CN101260322A - 高炉煤气干法除尘装置与工艺 - Google Patents

Abstract

一种高炉煤气干法布袋除尘装置与工艺，属于冶金环保除尘技术领域。主要由除尘过滤、清灰、粉尘卸载及输送、自动控制、气体放散等装置及大过滤风速、氮气或净煤气脉冲反吹清灰、气动卸输灰及氮气与净煤气互为备用等工艺组成。通过滤袋过滤、净化煤气，利用氮气或净煤气脉冲气流反吹清灰，以此控制除尘器的阻力，使滤袋具有最理想的除尘效果，是一种除尘效率高、净煤气含尘量低、除尘系统能耗低、净煤气热效率高、自动化程度高的干法除尘净化系统；采用超长规格滤袋和双列脉冲反吹系统，满足了除尘系统对大过滤面积和优良反吹效果的要求；增加荒煤气放散阀组，确保温度超标的煤气不进入除尘器箱体，保护了布袋，有效控制高炉炉顶压力，使系统运行更安全；实现了全程无水运行，有效防止煤气灰尘含水糊滤袋的可能，具有占地面积少、工艺流程短、清灰能力强、设备简单、劳动强度低的特点。

Description

高炉煤气干法除尘装置与工艺

一、技术领域：

本发明属于冶金环保除尘领域，涉及一种布袋除尘装置及工艺

二、背景技术：

随着经济的发展和科技的进步，国内外对钢铁的需求量越来越大，现在，我国已经成为世界上产钢量第一大国；节能降耗、降本增效、保护环境、减少污染已成为我国冶金行业全力追求的目标，过去作为废气排放的高炉煤气，现已作为一种重要的能源，被充分而广泛地加以利用，特别从20世纪90年代以来，随着高炉煤气用途的扩展，对高炉煤气的纯净度要求越来越高。

包钢是我国重要的钢铁生产基地，其4#高炉是于1995年投产运行的，由于当时施工场地面积有限，许多已有的高炉煤气干法除尘技术又不适用于包钢4#高炉的实际工况，也不符合包钢燃气厂对已有的高炉煤气干法除尘工艺技术的要求，所以当时对高炉煤气的净化采用的是两级文氏管湿法除尘系统，而没有采用其它钢铁企业所普遍使用的高炉煤气干法除尘装置与工艺。净化后的高炉煤气主要用于余压发电，发电设施为透平机(TRT系统)。工艺装置及流程如下：

烟尘从重力除尘器出来进入一级定径喉口文氏管，再进入重力式灰泥捕集器，由捕集器出口再进入二级可调喉口文氏管，再进入填料式灰泥捕集器，从灰泥捕集器出口流出后分两路，一路通过减压阀组进入填料脱水器，另一路经过旋风脱水器、透平机(TRT系统)，也进入填料脱水器，从填料脱水器出来后进入切断装置，再通过流量孔板，最后进入净煤气总管。

这种高炉煤气湿法除尘净化系统存在能耗高、净煤气含水量高、煤气热效率低、高炉煤气余压发电设施出力低等缺点。

三、发明内容：

为了克服高炉煤气湿法净化系统存在能耗高、净煤气含水量高、煤气热效率低、高炉煤气余压发电设施出力低以及净煤气含尘量高等缺点，本发明提供一种除尘效率高、净煤气含尘量低、除尘系统能耗低、净煤气热效率高、自动化程度高的干法除尘净化系统。

高炉煤气干法除尘系统是利用滤袋来截获煤气中的粉尘，而滤袋截获粒子的能力决定除尘器的效率，因此，整个除尘系统的工艺过程可简述为：通过滤袋过滤、净化煤气，利用氮气或净煤气脉冲气流反吹清灰，以此控制除尘器的阻力，使滤袋具有最大截获粉尘粒子的能力，同时使除尘器具有一定的通流能力，即不断地对除尘器进行周期性的清灰，防止阻力过大，影响工艺进行；通过卸、输灰系统，将清除下来的灰尘运到除尘装置外。如此周而复始，使除尘器能正常工作。

