤氣中的含氯物質(zhì)及其他腐蝕性氣體，再通過塔上部的填料脫除部分含氯化物的機(jī)械水。

對(duì)噴堿塔上部填料布置方式進(jìn)行了改進(jìn)：填料上下壁網(wǎng)采用不銹鋼SUS304材質(zhì)，并用不銹鋼螺栓固定在鋼梁上，填料用花格板分成12個(gè)區(qū)均勻布置，原設(shè)計(jì)為填料裝滿，噴堿塔阻損達(dá)到6 kPa以上且易堵塞，致使煤氣放散量增加，噴堿塔后的主管網(wǎng)壓力降低，后根據(jù)對(duì)填料花環(huán)的體積、重量以及煤氣壓力重新計(jì)算，使填料距頂部壁網(wǎng)保持250 mm，這樣可以使填料花環(huán)運(yùn)行時(shí)，在氣流帶動(dòng)下處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不易結(jié)垢堵塞，實(shí)際運(yùn)行效果證明花環(huán)距頂部璧網(wǎng)距離250 mm最為合理，壓差降到2 kPa以下，同時(shí)首次實(shí)現(xiàn)了在脫堿塔后取消了板式脫水器，此項(xiàng)改進(jìn)可節(jié)約資金200萬(wàn)元，而且脫水效果非常好。此項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)在國(guó)內(nèi)同行業(yè)同類型設(shè)備處于領(lǐng)先地位。

3.4 對(duì)布袋骨架進(jìn)行了改進(jìn)：我們與濾袋骨架生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員共同進(jìn)行技術(shù)探討磋商，將骨架龍骨的支撐圈由圓形改為10星角形，每個(gè)星角支撐一根龍骨，這樣一是避免接口斷裂錯(cuò)位，提高濾袋骨架的整體強(qiáng)度。二是解決了濾袋在頻繁脈沖反吹過程中濾袋在骨架變形部位動(dòng)作幅度大，疲勞增大發(fā)生局部破損問題。此項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)在國(guó)內(nèi)同行業(yè)同工況條件下處于領(lǐng)先水平。

3.5 對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行了改進(jìn)：在使用過程中循環(huán)水泵的機(jī)械密封墊經(jīng)常因結(jié)垢而損壞，造成循環(huán)水泄漏，浪費(fèi)了水資源。結(jié)垢原因分析：噴淋水流入煤氣洗滌回水池，經(jīng)過加藥和補(bǔ)水后由泵送噴淋塔循環(huán)使用，煤氣噴淋水吸收煤氣中的HCl、HF物質(zhì)后，水中氯離子、鈉離子、氫氧化鈉濃度增加，使用過程大量氯鹽、NaOH等物質(zhì)在密封墊上沉積形成垢，使機(jī)械密封墊塑化變形，破壞了密封結(jié)構(gòu)。

為解決此問題，結(jié)合3200高爐布袋循環(huán)水泵的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)循環(huán)水泵的沖洗方式進(jìn)行了改進(jìn)：原來停泵的時(shí)候用循環(huán)水進(jìn)行沖洗，現(xiàn)在對(duì)水泵沖洗管道及水源進(jìn)行了改變，改用清水進(jìn)行沖洗，效果良好，不結(jié)垢、不破壞密封，沒有泄漏。

3.6 改進(jìn)了波紋管補(bǔ)償器：針對(duì)高爐煤氣中富有的Cl-、SO42-等形成的復(fù)合產(chǎn)物對(duì)補(bǔ)償器的強(qiáng)腐蝕性，與制造廠家及科研單位共同研究分析，從不銹鋼選型、結(jié)構(gòu)制作、工藝改進(jìn)等方面進(jìn)行了一系列的研發(fā)改造，將原來不耐酸腐蝕的不銹鋼波紋材質(zhì)SUS316L升級(jí)為耐酸性腐蝕的Incoloy825，波紋元件采用多層結(jié)構(gòu)，內(nèi)2層材質(zhì)Incoloy825（每層厚度1.0 mm）外層SUS316L，既保證內(nèi)層耐腐蝕性又節(jié)約了成本。采用多層結(jié)構(gòu)具有三方面的優(yōu)點(diǎn)：一是柔韌性好反彈力低，對(duì)管道反推力小；二是波紋的疲勞壽命高；三是波紋管的內(nèi)應(yīng)力低，降低了應(yīng)力腐蝕。導(dǎo)流筒選用耐腐蝕材質(zhì)16Mn，δ=10 mm，為降低導(dǎo)流筒沖蝕磨損，要求波紋補(bǔ)償器的最小內(nèi)徑不小于管道內(nèi)徑。此項(xiàng)綜合技術(shù)改進(jìn)在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。

