高炉煤气除尘.docx

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高炉煤气除尘

目　　录

1.4布袋除尘器的工作原理..................................................................................2

摘要

分析了高炉煤气除尘的意义，指出高炉煤气必须除尘，重力除尘器是高炉煤气除尘系统中使用最普遍的，煤气经重力除尘器进行粗除尘后，进入精除尘设备进行精除尘，这里讨论的是具有节电，节水，治理环境污染等优点的布袋除尘设备。

此外还研究了高炉煤气布袋除尘设备的发展趋势、工艺流程、监控系统以及清灰方式比较了高炉煤气布袋除尘采用外滤氮气反吹与采用大布袋内滤式相比的优越性。

指出高炉煤气布袋除尘应优先采用外滤氮气反吹。

自布袋除尘系统投入运行以来，测得净煤气含尘量在10mg／m3以下，除尘效率达99%以上。

布袋除尘系统从根本上消除了煤气洗涤水所带来的环境污染问题。

采用布袋除尘后，净煤气质量提高，可扩大煤气用户，减少排放量，降低煤气放散污染。

同时，由于该系统成功地实现了湿式卸灰，消除了因卸干灰造成的二次扬尘污染，为布袋灰的综合利用带来极大方便。

关键字：

高炉煤气布袋除尘清灰方式大布袋内滤式外滤式氮气反吹

引　　言

高炉煤气布袋除尘系统是近些年发展起来的新工艺。

它的优点是工艺简单，不消耗水，没有水质污染的问题。

它的除尘效果较稳定，净煤气含尘量能经常保持在10mg/m3以下，并不受高炉煤气压力与流量波动的影响。

它存在的问题是要求严格控制煤气在布袋入口处的温度，并且出口处的煤气温度仍较高。

从炉顶排出的煤气一般含CO215%-20%,CO20%-26%,其发热植大于3200KJ/ｍ3。

装入高炉的焦碳等燃料的热量约有三分之一通过高炉煤气排出。

因此,将高炉煤气作为钢铁厂能源的一个部分充分加以利用,在经济上十分重要。

一般将高炉煤气或者单独使用,或者和焦炉煤气掺和使用,作为热风炉、焦炉、加热炉、发电厂锅炉的燃料。

从炉顶排出的高炉粗煤气含有10-40g/m3的粉尘，具体数值取决于炉料中的粉料率和炉顶压力、煤气流速、使用富氧等情况。

必须通过一组除尘设备把高炉粗煤气的含尘量降到5-10mg/m3以下，才能送往用户使用。

高炉煤气除尘系统的设备有多种，但从整个系统运行的情况来看，布袋除尘在除尘效率、节水、节电、治理环境污染等方面表现出了湿气除尘无可比拟的优越性。

国内外高炉煤气的清灰方式不外乎两种,一种为利用净化后的高炉煤气加压反吹清灰即反吹式袋式除尘器,另一种为利用氮气或加压煤气脉冲清灰的低压长袋脉冲除尘器。

布袋除尘外滤式系统与氮气反吹相结合是一种最佳的组合，是一个完善的除尘方式，值得大力推广利用。

1煤气除尘主要设备

1.1高炉煤气除尘的意义和目的

高炉冶炼过程中，从炉顶排出大量煤气，其中含有CO、H2、CH4、等可燃气体，可以作为热风炉、焦炉、加热炉等的燃料，但是由高炉炉顶排出的煤气温度很高，标态含有的粉尘多，如果直接使用，会堵塞通道，并且引起热风炉和燃烧器等耐火砖衬侵蚀破坏。

