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高炉煤气干式布袋除尘极端温度煤气的处理点击：1814 日期：[ 2014-04-26 21:53:24 ] |
| 高炉煤气干式布袋除尘极端温度煤气的处理 陈小平,马作明,张 翔 (武钢设计研究院,湖北武汉430080) 摘 要：介绍现有的湿法备用、换热器换热及荒煤气放散等3种高炉煤气布袋除尘系统的极端温度煤气处理技术,分析高炉煤气极端温度的成因及控制,以及极端温度煤气处理技术的关键,论证全干法在大中型高炉应用的可行性。 关键词：高炉煤气;布袋除尘;极端温度 中图分类号：TF547 文献标识码：B 文章编号：1008-4371(2010)04-0010-04 干式布袋除尘技术(下称BDC系统)是近年来在全国大型高炉上推广应用的一种高炉煤气除尘技术,与湿法除尘技术相比,具有煤气净化质量高、节水、节电、投资省、运行费用低、环境污染小等优点。但是,BDC系统所使用的布袋滤料有一定的使用温度范围,超过正常温度范围的极端温度煤气处理,对于煤气干式布袋除尘技术是一个关键问题。 1·BDC系统的运行温度范围 BDC系统的运行温度有最低温度和最高温度限制。当低于最低温度运行时,布袋表面会结露,堵塞孔隙,造成“糊袋”、输灰系统故障以及设备腐蚀;当高于最高温度运行时,会缩短布袋使用寿命,甚至使布袋烧损,影响高炉正常生产。无论是超过最高温度还是低于最低温度,都会对系统造成损坏或者影响除尘效果。 1.1 最低运行温度 BDC系统运行的最低温度取决于荒煤气的露点温度。比如某高炉炉顶压力为230 kPa,含水量(以标准立方米计)为50 g/m3,则对应的露点温度为86.755℃;当采用干熄焦焦炭和球团矿时,含水量(以标准立方米计)可取30 g/m3,则对应的露点温度即为73.976℃[1]。考虑到局部温降及偏于保守,工程上BDC系统的最低运行温度取值一般在100℃以上。 1.2 最高运行温度 BDC系统运行的最高温度主要是由滤料的性质决定的。目前用于高炉煤气除尘的滤布主要有玻璃纤维针刺毡、诺梅克斯(Nomex)、氟美斯、P84,其耐温性能比较见表1[2]。目前常用滤料的最高操作温度连续运行不超过260℃,瞬间不超过280℃。所以BDC系统运行的最高温度一般控制在260℃以下。 1.3 运行温度范围 BDC系统的最高和最低使用温度决定了其运行温度范围,一般为130~260℃,瞬间最低温度不低于100℃,最高不超过280℃。如包钢的BDC系统的正常温度范围是130~210℃,最高260℃[3];济钢3号高炉BDC系统的最佳范围是120~220℃[4]。 2·极端温度煤气处理技术 现有的极端温度煤气处理技术主要有3种:湿法备用、换热器换热和荒煤气放散技术。 2.1 湿法备用技术 湿法备用技术是指高炉煤气处理系统包括BDC系统和湿法系统,当煤气温度在正常范围内时,通过BDC系统处理;当煤气温度超过正常温度范围时,切换到湿法系统处理。如武钢的5号高炉利用VS(湿法)系统作为备用系统。VS系统是一种带快速冷却塔的单文系统。当荒煤气温度大于260℃或低于100℃时,系统将报警,人工启动VS系统,并依次关闭布袋除尘器出口DN2200蝶阀、DN2200插板阀及布袋除尘器进口DN2700插板阀,煤气净化转为湿法运行。当温度正常时再转回干法除尘。5号高炉的煤气净化系统流程见图1。武钢8号高炉则采用比肖夫系统作为备用系统。国外的BDC系统也多有湿法系统作为备用系统[5]。 湿法备用技术具有技术成熟,适应湿度范围广,干湿法切换迅速等优点;缺点是投资和占地都很大,且运行费用也很高。 2.2 换热器换热技术 换热器换热技术是在BDC系统前的荒煤气管道中设置换热器,当煤气温度在正常范围内时,荒煤气不经过换热器,通过旁通管道进入BDC系统处理;当煤气温度超过正常温度范围时,荒煤气先经过换热器,将煤气温度调整到合适温度后,再进入BDC系统处理。 换热器换热技术目前主要有2种形式。一种为仅能降温的装置,如韶钢750 m3高炉采用的降温装置。该装置是一种列管式换热器,煤气走管程,冷却水走壳层。