本发明主要由除尘过滤、清灰、粉尘卸载及输送、自动控制、气体放散等装置及大过滤风速、氮气或净煤气脉冲反吹清灰、气动卸输灰及氮气与净煤气互为备用等工艺组成。

除尘过滤装置由若干个大箱体和滤袋组成。大箱体为密封结构，其上部为标准椭圆形封头，中部为圆筒状，其下部为支座及锥形灰斗。大箱体并联布置，垂直摆放。箱体内从中部用钢板隔开，上部为净煤气室，下部为荒煤气室；钢板上均匀排布若干圆孔，圆孔上安装滤袋，滤袋为超长规格，采用特种布料制作，滤袋内部安置文氏管并衬有笼形支撑骨架。清灰装置由两套脉冲反吹系统组成，为双列对称安装，每套脉冲反吹系统安装若干脉冲阀，每个脉冲阀配一根喷吹管，一排喷嘴焊接在喷吹管下面，垂直向下正对滤袋口中心，喷吹管的一端与阀门(常开)之间用法兰连接，阀门与脉冲阀相连，脉冲阀与控制阀连接。锥形灰斗下部依次安装卸灰上球阀、钟形泄料阀、卸灰下球阀、输灰管道，这些阀门均受气动控制，它们组成卸灰系统。输灰系统由输灰管道、大灰仓及闸阀连接组成。

当除尘系统运行时，过滤在荒煤气室进行，过滤方式采用外滤式，其除尘净化工艺简述如下：荒煤气从总管进入各箱体下部的荒煤气室，通过滤袋外壁，进入各滤袋内，再从袋口扩散到箱体上部的净煤气室，而后从净煤气总管流出；随着煤气气流的不断流过，滤袋外壁上积灰逐渐增多，为了使除尘系统正常工作，需要对滤袋外的积灰进行定期清除，因此，每个筒型箱体内设计二套脉冲反吹清灰装置；清灰时，大量的氮气或净煤气冲进滤袋，致使滤袋急剧膨胀，引起一次冲击振动，同时，在瞬间产生由里向外的逆向气流，由于冲击和逆向气流的作用，附着在滤袋外壁上的粉尘被抖落，而嵌于滤布孔隙中的粉尘也被吹掉；这样，滤袋不断过滤，不断积灰，又不断被反吹清灰，周而复始，滤袋可反复重新使用，直到破损。每个箱体采用超长规格滤袋和双列脉冲反吹系统，满足了除尘系统对大过滤面积和优良反吹效果的要求。

在过滤状态下进行反吹清灰时，荒煤气进口及净煤气出口的气动蝶阀均处于打开状态，氮气从滤袋上方的喷吹管向滤袋口内实施动态脉冲反吹，将沉积在滤袋外壁的积灰吹落入下部灰斗中。离线清灰时，将箱体的所有进出口蝶阀全关闭，反吹方式同在线清灰一样。反吹清灰可连续周期性进行，也可定时或定压差式的间歇进行。如果氮气系统出现故障，可采用净煤气反吹，也可采用放散荒煤气反吹。反吹清灰后根据灰斗贮灰情况及时进行卸、输灰，输灰在管道内进行，动力介质采用氮气或高压净煤气。输灰管道与大灰仓连通，大灰仓中的灰定时由运灰车辆运出。卸、输灰系统工艺装置及流程简述如下：

除尘器灰斗→气动卸灰上球阀→气动钟形泄料阀→气动卸灰下球阀→输灰管道→大灰仓→运灰车辆(吸引罐车)。

采用新型放散塔简化了干法除尘系统启停的步骤，新型放散塔实现微机自动控制，在除尘系统出现低温、超温、低压、超压故障时可自动将荒煤气切换至放散塔，可有效控制高炉炉顶压力，保证了除尘系统在生产运行中的安全，同时对净煤气管网压力也能起到调节作用，具有调节速度快、安全可靠的特点；采用荒煤气放散，氮气或净煤气脉冲反吹清灰技术，清灰能力强，除尘效率高，能耗少，钢耗小，占地面积小，运行稳定可靠，运行成本低，经济效益好；采用净煤气与氮气互为备用的气动卸、输灰技术，输灰不间断、效果好、成本低，彻底摆脱反吹清灰和卸输灰工艺对氮气的依赖；卸、输灰用过的净煤气可重新返回到煤气主管网，不会产生二次污染。

