轉爐干法除塵系統用金屬濾袋除塵器阻力升高的原因分析及對策

何西榮　沈建濤 高燕軍　曹春　胡緒升　邵寧

摘 要：金屬濾袋除塵器以其耐高溫、耐腐蝕、強度高等特點，逐漸應用于國內外的轉爐干法除塵系統中。但是調查研究發現，金屬濾袋除塵器雖然可以長期穩定滿足超低排放要求，但在運行一段時間后，系統阻力一直緩慢升高。本文結合典型案例，從濾袋結構、除塵器設計、清灰程序、使用工況等方面對金屬濾袋除塵器系統阻力上升的原因及解決方案進行分析。

關鍵詞：轉爐干法除塵系統;金屬濾袋除塵器;阻力上升;原因分析

1 概述

2018年5月7日，生態環境部發布《鋼鐵企業超低排放改造工作方案（征求意見稿）》，提出在未來幾年內我國鋼鐵行業的顆粒物排放濃度應低于10mg/Nm3。為響應國家環境保護粉塵超低排放要求，金屬濾袋除塵器應運而生，且由于其耐高溫、耐酸堿腐蝕、除塵效率高等優勢，近幾年開始在國內各大冶金、電力、化工等行業逐步推廣應用[1]。

但是在對國內某鋼廠轉爐一次煙氣精除塵應用情況的調研中，發現雖然金屬濾袋除塵器可以長期穩定滿足超低排放要求，但當運行一段時間后，金屬濾袋除塵系統的阻力會一直緩慢升高。因此，本文將結合現場情況，從濾袋結構、除塵器設計、清灰程序、使用工況等方面對金屬濾袋除塵器系統阻力上升的原因及解決方案進行分析，為其進一步地推廣應用提供改進依據。

2 案例介紹

某鋼廠在投用金屬濾袋除塵器半年后，出現明顯的積灰問題。雖然運行人員采取了增強敲擊振打頻率、提高噴吹壓力等方式，但除塵器的運行阻力仍然不斷增加，影響系統的正常運行，不得不進行停機清灰操作。檢查發現濾袋內部的積灰情況如圖1所示。

3 除塵器運行阻力升高的原因及解決對策

3.1 上升CAN速度對重力落灰的影響

上升CAN速度是袋式除塵器重要的設計參數，它反映出在清灰過程中氣流的上升速度對布袋表面粉塵落灰的影響[2]，如果上升CAN速度過高，上升氣流會攜帶部分粉塵重新吸附到濾袋表面。

由于金屬濾袋除塵器的透氣性好、且入口粉塵的粒徑較細，在同樣的排放濃度下，過濾風速要比布袋除塵器高出2.6～4倍，因此其上升CAN速度也比較高，導致清灰過程中氣流會再次將很大一部分粉塵攜帶到濾袋表面。此時除塵器內部的一部分粉塵將持續在濾袋附近發生“吸附—下落—氣流攜帶—再次吸附”過程，造成部分粉塵無法落入灰斗，系統阻力越來越高。

解決對策：可采用離線清灰（在煤氣回收階段對金屬濾袋進行清灰）的方式，以避免下落的粉塵被氣流重新攜帶至濾袋表面。

3.2 超細粉塵堵塞金屬濾袋纖維孔

金屬濾袋除塵器設置在轉爐放散杯閥與放散煙囪之間，該部分煙氣是經過干法靜電除塵器凈化后的煙氣，大部分粗顆粒粉塵已被靜電除塵器捕集，剩余微細顆粒粉塵由金屬濾袋除塵器進行攔截捕集。采用LS-609型激光粒度分析儀對某鋼廠放散管道內的取樣粉塵進行粒徑分析，結果如圖2所示。由圖可知，粉塵的中位徑僅有4μm左右，煙氣中細微粉塵中50%體積量都在4μm以下。

含塵煙氣在濾袋的過濾攔截過程中，有部分超細粉塵進入濾袋內部。由于布袋材質較軟，在噴吹清灰過程中會有一定的膨脹量，壓縮氣團瞬間“撐開”布袋纖維層，纖維層內的大多數超細粉塵會從布袋脫離。但金屬濾袋材質相對布袋材質較硬，在常規0.2～0.3MPa噴吹壓力下無法有效將金屬濾袋微孔層“撐開”，使得進入金屬濾袋內的超細粉塵無法被清除，微孔層內粉塵的逐漸堆積導致金屬濾袋除塵器的阻力越來越高。