因此，高炉煤气必须除尘。

从高炉炉顶排除的煤气一般含二氧化碳15%-20%，一氧化碳20%-26%。

焦碳等燃料的热量，约有1/3通过高炉煤气排除。

因此，将高炉煤气作为钢铁厂能源的一个部分加以充分利用。

但从炉顶排除的粗煤气中每立方米含有10-40g，必须把它除去，否则煤气就不能很好地利用。

1.2除尘设备的分类

按除尘方法，除尘设备可分为如下几类：

（1）干式除尘设备

（2）湿式除尘设备

（3）电除尘设备。

按除尘后煤气所能达到的净化程度，除尘设备分为三类：

（1）粗除尘设备

（2）半精细除尘设备

（3）精细除尘设备。

煤气净化主要设备：

（1）重力除尘设备

（2）洗涤塔

（3）文氏管

（4）静电除尘器

（5）干式布袋除尘器。

１.3重力除尘器

重力除尘器在高炉煤气除尘系统中用的最普遍．重力除尘器是借助于粉尘的中立沉降，将粉尘从气体中分离出来的设备。

粉尘靠重力沉降的过程是烟气从水平方向进入重力沉降。

在气体流速基本固定的情况下，重力除尘器设计得越长，越有利于提高除尘效率，但通常不宜超过10m长。

除尘器的进入管可以是带扩张的喇叭口形的，也可以是直的．对于中小型的选用带喇叭口的。

这里有一种使用于干式除尘的重力除尘器。

它包括除尘器筒体和中心喇叭管，其特征在于：

在除尘器筒体和中心喇叭管的壁上装有挡灰翘片，增加对灰粒的阻挡效果，从而提高除尘效率，此外加大重力除尘器的直径，加大直段高度，使气流速度进一步降低，停留时间加长，也增加了清灰效率，除尘效率提高，使布袋除尘器灰量降低，有利于干法除尘工作。

但过分增大尺寸，不但增大设备投资，并受到空间限制，还不能显著提高除尘效率。

煤气经重力除尘器进行粗除尘后，进入精除尘设备进行精除尘，这里我们讨论具有节电，节水，治理环境污染等优点的布袋除尘设备。

1.4布袋除尘器工作原理

    含尘气体由灰斗上部进风口进入后，在挡风板的作用下，气流向上流动，流速降低，部分大颗粒粉尘由于惯性力的作用被分离出来落入灰斗。

含尘气体进入中箱体经滤袋的过滤净化，粉尘被阻留在滤袋的外表面，净化后的气体经滤袋口进入上箱体，由出风口排出。

 随着滤袋表面粉尘不断增加，除尘器进出口压差也随之上升。

当除尘器阻力达到设定值时，控制系统发出清灰指令，清灰系统开始工作。

首先电磁阀接到信号后立即开启，使小膜片上部气室的压缩空气被排放，由于小膜片两端受力的改变，使被小膜片关闭的排气通道开启，大膜片上部气室的压缩空气由此通道排出，大膜片两端受力改变，使大膜片动作，将关闭的输出口打开，气包内的压缩空气经由输出管和喷吹管喷入袋内，实现清灰。

当控制信号停止后，电磁阀关闭，小膜片、大膜片相继复位，喷吹停止。

2布袋除尘设备

从整个系统的运行情况来看，布袋除尘在除尘效率、节电、节水、治理环境污染等方面表现出了湿气除尘无可比拟的优越性。

设计中的一些新的成功之处得到了充分的证实。

布袋除尘系统有布袋除尘器组、煤气加压机站、仪控室和输灰系统等设施组成。

2.1工艺流程

荒煤气经重除尘器初步净化后进入布袋除尘器进行精除尘，在滤袋连续不断净化煤气过程中，滤袋内壁的灰尘逐渐加厚，当滤袋内外煤气压差达到指定值时，开始反吹，反吹采用氮气反吹，氮气反吹即以工厂里的富裕氮气为反吹气源，在布袋除尘系统的前部设有储气罐，在布袋箱体外部设分汽缸，分汽缸上对每一列滤袋装一反吹管，通过脉冲控制仪控制各反吹管上的电磁阀对箱体内的滤袋进行逐列反吹。

