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高爐煤氣干式布袋除塵器
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高爐煤氣干式布袋除塵器

描述:布袋除塵技術基于纖維過濾理論,將其應用在高爐煤氣除塵系統,代替了高爐煤氣用水清洗的濕式除塵技術,迄今已發展成為高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術。
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  • 高爐煤氣干式布袋除塵器的詳細說明:

    高爐煤氣干式布袋除塵技術是21世紀高爐實現節能減排、清潔生產的重要。與傳統的高爐煤氣濕式除塵技術相比,干式布袋除塵技術提高了煤氣凈化程度、煤氣溫度和熱值,可以顯著降低高爐生產過程中的新水消耗和動力消耗,還可以提高爐頂煤氣余壓發電量和二次能源的利用效率,減少環境污染,是鋼鐵工業發展循環經濟、實現可持續發展的重要技術途徑,已成為當今高爐煉鐵技術的發展方向。
      一、高爐煤氣干式布袋除塵技術發展現狀
      20世紀80年代我國煉鐵工作者總結了高爐煤氣干式布袋除塵技術的經驗和應用實踐,自主了高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術,在我國300m3級高爐上進行試驗并取得成功,使這項技術實現了工業化應用。經過幾年的發展,高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術在我國中小型高爐上推廣應用,21世紀初新建的1000m3級的高爐相繼采用此項技術,目前已推廣應用到數十座2000~5500m3級大型高爐上。
      目前,我國自主的高爐煤氣干式布袋除塵技術在設計、、工程集成及生產應用等方面已取得突破性進展,該項技術取代了傳統的高爐煤氣濕式除塵工藝,而且為數眾多的大型高爐采用了煤氣“全干式”除塵工藝,   擺脫了傳統的煤氣濕式除塵備用系統。我國已了低壓脈沖噴吹清灰、煤氣溫度控制、煤氣含塵量在線監測、煤氣管道系統及除塵灰濃相氣力輸送等關鍵技術,使大型高爐煤氣干式布袋除塵技術日臻完善。
      二、高爐煤氣干式布袋除塵技術原理
      1、高爐煤氣干式布袋除塵技術工藝流程
      布袋除塵技術   早應用于環境除塵。高爐煤氣是易燃、易爆的有毒氣體,而且處理流量大、溫度波動大、系統壓力高、粉塵含量高,采用布袋除塵技術具有很高的技術難度和風險。布袋除塵技術基于纖維過濾理論,將其應用在高爐煤氣除塵系統,代替了高爐煤氣用水清洗的濕式除塵技術,迄今已發展成為高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術。
      高爐煤氣干式布袋除塵系統工藝流程:高爐冶煉過程中產生的煤氣經導出管、上升管和下降管進入重力除塵器(或旋風除塵器),經過重力除塵后的荒煤氣經荒煤氣總管及支管進入各個干式布袋除塵器。經干式布袋除塵器凈化處理后的凈煤氣經凈煤氣支管進入到凈煤氣總管,再通過余壓發電裝置(TRT)或減壓閥組減壓后進入煤氣管網,供鋼鐵廠作為二次能源利用。