3.7 實(shí)現(xiàn)了軟水、河水、中水互為備用。軟水池中設(shè)有浮球閥控制的低位河水、中水補(bǔ)水管，一旦軟水補(bǔ)水不及時(shí)，河水或中水打開補(bǔ)水，循環(huán)水池中設(shè)有浮球閥控制的軟水補(bǔ)水管，一旦河水、中水出現(xiàn)問題軟水作為備用水打開補(bǔ)水，同時(shí)將TRT油站冷卻水出口與循環(huán)水池補(bǔ)水管連接，作為循環(huán)水池的補(bǔ)水，可以節(jié)約河水或中水50 t/h。

4 改造效果及產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益

5#高爐濕改干于2012年8月28日投運(yùn)，投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定，含塵量指標(biāo)和濕法比較效果相同，濕改干后經(jīng)濟(jì)效益顯著，停運(yùn)了7水站和5高爐洗滌塔液壓站，停運(yùn)負(fù)荷862.5 kW·h，每月降低電耗約27.7萬(wàn)元，年降低約332萬(wàn)元；節(jié)約設(shè)備冷卻用河水7 m3/h，中水補(bǔ)水120 m3/h，月降低費(fèi)用約6.6萬(wàn)元，年降低79萬(wàn)元。減少外排水約每小時(shí)50 m3/h。月降低藥耗20萬(wàn)元，年降低240萬(wàn)元。年節(jié)約備件輔料費(fèi)100萬(wàn)元。濕改干后TRT預(yù)計(jì)多發(fā)電25%～30%，年可多發(fā)電創(chuàng)效約870萬(wàn)元。合計(jì)年創(chuàng)效1635萬(wàn)元。

投運(yùn)后布袋月增加費(fèi)用7.9萬(wàn)元；日消耗低壓氮?dú)?600 m3，月耗氮?dú)?.8萬(wàn)元；日消耗蒸汽4.5 t，月耗蒸汽2.7萬(wàn)元；脫鹽塔新增用電52.37 kW·h，月耗電1.68萬(wàn)元；補(bǔ)中水20 t/h、軟水20 t/h，月耗水費(fèi)10萬(wàn)元；年新增消耗共計(jì)313.5萬(wàn)元。

降低費(fèi)用與增加費(fèi)用折抵后年總計(jì)創(chuàng)效約1321.5萬(wàn)元。

在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，環(huán)保效益也特別明顯，減少了煤氣洗滌水的外排量，每小時(shí)約減少外排水80 m3/h，減少了氨氮和COD的外排，減輕后續(xù)污水處理廠的處理量。

5 結(jié)束語(yǔ)

6#布袋除塵系統(tǒng)在不停產(chǎn)條件下，歷時(shí)60天，成功地進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后的各項(xiàng)參數(shù)證明，改造效果非常明顯，滿足了高爐日利用系數(shù)提高后的煤氣除塵需要，達(dá)到了預(yù)期目的。

Research and Application of Transforming Wet BFG Dedusting to Dry BFG Dedusting at Handan Steel

ZHANG Jinfeng1，2，PEI Xinhui2，HUAI Aizong2
(1.Mining Engineering Colloge of Hebei United University;2.Handan Steel Energy Center of Hebei Iron and Steel Co.,Ltd.,Handan,Hebei 056015,China)

Problems in transforming wet BFG dedusting system to dry dedusting system were analyzed;and a transformation plan was determined and implemented based on actual situation.Practice has showed that the dust collecting bags after the transformation not only meet the needs of blast furnace production,but also reduce operating costs.The project has achieved desired effect.

BFG dedusting;transforming wet dedusting to dry dedusting;technical transformation;effect

TF547

B

1006-6764(2015)01-0001-03

2014－03－14

張晉峰（1973－），男，大學(xué)本科學(xué)歷，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，注冊(cè)安全工程師，現(xiàn)從事生產(chǎn)綜合管理工作。