正常情况下来自重力除尘器的高炉煤气温度小于260℃,煤气降温装置的进、出口蝶阀、冷却水阀处于关闭状态,旁通阀打开,高炉煤气通过旁通阀直接进入布袋除尘器;当来自重力除尘器的高炉煤气温度大于等于280℃时,煤气降温装置的进、出口蝶阀、冷却水阀自动打开,旁通阀自动关闭,高炉煤气通过煤气降温装置,温度降低,然后进入布袋除尘器;当来自重力除尘器的高炉煤气温度为260~280℃时,可人工打开煤气降温装置的进、出口蝶阀,采用手动控制为水冷或空冷方式(即喷水或不喷水2种状态)进行冷却降温,然后煤气进入布袋除尘器。该装置流程图见图2[6]。 另一种换热器同时具有升温和降温功能。该换热器为气体冷却(加热)换热器。当煤气温度在正常情况下(炉顶上升管煤气温度低于300℃时)煤气走旁通管,进入布袋可正常工作。当炉顶上升管煤气温度达300~350℃时,马上切换到调温系统,启动风机吸入冷风进行热交换降温,以保证布袋除尘器煤气温度控制在300℃以下。当炉顶上升管煤气温度高于350℃时(这种情况出现几率较小,由于炉顶设有喷水降温设施),必须进行炉顶打水或其他高炉操作手段进行煤气降温;当温度低的时候,启动风机吸入热风炉废气进行升温,此系统升、降温的能力是正负40℃之间,基本能满足高炉操作的要求。其工艺流程图见图3[7]。 换热器换热技术优点是运行费用低,技术简单,但也存在明显缺点。1)荒煤气管道上阀门开启速度慢,不能快速切换。某厂换热器曾出现过由于进出口阀门开启速度慢,以至于阀门还未开到位,高温煤气已经通过了布袋。2)适应温度范围较窄。如韶钢750 m3高炉采用的降温装置,在空气冷却状态下,可使高炉煤气温度下降20~60℃;在水冷却状态下,可使高炉煤气温度下降60~160℃;但对低温煤气则没有相应的处理手段[6]。某钢厂的煤气调温系统,升、降温的能力是正负40℃之间[7]。3)由于荒煤气携带大量粉尘直接冲刷换热器壳体和换热管,磨损较大,换热器使用寿命相对较短。4)当采用水冷方式时,还需要配套软水制备设施,投资和运行费用较高。 2.3 荒煤气放散技术 荒煤气放散技术就是将极端温度煤气通过与净煤气共用的放散塔进行点火放散。包钢的BDC系统设有煤气点火放散塔,作为当布袋系统出现故障或高炉煤气温度出现过高或过低时的临时点火放散[3]。 荒煤气放散的突出优点是投资和占地省,基本没有运行费用,但缺点也很突出。1)荒煤气放散管前阀组磨损严重,某厂使用荒煤气放散,基本上是用一次就必须检修一次;2)无法满足环保要求。根据《工业炉窑大气污染物排放标准》(GB9078-1996),高炉的烟尘浓度限值为100~200mg/m3,而重力除尘器后的荒煤气含尘量一般在10 g/m3,因此,采用荒煤气放散的方式处理极端温度煤气,无法通过环评。 3·关于极端温度煤气处理技术的建议 以上3种极端温度煤气处理技术都存在明显的缺点:湿法系统的投资和占地太大,换热器换热切换时间过长,荒煤气放散技术污染严重等。 3.1 极端温度煤气成因及控制 极端温度煤气是在高炉运行不正常时产生的。造成煤气温度过高的情况有:1)高炉炉内产生崩料,形成管道行程;2)因设备故障无法上料。造成煤气温度过低的情况有:1)高炉赶料线;2)高炉投产和复风[8]。而高炉顺行时,煤气温度是适合BDC系统的。如武钢5号高炉顺行时,煤气温度一般在150℃左右。莱钢各高炉在正常生产时,炉顶温度基本稳定在150~200℃之间[8]。当炉顶温度不正常时,高炉可以采取炉顶打水、减风、减压、改变布料方式等多种方法,在较短时间内把温度调整到正常范围。现代高炉由于煤气利用较好,炉顶温度普遍降低,超标现象很少[9]。因此,炉顶温度控制关键在于解决温度过低的问题。 莱钢控制炉顶温度的方法如下: 1)当高炉因设备故障无法上料引起低料线时,造成炉顶温度升高,高炉操作人员要及时开炉顶打水控制顶温,根据处理故障时间的长短,采取减风量、休风的措施,减风要果断到位,减风的标准要以风口不灌渣和保持炉顶温度不超过上限为准则。赶料线期间,保持适当的风量,同时控制适当的料速,保证炉顶温度不低于下限也不高于上限。 