      2、高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術原理
      (1)高爐煤氣布袋除塵過濾機理。高爐煤氣經過重力除塵器或旋風除塵器進行粗除塵以后,煤氣中大顆粒粉塵被捕集,煤氣含塵量一般可以降低到10g/m3左右。經過粗除塵以后的煤氣還需要進行凈化處理,使煤氣含塵量降低到10mg/m3以下。未經凈化處理的高爐煤氣中懸浮著形狀不一、大小不等的微細粉狀顆粒,是典型的氣溶膠體系。高爐煤氣布袋除塵的過濾機理基于纖維過濾理論,其過濾過程可以分為兩個階段:當含塵煤氣通過潔凈布袋時,在擴散效應、直接攔截、重力沉降及篩分效應的共同作用下,   行的是布袋纖維對粉塵的捕集,起過濾主導作用的是纖維,然后是阻留在布袋纖維中的粉塵與纖維一起參與過濾,此過程稱為“內部過濾”;當布袋纖維層的粉塵達到   容量以后,粉塵將沉積在布袋纖維層表面,在布袋表面形成   厚度的粉塵層,布袋表面的粉塵層對煤氣中粉塵的過濾將起到主要作用,此過程稱為“表面過濾”。在布袋除塵的實際運行中,表面過濾是主導的過濾方式,對高爐煤氣布袋除塵技術具有重要意義。
      (2)脈沖噴吹清灰機理。布袋除塵器工作時,其阻力隨布袋表面粉塵層厚度的增加而加大,當阻力達到規定數值時,就   及時   附著在布袋表面的灰塵。清灰的基本要求是從布袋上均勻地剝落沉積的粉塵,而且又要求在布袋表面能保持   厚度的粉塵層。清灰是布袋除塵器正常工作的重要因素,常用的清灰方式械清灰、反吹清灰和脈沖清灰。用于高爐煤氣布袋除塵的方式主要是反吹清灰和脈沖清灰,兩者的主要技術特征如下:①反吹清灰是利用與過濾氣流相反的氣流使布袋變形造成粉塵層脫落的一種清灰方式,日本高爐煤氣干式除塵系統均采用布袋反吹清灰方式。我國在20世紀80~90年代由日本引進的太鋼3號高爐(1200m3)、   鋼2號高爐(1327m3)、攀鋼4號高爐(1350m3)煤氣干式布袋除塵系統均采用此種工藝。反吹清灰采用大規格布袋,布袋直徑為300mm,長度為10m。含塵荒煤氣由箱體下部進入布袋內部過濾后到達箱體上部,即所謂“內濾式布袋除塵”,除塵后的凈煤氣進入箱體頂部的凈煤氣支管,再匯集到凈煤氣總管。為了進行布袋清灰,采用凈煤氣加壓反吹清灰工藝,由凈煤氣管道引出凈煤氣,經反吹風機加壓后進入除塵器箱體,煤氣流反向流動,由布袋外部進入布袋,將沉積在布袋內壁的灰塵吹落,完成清灰過程,反吹清灰一般采取離線清灰方式。②我國從20世紀80年代開始,將脈沖清灰技術應用于高爐煤氣布袋除塵工藝,并使這項技術推廣應用。與反吹清灰工藝不同,脈沖清灰采用小規格布袋,布袋直徑一般130~160m,長度為6~7m。含塵荒煤氣由箱體下部進入箱體,經布袋外部過濾后進入布袋內部,即所謂“外濾式布袋除塵”。除塵后的凈煤氣由布袋內部進入箱體上部的凈煤氣支管,再匯集到凈煤氣總管。脈沖除塵的布袋內部設有的骨架結構,以支撐布袋在工作時始終保持袋狀,不致被壓扁而失效。脈沖清灰是利用加壓氮氣或煤氣(壓力為0.15~0.60MPa)在短的時間內(不大于0.2s)由布袋袋口高速噴入布袋內,同時誘導大量煤氣,在布袋內形成氣波,使布袋從袋口到袋底產生急劇膨脹和沖擊振動,具有的清灰作用。脈沖噴吹清灰沖擊強度大,而且其強度和頻率都可以調節,提高了清灰效果,系統阻力損失低,動力消耗少,還可以實現布袋過濾時在線清灰,在處理相同煤氣量情況下,布袋過濾面積比反吹清灰要低。