解決對策：將金屬濾袋除塵器的噴吹壓力設定為0.4～0.5MPa，且每隔24小時進行兩個周期的0.6MPa壓力噴吹。

3.3 煙溫波動導致粉塵緩慢糊袋

下表所示為轉爐干法系統用金屬濾袋除塵器入口粉塵的成分分析結果。

由表可知，金屬濾袋除塵器入口粉塵中SO3、CaO、K2O、Na2O等易潮解吸濕性成分的總質量占比達到11.2%。由于金屬濾袋除塵器在起爐前是冷態，濕度較高的高溫煙氣進入冷的除塵器后，水分遇冷凝結，導致部分粉塵吸濕后糊在金屬濾袋表面，即使清灰壓力達到0.6MPa也很難被徹底清除。

解決對策：①在金屬濾袋投產前進行預涂灰;②采用100mm厚的隔熱層，加強金屬濾袋除塵器的保溫效果，避免因煤氣回收過程中的溫降導致粉塵的粘結。

3.4 清灰壓力衰減對噴吹效果的影響

對于布袋除塵器，當氣包內的壓縮氣體由噴吹管進入袋口時，在文丘里效應下會攜帶3～5倍的凈氣室空氣，形成壓力氣團進入布袋。由于布袋的材質較軟，在壓力氣團的沖擊下會從袋口至袋底瞬間膨脹收縮，此時布袋表面的粉塵將與布袋脫離，在重力作用下呈片狀或塊狀落入灰斗。但由于壓力氣團從袋口至袋底存在一定的衰減，因此一般工程應用中布袋的長度不超過9米。

對于金屬濾袋除塵器，由于其材質較硬、柔性效果較差，在壓力氣團沖擊下的膨脹量較小，且清灰過程中壓力氣團從濾袋口至濾袋底部的壓力衰減更甚，導致濾袋下段的清灰效果很差，尤其是無法有效清除超細粉塵。因此除塵器阻力越來越大，長時間后金屬濾袋下段出現阻塞，過濾性能失效。

解決對策：為保證金屬濾袋的清灰效果，金屬濾袋長度一般不超過5.5米。

3.5 濾袋支撐結構對清灰效果的影響

圖3所示為常用的金屬濾袋支撐結構，其由開孔不銹鋼板經螺旋焊接制成，具有剛度強度高、結實耐用、耐酸堿腐蝕、耐高溫等特點。但這種支撐結構的開孔率較低，很大一部分有效過濾面積被不銹鋼板所遮擋，導致系統阻力升高，金屬濾袋的實際有效過濾面積小于濾袋表面積，同時該支撐結構在脈沖清灰時會遮擋部分金屬濾袋，導致濾袋表面的清灰效果不好，日積月累后造成系統阻力越來越高。

解決對策：為了提高金屬濾袋的透氣性，應盡量將金屬微孔層的厚度控制地較薄，同時在金屬膜內部設置支撐結構[3]，保證濾袋在高過濾風速、高壓差下不至于被“壓扁”。支撐結構在保證足夠剛度和強度的同時應注意以下三點：

（1）支撐結構的阻力越小越好，有助于減小除塵器整體阻力;

（2）支撐結構在滿足結構強度的同時，應盡可能地減小對脈沖清灰的影響;

（3）支撐結構應滿足耐酸堿腐蝕、耐高溫、防氧化等要求。

4 結論

隨著鋼鐵企業超低排放改造工作的持續推進，將耐高溫、耐腐蝕的金屬濾袋除塵器嵌入現有轉爐干法除塵系統成為重要的技術路線。針對金屬濾袋除塵器在運行過程中阻力不斷升高的問題，應從除塵器設計、濾袋結構、清灰程序、使用工況等方面進行綜合調整優化，才能保證設備安全、高效、穩定運行。

參考文獻：

[1]雷國鵬，高燕軍，汪蓓，等.圓筒形金屬濾袋除塵器在轉爐干法除塵系統工藝中的應用研究[J].科技創新與應用，2019，（2）：121-122.

[2]陳奎續.電袋復合除塵器阻力特性研究[D].福州：福州大學，2016.

[3]謝敏.高溫除塵用金屬濾袋的設計要點[J].節能與環保，2018，286（4）：69-71.

作者簡介：何西榮（1988— ），男，漢族，陜西西安人，本科，中級職稱，研究方向：大氣污染治理。