捕集的灰依次经叶轮给料机卸入埋刮板输送机内，由埋刮板输送机经斗式提升机送至灰仓中，最后经卸灰机加湿后卸入汽车内，由汽车送往烧结厂作为烧结原料，过滤后的净煤气进入净煤气管网。

2.2设计参数及技术特性

1）设计参数

（1）一座高炉煤气发生量：

4．5～5万m3／h（标况）

（2）高炉炉顶的正常温度：

325℃；最低温度：

280℃；最高温度：

413℃，炉顶煤气压力：

0．015～0．020MPa；

（3）重力除尘器后荒煤气含尘量：

5～12g／m3；

（4）重力除尘器后粉尘的堆比重：

0．45g／cm3。

2）主要技术特性

（1）型式：

下进气、内滤气、反吹清灰；

（2）箱体个数：

7个（单炉）；

（3）箱体规格：

Ф3316mm×14527mm；

（4）每个箱体滤袋条数：

44条；

（5）布袋材质及规格：

无碱玻璃纤维、Ф250mm×8000mm；

（6）每个箱体过滤面积：

76．4m2；

（7）过滤负荷：

25．85m3／（m2/h）；

（8）有一个箱体反吹时，过滤负荷：

30．16m3／h；

（9）反吹方式：

加压反吹、事故放荒反吹；

（10）卸灰设备：

三阀二斗式；

（11）输灰设备：

埋刮板输送机、斗式提升机、缓冲灰仓、卸灰机。

2.3除尘效果及效益分析

2.3.1除尘效果

自布袋除尘系统投入运行以来，测得净煤气含尘量在10mg／m3以下，除尘效率达99%以上。

2.3.2效益分析

（1）节电：

一座300m3高炉布袋除尘系统较原湿式除尘日节电4954kW/h，年节电1734250kW/h。

（2）节水：

布袋除尘系统较湿式除尘系统每年节约新水28.4万t。

（3）节焦：

布袋除尘后净煤气不含机械水、含尘量低，可提高高炉煤气理论燃烧温度，能提高热风炉热效率2％～3％，使热风温度提高40～90℃而达到节焦目的，节焦量8～10kg／t铁。

一座300m3高炉年节焦1610t。

（4）潜在效益：

净煤气质量提高后，可减轻热风炉格子砖渣化现象，延长一代炉龄。

2.4设计中一些新的成功之处

1）输灰系统中，采用埋刮板输送机输灰

　　　由于高炉布袋灰的比重轻、粒度细、流动性好，目前我国的高炉煤气布袋除尘系统一般采用螺旋输送机来输灰，但螺旋输送机单位动力消耗大、吊轴和轴瓦极易磨损、安装精度要求较高、检修和维护量大，在输送距离长的时候，情况变得更坏。

为此，在设计选型时，选用了埋刮板输送机。

实践证明，输灰效果较理想，采用埋刮板输送机后，明显地克服了螺旋输送机的缺点，大大减少了日常的检修的维护量。

在实际选型过程中，要特别注意所输送物料的堆比重。

若计算用的堆比重值比实际值大，表面上看所选的刮板机输送能力没问题，但从体积上讲则相对不足。

应按小时流量选取，以免涨箱。

　　2）采用卸灰机加湿卸灰，成功地解决了“二次扬尘”污染问题

　　为减轻和消除卸干灰时造成的“二次扬尘”污染，输灰系统中增设了一台卸灰机，干料在卸灰机内通过喷水、搅拌等作用变为均匀而潮湿的物料从出口排出，达到防止“二次扬尘”的目的。

