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錳鐵高爐煤氣干法濾袋除塵工藝設計研究

此文章供技術人員參考:
  高爐煤氣干法濾袋除塵工藝從70年代開始,以其節水、節電、投資低、污染少等優勢在中小高爐上得以廣泛應用,并逐步發展用于大型高爐,顯示出明顯的社會和經濟效益。特別是應用于錳鐵高爐煤氣凈化,效果更為突出。干法濾袋除塵徹底解決了錳鐵高爐采用濕法除塵帶來的污水處理問題,從根本上消除了濕法含氰污水對環境的污染。80年代初,O錳鐵高爐開始進行干法濾袋除塵器凈化煤氣的試驗和生產實踐。
  1983年,鞍鋼瓦房子錳礦55m3錳鐵高爐采用干法濾袋除塵工藝處理錳鐵高爐煤氣。為了使該系統正常運行,針對錳鐵高爐煤氣自身的特點進行了設計、研究。
  錳鐵高爐煤氣中灰塵的理化特性復雜;荒煤氣含塵量大;灰塵顆粒細微;荒煤氣溫度高;含濕成分不穩定;灰塵中含鉀、鈉等堿金屬多;灰塵中含有游離鋅等與空氣接觸自然燃燒的兩性金屬;灰塵易與濾袋粘結并易燃。因此,錳鐵高爐煤氣干法除塵工藝設計必須研究解決煤氣降溫、濾袋反吹清灰、濾袋過濾負荷選擇等問題。
1 工藝流程
  煤氣干法濾袋除塵工藝流程如圖1所示。
   1-重力除塵器;2-荒煤氣冷卻系統;3-旋風冷卻器;4-干法濾袋箱體;5-二次偏心蝶閥;6-煤氣切斷閥;7-凈煤氣主管;8-反吹清灰凈煤氣管;9-星形卸料器;10-中間灰倉;11-螺旋輸料機;12-斗式提升機;13-集灰倉;14-卸灰閥;15-反吹清灰系統
  錳鐵高爐煤氣干法濾袋除塵工藝由以下三個系統組成:
  (1)煤氣凈化系統。來自重力除塵器的荒煤氣經過冷卻后進入濾袋箱體。濾袋箱內安裝若干條內濾式濾袋。濾袋選用經過石墨、硅油浸潤后的玻璃纖維紡織布制造。這種濾袋正常工作溫度為260℃,O高耐溫為350℃(2h)。
  荒煤氣進入濾袋過濾后,凈煤氣在除塵濾袋外側,灰塵在濾袋內側壁附著成灰膜或灰層。
  (2)反吹清灰系統。濾袋經過一段時間的工作,內側壁灰層厚度增大,濾袋工作阻力增大,需要進行清灰,將濾袋內側壁灰層清除,使濾袋達到正常的工作狀態。該系統的工作方法視濾袋工況而定。
  (3)卸灰系統。干法濾袋箱體經過一段工作,進行反吹清灰,灰塵積聚在箱體錐形灰倉中,根據灰倉容納灰塵量,達到灰塵排放要求后,進行卸灰。
  2 設計中應注意的問題及解決的方法
  2.1 采取有效措施,解決由于錳鐵高爐煤氣溫度高、濕份不穩定造成濾袋除塵器運行不正常的問題
  錳鐵高爐爐頂溫度一般在600℃左右。如何將爐頂荒煤氣溫度從600℃左右降低到布袋除塵器入口要求的260℃以下,是錳鐵高爐煤氣凈化能否采用干法濾袋除塵工藝的關鍵。
  (1)爐頂噴水降溫
  采用爐頂或重力除塵器直接噴水降溫,效果明顯。但增加了荒煤氣的含濕量,致使干法除塵箱體內結露,濕潤的灰塵粘在濾袋上,使濾袋不能正常工作。瓦房子錳礦55m3錳鐵高爐投產時出現過這種不良工況,后改為間接噴淋爐頂及下降管及重力除塵外殼,一般可將600℃左右的荒煤氣降低到480℃左右。
  (2)旋風冷卻器冷卻荒煤氣錳鐵高爐煤氣采用干法濾袋除塵工藝是否要設置旋風冷卻器,是值得考慮的問題。由于來自重力除塵器的荒煤氣溫度不穩定且不能滿足濾袋箱體要求的入口溫度,所以設置旋風冷卻器是必要的。它具有雙重作用:其一是將來自重力除塵器的荒煤氣經旋風冷卻再次除塵,以減輕除塵布袋箱體過濾灰塵的壓力,減少反清灰次數;其二可調節進入干法濾袋除塵箱體的荒煤氣的溫度,將進入的荒煤氣的溫度控制在適當的范圍。其方法是,在旋風冷卻器外殼實施自動噴淋冷卻水,保證荒煤氣在冷卻器出口時不高于300℃。
  (3)散熱降溫