      三、高爐煤氣干式布袋除塵關鍵技術的與
      高爐煤氣干式布袋除塵技術是一項集成技術,涉及冶金、機械、化纖紡織、燃氣、自動化檢測與控制等多個工程技術。為提高系統運行的性,不斷優化工藝裝備,對關鍵技術進行了,解決了一系列工程設計、設備制造、施工建設及生產操作過程中出現的問題,提高了整體技術裝備水平和控制水平,實現了向型高爐推廣應用的技術突破。
      1、工藝流程優化和技術參數的確定
      高爐煤氣干式布袋除塵工藝流程的合理設計是系統穩定運行的基礎,要遵循流體設計的基本原則,合理布置除塵器和煤氣管道。煤氣管道的布置和設計直接影響到除塵器內氣流分布和阻力損失的均勻性,對進入各除塵器的煤氣量及粉塵量要均勻分配。除塵器應采用雙排并聯布置方式,含塵煤氣和凈煤氣總管設置在兩排除塵器中間,通過支管與除塵器聯接。煤氣管道按等流速原理設計,使進入每個除塵器的煤氣量分配均勻,而且整個系統應做到工藝布置緊湊、流程短捷順暢、設備檢修維護便利。除塵器采用低過濾速度設計理念,通過計算流體力學(CFD)仿真計算,分析除塵器內流場分布。根據數學仿真計算結果,確定合理的氣流速度和氣流方向,在除塵器內設置導流板,優化除塵器結構,使煤氣在除塵器內的流場均勻分布,除塵器內的布袋在煤氣流動均勻平穩的工況下工作,這是大型高爐煤氣布袋除塵器設計的關鍵技術。合理確定除塵器過濾面積、過濾速度、氣流上升速度、阻力損失及清灰周期等技術參數,特別是對于爐頂壓力較高的大型高爐,煤氣工況流量、壓力、溫度和過濾速度等參數的合理設計是系統運行的關鍵要素。技術和生產實踐表明,大型高爐煤氣布袋除塵的工況過濾速度一般應控制在0.5m/min以下。
      2、濾布的選擇
      濾布是布袋除塵過濾粉塵的介質,濾布的材質和性能對高爐煤氣干式布袋除塵系統運行的穩定性和性具有重要影響。由于高爐煤氣溫度高且不穩定,煤氣中含有水分,煤氣的相對濕度隨原燃料條件和高爐操作條件變化較大,煤氣中還含有腐蝕性介質。因此,濾布的選擇要適合高爐煤氣特點,要求濾布除塵、和性好、耐水解性好且使用壽命長。目前適用于高爐煤氣干式布袋除塵系統的典型濾布有玻璃纖維、薄膜復合芳香聚酞胺針刺氈(Nomex)、FMS復合針刺氈、聚酞亞胺(P84)及聚四氟乙烯(PTFE)復合針刺氈等,實際應用中要綜合煤氣工況和粉塵的特點,合理選擇性能優良的濾布。
      3、煤氣溫度控制技術
      煤氣溫度控制是干式布袋除塵技術的關鍵要素,正常狀態下,煤氣溫度應控制在80~220℃,煤氣溫度過高或過低都會影響系統的正常運行。當煤氣溫度達到250℃時,超過一般布袋的   使用溫度,布袋長期在高溫條件下工作,會出現異常破損甚至燒毀。由于煤氣中含水,當煤氣溫度低于露點溫度時,煤氣中的水蒸氣發生相變凝結為液態,出現結露現象,造成布袋薪結。因此,采用煤氣干式布袋除塵技術,高爐操作要   加重視爐頂溫度的調節控制。
      高爐爐頂溫度升高時可采取爐頂霧化噴水降溫措施,同時在高爐荒煤氣管道上設置熱管換熱器,用軟水作為冷卻介質,通過熱管換熱使軟水汽化吸收高溫煤氣的熱量,降低煤氣溫度。實踐表明,此項技術措施可解決煤氣高溫控制的技術難題,煤氣溫度能夠降低50~90℃。