　　设计时，根据该机的特点在其上方增设了缓冲灰仓，使得进入卸灰机的料流连续而均匀，从而达到控制灰量的目的。

　　实践表明，经卸灰机出来的灰用手一抓是一个团，松手掉到地上又散开，说明喷水控制恰到好处，基本上解决了“二次扬尘”污染问题。

　3）本系统设置了可编程控制器（简称“PC”机）用于反吹自动控制，同时配置了手动执行机构，可使反吹实现自动控制，半自动控制和手动控制。

3布袋除尘设备的清灰方式

国内外高炉煤气的清灰方式不外乎两种,一种为利用净化后的高炉煤气加压反吹清灰即反吹式袋式除尘器,另一种为利用氮气或加压煤气脉冲清灰的低压长袋脉冲除尘器。

两种除尘设备的使用各有优缺点,但对于大中型高炉,由于脉冲除尘器具有滤速高、清灰强度大的优点,为降低工程投资应首选脉冲除尘器,但在设备订货时应对脉冲阀及膜片从严要求,选择质量过关的企业,以减少氮气的用量,避免煤气热值降低。

3.1氮气反吹方式的选择

高炉煤气布袋除尘原多采用大布袋内滤式系统。

反吹方式也有多种类型，各种反吹方式各有千秋，效果不一。

综合现阶段使用的反吹方式有如下几种：

1、采用煤气加压风机加压反吹；2、采用罗茨风机加压，蓄能反吹；3、调压反吹；4、放散反吹等。

随着对高炉煤气布袋除尘方式、滤袋制造加工技术及反吹方式的研究深入，越来越多的企业在进行布袋除尘系统设计时，采用外滤式布袋除尘系统。

反吹方式也大多采用氮气反吹。

3.2高炉煤气布袋除尘的两种方式比较

布袋除尘按其过滤方式可分内滤和外滤两种形式，按其进气方式可分为上进气和下进气两种方式。

其相互组合可以组合成四种过滤方式。

分别为：

上进气内滤式；上进气外滤式；下进气内滤式；下进气外滤式。

由于采用上进气时，除尘灰的下落方向与净煤气的流向相同，灰尘易产生返流，由气流再次带入净煤气管中，造成净煤气含尘浓度增高，所以，煤气除尘时极少采用上进气。

大多采用下部进气方式，即下进气内滤式；下进气外滤式。

下进气内滤式的箱体结构为，箱体上部为布袋吊挂，下部为花格板。

上下配有检修入孔。

滤袋的安装方式为：

上端绑扎在上滤袋帽上，下部绑扎在花格板的下滤袋帽，上滤袋帽吊挂在上滤袋架上，滤袋靠上滤袋帽和滤袋吊架之间的弹簧张。

下进气外滤式的箱体结构为，箱体上部为花格板，下部为检修平台。

上下配有检修入孔。

滤袋的安装方式为：

滤袋靠袋口上的弹簧支撑撑挂在上花格板的孔上，滤袋内设滤袋架支撑滤袋，滤袋靠重力下垂，过滤时靠气流压力压紧在滤袋架上，本文仅讨论下进气两种方式的合理性。

下进气外滤式与内滤式的合理性比较：

1）采用外滤时，滤袋靠滤袋纤维自身张力来保证滤袋之间空隙的大小，过滤效果与滤袋的吊挂的张紧情况及滤袋纤维本身的质量情况有关；内滤时，滤袋内部有滤袋架，对滤袋起支撑作用，将滤袋分割成滤袋骨架之间的小的范围，滤袋仅在骨架之间的小范围内受力，非周边弹性受力，滤袋间隙变化较小，过滤效果受滤袋纤维的弹性影响很小，滤袋容尘使滤袋受力较小，相应的滤袋的自身变形较小；

2）采用外滤式系统时，一般选用小滤袋，与内滤式选用大布袋相比，小滤袋圆周方向长度较短，使得由于滤袋纤维弹性拉伸而产生的圆周方向滤袋变形较小，减小了滤袋的变形，促进了过滤效果的提高；