  按工藝要求,干法濾袋除塵器的荒煤氣入口O佳溫度在200~260℃。因此需將從冷卻器出來的荒煤氣進一步冷卻,從300℃左右降低到240℃左右。采用的方法是散熱降溫,在濾袋除塵器前的荒煤氣管道上焊接散熱片以增加散熱面積。由于旋風冷卻器冷卻荒煤氣溫度可以調節,而管道散熱片基本屬于恒定散熱,這樣互為補償。因此,瓦礦55m3高爐荒煤氣進入干法濾袋箱體的溫度控制得比較成功,保證了濾袋體的正常運行。
表1為O采用干法濾袋除塵工藝,將荒煤氣進入濾袋箱體前溫度控制較好的6廠家錳鐵高爐主要工藝參數。
  通過對瓦房子錳礦55m3錳鐵高爐煤氣干法濾袋除塵工藝各系統溫降進行實測,表明設計采用的措施切實可行。
  通過幾年來的生產實踐證明,只要錳鐵高爐爐況正常,采取上述不同的降溫措施,就能使干法濾袋除塵器凈化煤氣時溫度高的問題基本得到解決。但特殊情況下或爐況失常時,爐頂溫度達到750℃甚至更高,這種條件下如何保證濾袋除塵器正常工作,還將作深入的研究和探討。設想用煤氣汽化冷卻器、多管式散熱降溫裝置、蓄熱緩沖器和管式冷卻塔來處理高溫煤氣。這些措施將進一步回收錳鐵高爐煤氣顯熱,同時又能有效控制進入干法濾袋除塵箱體的荒煤氣的溫度,保證錳鐵高爐煤氣凈化設施的正常運行。
  2.2 解決灰塵粘結布袋和下錐體結灰的問題
  錳鐵高爐煤氣濕度大,灰塵潮濕,含鈉、鉀等堿金屬高,表2為實測的灰塵成分。
  由于錳鐵高爐煤氣中灰塵自身的特性,很容易使濾袋結灰。根據理論計算和實際測定,濾袋內壁灰塵厚度達到0.3~0.5mm時,阻損很大,可達3kPa。如果灰塵厚度達到3~5mm,反吹清灰效果就很差,除塵效果越來越不好,這樣就縮短了反吹清灰周期。因運行阻力逐漸升高,灰膜增厚,板結成塊,反吹時會出現灰膜整體脫落,濾袋除塵器錐體灰斗易形成干結,卸灰困難,灰斗有效容積逐漸縮小,增加卸灰次數。另外,在布袋外圍根部形成一個灰柱(俗稱灌腸),影響正常運行。迫使干法濾袋箱體閉路清灰改為手動鐘閥清灰,使粉塵飛揚,造成環境二次污染,增加清灰勞動強度和惡化工作條件。因此,一定要控制荒煤氣中的含濕量。冶煉用原料的含濕量要減少,更主要的是爐頂密封不用蒸汽,應采用氮氣密封式加壓凈煤氣密封。
  瓦礦55m3高爐在生產過程中對爐頂密封采用何種方法進行了長時間試驗,認為采用加壓凈煤氣密封為好,這樣能保證荒煤氣含濕量控制在濾袋除塵工藝允許范圍內。一般說來,錳鐵高爐荒煤氣溫度不低于250℃,經過系統除塵,凈煤氣溫度不低于80℃。實踐證明,荒煤氣含濕量控制在20~30g/m3(標),滿足工藝要求。
  2.3 選擇有效的反吹清灰工藝
  干法濾袋除塵反吹清灰工藝方法有:(1)對空排放反吹清灰。由于工藝簡單,操作方便,為大多數小高爐采用。其主要缺點是污染大氣,因此不被采用。
  (2)調壓反吹清灰,是以靠煤氣自身壓力調節來實現反吹清灰。瓦礦55m3高爐是O小高爐第一家采用調節壓力反吹清灰工藝的,其流程圖如圖2所示。
1-干法濾袋箱體;2-低壓煤氣緩沖貯罐;3-煤氣切斷閥;4-反吹煤氣緩沖貯罐;5-凈煤氣本管;6-反吹凈煤氣管;7-低壓凈煤氣主管(去熱風爐)A、B、C、D二次偏心蝶閥
  調壓反吹實施過程。開始反吹清灰時,將D閥、A閥關閉,此時濾袋箱體不再凈化煤氣;然后打C閥,從壓力指示看到箱體內凈煤氣壓力達到4000~5000Pa時,打開B閥,同時關閉C閥,以靠凈本管內煤氣壓扁,抖動濾袋,達到清灰目的。然后關閉B閥,打開D閥,撐開濾袋。再關D閥,打開C閥。濾袋箱體壓力達到4000~5000Pa時,關C閥,開B閥,再次壓扁,抖動濾袋,第二次清灰結束。采用調壓反吹,要求凈本管壓力與低壓凈煤氣
壓力之差ΔP=2000Pa為宜。過大容易損壞濾袋,過小達不到反吹目的。還要有反吹煤氣貯罐和低壓煤氣貯罐,以用于緩沖凈本管和低壓凈煤氣管的壓力波動。