本发明实现了全程无水运行，与同行业其它干法除尘系统相比，省去水冷却装置，节约高炉系统的用水量约1260m³/h，不仅降低了成本，而且可有效防止因冷却装置出现故障造成荒煤气与冷却水直接接触从而使煤气灰尘含水糊滤袋的可能，具有占地面积少、工艺流程短、设备简单、劳动强度低的特点。本发明从根本上解决了高炉煤气湿法除尘净化工艺存在的能耗高、净煤气含水量高、煤气热效率低、煤气余压发电设施出力低等缺点，杜绝了高炉煤气洗涤用水，这不仅不用处理高炉煤气洗涤水，而且大量节约了高炉系统的用水，降低了环保设施的成本，彻底解决了洗涤水带来的废水污染问题；同时，将剩余的高炉煤气用放散塔在空中点火放散，可满足排放指标要求，避免了空气污染。

对箱体进行整体保温，以涂隔热保温膏或裹覆缠绕耐火绝热纤维制品为宜，干燥后用铁皮或金属、非金属薄板材料进行裹覆保护。

四.附图说明

图1为滤袋安装结构示意图；

图2为除尘器脉冲反吹系统结构示意图；

图中1-喷嘴、2-喷吹管、3-阀门、4-氮气包、5脉冲阀、6-控制阀、7-箱体、8-脉冲气流、9-法兰、10-滤袋接口压板、11-钢隔板、12-文氏管、13-滤袋、14-支撑骨架。

五.具体实施方式：

以下结合实例加以进一步说明。

本发明在包钢4#高炉实施，高炉的工艺参数等具体情况见下表。

包钢4#高炉工艺参数表

序号	项目	工艺参数
			1	高炉容积	2200m3
2	炉顶煤气压力	最大压力：0.25MPa、正常压力：0.18MPa、常压炉顶压：0.04MPa
			3	煤气流量	最大：46万nm3/h、正常：42万nm3/h常压：24万nm3/h
4	煤气温度	正常：～200℃、事故：～280℃
			5	荒煤气含尘量	正常：≤5～10g/m3、常压：≤10g/m3
6	净煤气含尘量	≤8mg/m3
			7	过滤风速(正常0.18MPa200℃)	全风速：0.41m/min一个箱体检修一个喷吹：0.49m/min
8	过滤风速(常压0.04MPa)	全风速：0.43m/min一个箱体检修一个喷吹：0.52m/min

包钢4#高炉煤气干法除尘系统主要由除尘器箱体及配套的灰斗、脉冲反吹系统、卸输灰系统、阀门、膨胀节、电气仪表及自动化控制装置等组成。高炉煤气经重力除尘和旋风除尘后，由荒煤气主管道分配到本发明的干法除尘系统各箱体7，进入中下部的荒煤气室，颗粒较大的粉尘由于重力作用而自然沉降进入下部灰斗中，颗粒较小的粉尘随煤气流向滤袋13，当煤气通过滤袋13壁并上升进入净煤气室时，粉尘被滤袋13壁阻留在滤袋13的外表面，煤气得到净化。净化后的煤气由净煤气总管输入到TRT系统推动透平发电机做功，然后再进入冷却塔降温，最后输入低压煤气管网。

除尘器箱体7为两排并联布置，垂直摆放，设计压力0.30MPa，为密封结构；其中部为圆筒状，壁厚16mm；其上部为标准椭圆形封头，壁厚为18mm，封头设有泄爆阀及煤气放散口各一个；其下部为支座及锥形灰斗，灰斗及箱体7直段下部第一带板，壁厚均为18mm；箱体7内由钢板11分隔为上下两部分，下部为荒煤气室(过滤室)，荒煤气进口设在荒煤气室中部的下端，用荒煤气支管与总管连通，荒煤气支管伸入箱体7内，在支管上方焊接气流分布板；上部为净煤气室，净煤气总管与其用支管连通；钢隔板11设在箱体7的荒煤气进口上方，其上均匀排布若干个圆孔，圆孔上安装滤袋13和文氏管12，滤袋采用耐高温、高负荷、高强度、使用寿命长的特种布料制作，为防止滤袋13被气流压扁，滤袋13内部衬有支撑骨架14，滤袋13与钢隔板11之间用接口压板10连接，过滤装置结构示意见附图2；箱体7上还设有检修人孔、人工取样口、吹扫口等。高炉煤气的过滤在荒煤气室内进行。箱体7下部的灰斗用来暂时储存反吹清灰落下的粉尘，形灰斗的锥角＜90°，为防止灰尘结露，灰斗上设蒸汽盘管，对灰斗进行加热保温，以防止因粉尘结块而影响排灰的正常进行。