      如果煤氣溫度過低則要采取綜合措施,提高入爐原燃料質量、降低入爐原燃料水分、加強爐體冷卻設備監控、合理控制爐頂溫度和荒煤氣管道保溫等技術措施都能取得成效。特別在高爐開爐、復風時要注重煤氣溫度的控制,降低煤氣的含水量,將煤氣溫度控制在露點溫度以上20~30℃。目前已成功出煤氣低溫狀態的   加熱裝置,利用蒸汽作為煤氣加熱介質,通過熱管換熱將蒸汽熱量傳遞給煤氣,可以使煤氣溫度提高到露點溫度以上,水分凝聚灰塵勃結布袋。這種煤氣溫度控制裝置可以控制煤氣高溫和低溫的異常狀況,使高爐煤氣干式布袋除塵系統可以適應多種工況條件,提高了系統的適應性和性。京唐1號高爐煤氣溫度控制裝置的工藝原理如圖5所示。
      4、煤氣含塵量在線監側技術
      煤氣含塵量在線監測系統是監控高爐煤氣干式布袋除塵系統、爐頂煤氣余壓發電系統穩定運行的重要檢測設備。高爐煤氣含塵量在線監測系統采用電荷感應原理,在流動的高爐煤氣中,粉塵顆粒因磨擦、碰撞產生靜電荷,形成靜電場,靜電場的變化即可反映煤氣含塵量的變化。煤氣含塵量在線監測系統通過測量靜電荷的變化,從而推斷出煤氣中含塵量的數值,以此判定布袋除塵系統的運行是否正常。當布袋出現破損時,凈煤氣管道中含塵量增加,靜電荷量強度增大,電荷傳感器可以及時檢測到電荷量值并輸出到變送器,實現煤氣含塵量自動在線監測。
      5、煤氣管道系統技術
      采用高爐煤氣干式布袋除塵技術后,凈煤氣冷凝水中的氯離子含量顯著升高,這主要是由于高爐原燃料中的氯化物在高爐冶煉過程中形成氣態的HCl。當煤氣溫度達到露點溫度時,氣態HCl與冷凝水結合,形成酸性水溶液而引起酸腐蝕。在潮濕的中性環境中,煤氣中的氯離子也會對煤氣管道和不銹鋼波紋補償器產生點腐蝕、應力腐蝕和局部腐蝕。通過檢驗分析采用干式布袋除塵技術的凈煤氣冷凝水發現,冷凝水中氯離子含量高達1000mg/L,煤氣冷凝水的pH值低于7,有時甚至達到2~3,對煤氣管道和波紋補償器具有強腐蝕性,會造成煤氣管道系統異常腐蝕。
      為了煤氣管道系統的異常腐蝕,對煤氣管道波紋補償器的腐蝕機理進行了分析,采取了以下措施:
      (1)對不銹鋼波紋補償器的材質及結構進行了改進,將波紋補償器材質由奧氏體不銹鋼316L改進為耐氯離子腐蝕的不銹鋼Incoloy825,提高了材質的抗酸腐蝕性能。
      (2)在煤氣管道內壁噴涂涂料,使金屬管道與酸性腐蝕介質隔離,管道異常腐蝕。
      (3)為了脫除高爐煤氣中的氯化物,了氯化物脫除裝置,應用化學和物理吸附原理,脫除高爐煤氣中的氯化物。在凈煤氣管道上設置噴灑堿液裝置,使堿液與高爐煤氣充分接觸,降低煤氣中的氯化物含量。
      6、除塵灰濃相氣力輸送技術
      高爐煤氣布袋除塵灰的收集輸送是影響系統正常工作的關鍵因素,傳統的機械式輸灰工藝存在著諸多技術缺陷。除塵灰氣力輸送技術利用氮氣或凈煤氣作為載氣輸送除塵灰,將每個布袋除塵器收集的除塵灰通過管道輸送到灰倉,再集中抽吸到罐車中運送到燒結廠回收利用,實現了除塵灰全程密閉輸送,解決了傳統機械輸灰工藝的技術缺陷,優化了工藝流程,降低了能源消耗,減少了二次污染,攻克了輸灰管道磨損等技術難題。
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