  調壓反吹對于爐頂壓力為0.035~0.055MPa的高爐為宜。
  (3)加壓反吹清灰。對于中型高爐,采用此工藝較多。但安全系數低,耗能大,反吹清灰的效果較為理想。這種方法對于數座高爐煤氣干法濾袋除塵工藝串聯使用作用更大。
  加壓反吹清灰的風機升壓一定要保證,這對反吹清灰的效果起直接作用。從生產實踐看,風機出口壓力要比荒煤氣的壓力高出12000~15000Pa為宜。
  2.4 濾袋過濾負荷的選擇原則
  由于錳鐵高爐煤氣含塵量大,因此在設計中應留有充分的余地,但是,過濾負荷決定了設備的大小,負荷提高一倍,設備可以小很多。因此,要選擇性能好的濾袋,以保證使用壽命。濾袋數值一般為25~35m3/(m2h),工況負荷35~50m3/(m2h),這樣可以保證箱體的反吹周期,減少反吹清灰次數,保護濾布,延長濾袋的使用壽命。根據實測數據,當濾袋內灰塵厚度達到0.5~1.2mm時,箱體阻損約為5.88kPa,即應進行反吹。此時濾袋容塵量為O大容塵量,約為320g/m3。據計算,過濾負荷為31.53m3/(m2h)(入口煤氣含量為55g/m3(標),反吹周期為2h)。因此,過濾負荷選擇要綜合考慮,即煤氣含塵量的多少、反吹清灰的次數、采用何種濾袋等。
  3 錳鐵高爐煤氣干式除塵的技術經濟效益
  從多年的生產實踐中看到,錳鐵高爐煤氣采用干法濾袋除塵效果確實很好,凈煤氣含塵量均可穩定在10mg/m3(標)以下。不但可以省去投資較大的污水處理系統,減少環境污染,而且能提高煤氣溫度,回收煤氣的物理熱,提高燃燒溫度。
  3.1 節能效果
  干法除塵后凈煤氣溫度為100~150℃,比濕法高。水分少,而且全無機械水,具有較多顯熱,用于燃燒熱風爐可以提高風溫100℃左右。無論是實踐還是理論計算,都證實了這一點。如果按提高100℃風溫可降低15kg焦比計,55m3高爐每年節約焦炭1500t,價值150萬元。干式除塵比濕式除塵動力消耗低,除了與濕法除塵同樣需要的操作、照明用電外,干法除塵工藝中卸灰、反吹清灰等設施用電約15kW。而濕法除塵全部動力包括:給排水、污水處理設施大約280kW,比干法多265kW。因此每年節約電約203.5萬kWh。
  3.2 節約用水
  錳鐵高爐濕法凈化用水為6t/km3,55m3高爐年耗水約100萬t。由于高爐煤氣內CN較多,洗滌水不能長時間循環使用,需要不斷補充新水約50萬t。瓦礦屬干旱地區,用水困難,采用干法濾袋除塵顯得尤為必要。
  3.3 環境保護
  高爐煤氣污水中有大量氰化物、硫化物、酚類等有毒物質,處理污水需投入大量資金,仍達不到理想效果。采用濕法除塵后,周圍農田、河流受害嚴重,每年賠款數十萬元,環保部門罰款數十萬元。改用干法除塵后,每年可節約資金80萬元左右。
  4 結 語
  綜上所述,錳鐵高爐采用干法除塵工藝成敗的關鍵是降低煤氣溫度和濕度,選擇合適的反吹清灰工藝和過濾負荷。從目前應用情況看,干法濾袋除塵工藝應用于錳鐵高爐煤氣凈化已基本取得成功。
  但這一工藝還有很多技術問題需要探索,O主要的是反吹清灰工藝及設備。O近在淮南鋼鐵廠50m3錳鐵高爐清洗時采用了高濾速袋式除塵器工藝,這種以低壓脈沖反吹清灰工藝和合成纖維布長濾袋為主要特征的主濾速袋除塵器彌補了常用的反吹清灰工藝的不足,是錳鐵高爐、普鐵高爐采用干法濾袋除塵工藝的一次飛躍。
  總之,錳鐵高爐煤氣采用干法濾袋除塵工藝是冶煉史上的一次革命,它的應用成功,為該工藝應用于鞍鋼大型普鐵高爐作了技術上的準備。大型高壓高爐應用干法濾袋除塵工藝后,節能效果將更為顯著。
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