3）由于对外滤式系统的多方研究，外滤式系统与内滤式系统相比，其滤袋吊挂方式有了很大的改进，滤袋的吊挂变的很方便，更换滤袋变的简单、易行，劳动强度大为减轻；

4）采用内滤式除采用弹簧式吊挂外，还要在系统中间不断的调整滤袋的松紧程度。

采用外滤式时，滤袋则过滤气流的压力紧压在滤袋架上，系统运行时，不再需要调整滤袋松紧；

5）更换滤袋时，外滤式系统一般只在箱体上部净煤气空间中工作，工人基本不接触灰尘，工人的工作环境状况大为改善；

6）内滤式系统滤袋靠弹簧张紧滤袋，作用力较大，反吹时需要较大的反吹力。

而外滤式系统滤袋的垂直作用力只有滤袋自身的张力，滤袋靠过滤气流的作用力压贴在滤袋骨架上，反吹时只需少许力，就能使滤袋产生变形，从而使清灰变的较为容易；

7）外滤系统在清灰时，由于滤袋较小的变形即可达到较好的清灰效果，所以反吹时对滤袋反吹力较小，滤袋上的灰膜能得到较好的保持，滤袋的过滤效率在反吹前后不会有非常大的变化，系统过滤效率基本稳定不变；

8）采用内滤式布袋除尘系统，滤袋的检漏比较困难，一般都只能检测出某个箱体泄漏，而检不出具体是箱体内那一个布袋泄露，检查箱体内滤袋的破损情况只能靠进入箱体对滤袋逐一进行检查。

而采用外滤式布袋除尘系统可采用在箱体上部无尘空间，检查反吹管上是否沾有灰尘来确定滤袋的破损情况；

9）外滤式布袋除尘系统采用小直径滤袋，使得单个箱体内可以容纳更多的滤袋，同样情况下，比内滤式布袋除尘系统单位箱体的过滤面积有所提高；

10）采用外滤式布袋除尘可以将过滤风速提高一倍以上，减少整个除系统的设计过滤面积，减少箱体的设计数量，减少系统的占地面积，可以减少系统的建设投资效的1/3。

3.3内滤式布袋除尘反吹方式及优缺点

在内滤式布袋除尘的设计和运行中上述几种反吹方式各有设计、运用，使用时各有千秋。

1）采用煤气加压反吹时，需要选择一个比较大的煤气加压风机，对煤气进行加压，经加压后的煤气由管道经阀门送入箱体对布袋上的灰尘能够进行反吹。

反吹过程中，净煤气管道、荒煤气管道、反吹管道上的阀门，需要交替切换。

而且由于荒煤气含水较多，经加压后的煤气水份凝结，反吹造成凝结水沾在滤袋上，久之使得灰尘板结在滤袋上，影响滤袋的使用寿命和过滤效率。

2）采用调压反吹系统能较好的解决系统的反吹问题，但反吹时受炉顶压力的影响较大，所以反吹效率要受高炉操作的左右。

3）放散反吹时，虽然也能够解决滤袋的反吹问题，但造成煤气对环境的污染和能源的浪费。

4）蓄能反吹，较好的解决了系统的反吹问题，它通过罗茨风机加压煤气，将加压后的煤气送入反吹系统中的蓄能罐，再由管路系统送入箱体进行反吹，单在内滤式布袋除尘系统中，反吹是针对一个箱体进行的，反吹效果受罗茨风机选型、蓄能罐容积大小、蓄能罐压力影响较大。

在外滤式布袋除尘系统设计中，各厂考虑到有富裕氮气的实际情况，均采用氮气反吹。

氮气反吹即以工厂里的富裕氮气为反吹气源，在布袋除尘系统的前部设储气罐，在布袋箱体外部设分汽缸，分汽缸上对每一列滤袋装一反吹管，通过脉冲控制仪控制各反吹管上的电磁阀对箱体内的滤袋进行逐列反吹。