除尘器进口处的煤气温度要求在120～260℃之间，短时间可允许320℃。当荒煤气温度过高(＞260℃)或过低(＜100℃)时，系统将自动关闭所有荒煤气进口蝶阀并自动打开荒煤气放散阀组，进行荒煤气放散，可有效控制高炉炉顶压力。

为了检测除尘效果，在各除尘器箱体7净煤气出口处装有煤气含尘量分析仪，可在线连续检测净煤气含尘量，以便及时发现滤袋是否破损。

包钢4#高炉荒煤气的含尘量一般为6～10g/m³左右，经滤袋13过滤除尘后，净煤气的含尘量降为≤8mg/m³，可以满足用户的要求。煤气的净化效率大于99.9％。

在正常情况(煤气压0.18Mpa)下，除尘系统的过滤风速为全风速，约0.41m/min；当一个箱体检修，一个箱体反吹清灰时，系统的过滤风速为0.49m/min。在常压状态(煤气压0.04Mpa)下，系统的过滤全风速约0.43m/min，一个箱体检修一个箱体反吹清灰时，系统的过滤风速为0.52m/min左右。

当除尘系统运行时，随着煤气不断流过，过滤过程不断进行，滤袋13外壁上的粉尘越积越多，过滤阻力不断增大。为了使除尘系统正常工作，需要对滤袋13外壁的积灰进行定期清除，因此，每个筒型箱体7内设计两套脉冲反吹系统，双列对称安装于滤袋13口上方，以满足除尘系统对反吹效果的要求。每套脉冲反吹系统安装脉冲阀5，每个脉冲阀5配一根喷吹管2，喷嘴1焊接在喷吹管2上，垂直向下正对滤袋12口中心；喷吹管2的一端与阀门3之间用法兰9连接，阀门3(常开)与脉冲阀5相连，脉冲阀5与控制阀6连接；脉冲反吹系统装配结构示意详见附图1。当阻力增大到一定值(或时间)时，脉冲阀5启动，进行脉冲反吹清灰。在过滤状态下进行反吹清灰时，荒煤气进口及净煤气出口的气动蝶阀均处于打开状态，氮气通过滤袋13上方的喷吹管2从喷嘴1向滤袋13口内实施动态脉冲反吹，将沉积在滤袋13外壁上的积灰吹落入下部灰斗中；也可以将箱体的所有进出口蝶阀关闭，进行离线清灰，其反吹方式同在线反吹清灰方式。反吹清灰可连续周期性进行，也可定时或定压差式的间歇进行。如果氮气系统出现故障，可采用净煤气反吹清灰，也可采用放散荒煤气反吹清灰。

当脉冲反吹介质为氮气时，压力为0.3～0.4Mpa，在脉冲反吹清灰时，脉冲阀5膜片的开启时间约为0.1S，在这一瞬间内喷出的高压氮气，形成高速脉冲气流8，从周围引入数倍于脉冲喷射气量的净煤气冲进滤袋13，致使滤袋13急剧膨胀，引起一次冲击振动，同时产生由里向外的逆向气流，由于冲击震动和逆向气流的作用，附着在滤袋13外壁上的粉尘被抖落，而嵌于滤布孔隙中的粉尘也被吹掉，滤袋13再重新投入使用。

当脉冲反吹介质为净煤气时，煤气压力为0.16Mpa左右；反吹时，箱体7的净煤气出口阀、荒煤气放散阀均打开，荒煤气入口阀、净煤气放散阀均关闭，并将净煤气手动闸阀打开，这时，大量的净煤气冲进滤袋13，以后发生的情况与氮气脉冲反吹情况相同。

脉冲(喷吹)时间为0.1～0.2S，脉冲(喷吹)间隔5～10S，脉冲(喷吹)循环周期一般为2.5～4小时(视荒煤气含尘量而定)。

被清理的灰尘落入灰斗，当灰斗中的灰尘累积到一定量(由料位计控制或由时间控制)时，卸灰球阀、卸料阀自动开启，灰尘经卸料阀卸入输灰管道，卸、输灰系统采用气动输送，由气动卸灰(上、下)球阀、气动钟形泄料阀、输灰管、大灰仓等组成。气动输送介质采用氮气或高压净煤气，设在输灰管道前端的两个气动球阀作为控制阀，用来选择用氮气还是高压净煤气作为输灰介质。氮气由10m³储罐供给，使用压力为0.2-0.5Mpa，消耗量约3000m³/h(输灰期间)；高压净煤气由一根煤气支管道从净煤气总管里面接入；净煤气与氮气互为备用，并设有气动球阀和手动盲板阀进行操作控制。用氮气(出现故障时用高压净煤气)将灰尘输送至大灰仓，大灰仓中的灰尘再卸入运灰汽车，然后由运灰汽车运出厂区。输灰介质经过滤后，残余气体(氮气或净煤气)通过出气口回收到低压管网(净煤气)或通过放散管放空(氮气)。