2)当高炉因原燃料质量波动出现崩料时,立即减风到能够阻止崩料的程度,使风压、风量达到平稳,在炉况转顺后才能逐步恢复风量。高炉出现悬料后,要立即组织炉前出铁,铁后坐料。坐料后赶料线,要控制炉顶温度,防止低于下限。 3)打水控制顶温时要及时与干法除尘煤气管理部门联系,双方同时密切关注煤气温度。炉内注意控制打水量,防止崩塌料温度骤然变化造成的煤气体积急剧膨胀,导致除尘器箱体压力的急剧变化[8]。 4)在设备允许范围内,尽量提高入炉料温度,解决炉顶温度低的问题[9]。 要控制好炉顶温度,高炉与BDC系统应进行统一管理。对于炉顶温度过高,高炉与BDC系统目标是一致的。因为大中型高炉采用无料钟炉顶设备后,炉顶温度要求小于250℃[2]。但对于炉顶温度过低,BDC系统的要求则明显比高炉更严格。此时,必须对高炉生产和BDC系统的正常运行二者的利害进行权衡,才能决定如何调整炉况。如果高炉和BDC系统分属2个厂管理,则有可能因为部门利益而影响BDC系统的正常生产。高炉和BDC系统由1个厂统一管理,则可以避免上述问题。 综上所述,只要高炉能够及时调整炉况,可以把出现极端温度煤气的时间控制在较短的范围内。 3.2 极端温度煤气处理技术的关键 对于BDC系统,极端温度煤气处理技术的关键是低温煤气的处理,主要有以下3个原因:1)随着高炉向大型化发展,以及高炉管理水平的提高,高炉的炉顶温度呈现下降的趋势,因此出现低温煤气的可能性要大于出现高温煤气的可能性;2)随着布袋滤料制造技术的提高,抗高温性能在逐步提高,而低温煤气造成布袋板结,却难以通过布袋滤料的性能改进而解决;3)高温煤气对BDC系统的损坏一般是造成布袋烧损,可以通过更换布袋在较短时间内恢复运行;低温煤气则不仅使布袋板结,还会造成输灰系统阀门积灰而关闭不严,管道堵塞,设备腐蚀等一系列问题,处理起来非常麻烦。因此,极端温度煤气处理技术的关键是低温煤气的处理。 3.3 全干法运行的可行性 全干法是指完全依靠BDC系统处理煤气,不设其他极端温度煤气处理设施。在设计BDC系统时,系统过滤风速取低值,如0.3 m/min,使整个系统的能力有较大富余。当煤气温度正常时,全部筒体都投入运行;当出现极端温度时,只运行1/3数量的筒体,其他筒体关闭。温度恢复正常后,其他筒体投入运行,并将通过极端温度煤气的1/3数量的筒体解列,检修和更换受损的布袋,并处理其他设备故障。全干法的实质就是牺牲一部分筒体来处理极端温度煤气。 那么,仅运行部分筒体,可以满足煤气除尘要求吗?首先,在全风速为0.3 m/min的条件下,运行1/3筒体时,过滤风速也仅为0.9 m/min,仍在滤料的允许范围以内。其次,对于高温煤气,目前BDC系统所使用的滤料可以承受280~300℃的瞬间高温;对于低温煤气,即使布袋出现“糊袋”,根据布袋除尘特性,只要布袋未破损,除了系统阻损增加外,仍可以满足除尘的要求。为防止通过低温煤气后,输灰系统故障影响整个BDC系统,输灰系统应设备用系统。因此,采用部分筒体处理极端温度煤气,短时间内可以满足除尘要求。如包钢的某高炉的BDC系统,就曾经在煤气温度400℃时,只运行2个筒体,持续半小时,布袋未出现损坏。可见,只要极端温度持续时间不长,全干法是可行的。 与现有的3种极端温度煤气处理技术相比,全干法比湿法备用的投资、占地以及运行费用都要少得多,系统也更加简单,比换热器换热技术更加可靠且节省投资,比荒煤气放散更加环保和可靠,具有明显的优点。由于大中型高炉的炉顶温度相对稳定,波动较小,更适合采用全干法。 4 结 语 现有的3种极端温度煤气处理技术都存在一定的缺点。为保证BDC系统正常运行,对于极端温度煤气,应首先保证高炉顺行,减少极端温度出现的频率;当出现温度异常时,高炉应及时调整炉况,缩短极端温度持续的时间。极端温度煤气处理技术的关键是低温煤气的处理。全干法处理极端温度煤气,可以减少投资、占地和运行费用,在试点成功的基础上,应积极在大中型高炉推广应用。 [参考文献] [1] 《动力管道设计手册》编写组.动力管道设计手册[M].北京:机械工业出版社,2006. 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