采用这一反吹系统有其独特的优势：

1）综合性钢铁企业基本都有制氧厂，都有富裕的氮气，采用氮气反吹有利于更好的进行资源的综合利用，提高能源的利用效率；

2）不需要再考虑反吹气源煤气加压机的建设，简化系统设计，节约系统的建设投资；

3）氮气系统压力稳定，容易调节，可以根据需要调整压力的大小，有利于提高滤袋的使用寿命和系统的反吹效果；

4）脉冲反吹控制技术已经很成熟，采用此技术易于实现全自动控制或微机控制，整个除尘系统不需要控制人员，只有巡检人员即可，减少岗位定员，进而减少系统的运行费用。

5）反吹管上的电磁阀处于无尘环境中工作，其工作寿命大大延长，可以降低系统的运行成本。

6）氮气反吹只需要少量的氮气，不会对煤气的质量、煤气的燃烧值有很大的影响。

由上可以看出，布袋除尘外滤式系统与氮气反吹相结合是一种最佳的组合，是一个完善的除尘方式，值得大力推广利用。

4高炉煤气布袋除尘监控系统

4.1布袋除尘监控系统的要求

高炉煤气是钢铁企业的重要副产品和重要能源成分。

高炉煤气中含有大量的灰尘，除尘装置的技术性能对高炉煤气的质量有直接的影响。

系统需求差压检测和氮气反吹是布袋除尘的关键环节，要求差压检测具有较好的实时性和较高的精度，反吹控制具有较好的快速性和灵敏性，能完成毫秒级的动作。

控制系统还要检测煤气管道各处的压力和温度、储气罐的压力和温度、灰斗灰量等参数，控制阀门、压缩机、风机等设备，并对系统故障进行报警。

布袋除尘装置位于炼铁高炉旁，风吹日晒，温度高、灰尘重，要求现场安装的控制设备具有较高的环境适应性。

图4-1监控系统工作界面

系统由管理计算机、测量前置机、控制前置机组成。

压力、温度等模拟信号经变送器转换为标准信号，由A415前置机采集；阀门和开关状态由D130前置机采集；阀门等设备动作由D2620SD前置机控制。

D2620SD数字量前置机有6个输入通道和20个输出通道，输出通道为隔离的直流固态开关，负载电流3A，负载电压DC48V，动作时间为5ms。

管理计算机安装于控制室，测控前置机露天安装于布袋除尘本体的工作平台。

4.2性能特点

操作人员在控制室可以监视所有布袋的工作情况，可以对布袋的动作进行控制。

监控软件用VB编写，具有数据显示、流程图显示、故障报警、报表打印等功能。

氮气反吹控制有差压控制、定时控制和人工控制三种方式，适应各种工作情况。

结论

高炉煤气应用布袋除尘技术具有净煤气含尘量低、温度高、含水量少等特点；自布袋除尘系统投入运行以来，测得净煤气含尘量在10mg／m3以下，除尘效率达99%以上，并且实践证明，高炉煤气布袋除尘系统输灰效果较理想，采用埋刮板输送机后，明显地克服了螺旋输送机的缺点，大大减少了日常的检修的维护量。

同时高炉煤气应用布袋除尘技术具有节约能源、改善环境，产生很好的经济效益和社会效益。

此外，氮气反吹控制有差压控制、定时控制和人工控制三种方式，适应各种工作情况；布袋除尘外滤式系统与氮气反吹相结合是一种最佳的组合，是一个完善的除尘方式，值得大力推广利用。

参考文献

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[4]严允进.炼铁机械.北京：

冶金工业出版社，2001.

[5]王平.炼铁机械.北京：

冶金工业出版社，1997.

致谢

这次设计是在我的导师曹春雷老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。

他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从课题的选择到项目的最终完成，曹老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。

在此谨向曹老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

大学的三年是我第一次远离父母，离开家才感到父爱、母爱的珍贵，感谢他们对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。

在此向他们道一声：

你们辛苦了！

学友情深，情同手足，三年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，感谢他们在生活上和学习上都给了我巨大的帮助，在这次设计中更是体现了集体的力量，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。