在荒煤气放散阀组前设置三偏心金属硬密封耐磨煤气蝶阀和全封闭电动插板阀，在荒煤气放散阀组后设置全封闭电动插板阀。关闭前后两个全封闭电动插板阀，可将荒煤气放散阀组从管道中隔开切出，进行维护或更换。

放散塔由三根放散管与支架组成，高60米。荒、净煤气放散总管和放散塔连接处分两层，荒煤气在上层，由三根放散管经荒煤气放散阀与放散塔连接；净煤气在下层，由三根放散管经净煤气放散阀与放散塔连接。

箱体7应进行整体保温，涂稀土高效憎水复合隔热保温膏，干燥后用镀锌铁皮进行裹覆保护，保温层厚度约40mm。

Claims (11)

1. 一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，由除尘过滤装置、煤气放散装置、自动控制装置及大过滤风速、氮气或净煤气脉冲反吹清灰、气动卸输灰工艺组成，其特征在于除尘过滤装置由大箱体和滤袋组成，大箱体为密封结构，其上部为封头，中部为圆筒状，其下部为支座及锥形灰斗；箱体内中部用钢隔板隔开，上部为净煤气室，下部为荒煤气室，煤气进、出口均安装自动煤气碟阀，在进气口上方安置气流分布板，钢隔板上均匀排布圆孔，圆孔上安装滤袋，滤袋内部安置文氏管并衬有支撑骨架；清灰系统由两套脉冲反吹装置组成，每套脉冲反吹装置安装脉冲阀，每个脉冲阀配一根喷吹管，一排喷嘴焊接在喷吹管下方，嘴口垂直向下正对滤袋口中心，喷吹管的一端与阀门之间用法兰连接，阀门与脉冲阀相连，脉冲阀与控制阀连接；锥形灰斗上设蒸汽盘管，对灰斗进行加热保温，下部依次安装卸灰上球阀、钟形泄料阀、卸灰下球阀、输灰管道，它们组成卸灰系统；输灰系统由输灰管道、大灰仓及闸阀连接组成。

2. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于大箱体为并联布置，垂直摆放。

3. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于滤袋为超长规格，采用耐高温、高负荷、高强度、使用寿命长的布料制作。

4. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于滤袋上方的脉冲反吹清灰装置为双列对称安装。

5. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于卸输灰系统的阀门均受气动控制。

6. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于灰斗卸灰操作由料位计或由时间定时器自动控制。

7. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于气体放散装置为新型放散塔，由三根放散管与支架组成，荒、净煤气放散总管和新型放散塔连接处分为上下两层，各由三根放散管道经煤气放散阀分别与新型放散塔连接，在煤气放散阀前后分别安装三偏心金属硬密封耐磨煤气蝶阀和全封闭电动插板阀。

8. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于箱体进行整体保温，以涂隔热保温膏或裹覆缠绕耐火绝热纤维制品为宜，干燥后用铁皮或金属、非金属薄板材料进行裹覆保护。

9. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于在正常情况下，除尘系统的过滤风速为全风速，约0.41m/min；当一个箱体检修，一个箱体反吹清灰时，系统的过滤风速为0.49m/min。在常压状态下，系统的过滤全风速约0.43m/min，一个箱体检修一个箱体反吹清灰时，系统的过滤风速为0.52m/min左右。

10. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于脉冲反吹清灰和气动卸输灰时，净煤气与氮气互为备用，用气动球阀和手动盲板阀进行操作控制，氮气使用压力为0.2-0.5Mpa，煤气压力为0.14-0.18Mpa。氮气系统出现故障，可采用净煤气反吹清灰，也可采用放散荒煤气反吹清灰。

11. 根据权利要求1所述的一种高炉煤气干法除尘装置与工艺，其特征在于实现了全程无水运行，省去水冷却装置，可防止荒煤气与冷却水接触而出现煤气灰尘含水糊滤袋的可能。

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