高炉煤气全干法除尘技术在首钢迁钢4000立方米高炉上的研究与应用

2019-03-11 19:03:00
高炉煤气是钢铁生产过程中主要的副产品,不仅数量大,而且利用价值也高,吨铁所产 煤气热量约合 160-200kg 标煤,是钢铁厂最重要的二次能源。出炉时因为含尘量多,必须 要净化处理,使含尘量降到 10mg/m3 以下才能有效地利用。高炉煤气布袋除尘技术具有节 水、节能、环保、减少占地和提高劳动生产率等一系列突出优点,已经被国家列为冶金行业 重点推广的“三干一电” (包括高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘、干熄焦和余压发电) 首项先进技术。高炉煤气干法布袋除尘技术在我国经历了 30 多年的发展,技术已经日趋成 熟,迄今为止已经广泛应用于国内多座大中型高炉。 虽然这项技术已经达到实用阶段,但在大型高炉上推广应用上还须要进一步创新和改 进。为此,国家科技部委派首钢国际工程公司作为承担单位,负责“十一五”国家科技支撑 计划项目中“特大型高炉煤气全干法除尘技术的开发”课题的研究,从工艺流程、煤气温度 控制、除尘器类型选择、工艺参数优化、含尘量控制与检测、煤气灰浓相和长距离输送、自 动化控制与检测、 系统的安全与防护等内容和参加单位共同进行项目的攻关工作, 并已取得 一系列成果。结合特大型高炉煤气干法除尘技术研发,由首钢国际工程公司主编的《高炉煤 气干法袋式除尘设计规范》国家标准(GB50505-2009)自 2009 年 12 月 1 日起正式颁布实 施。 该项国家标准的发布实施, 奠定了首钢国际工程公司在国内高炉煤气全干法除尘技术研 究应用领域的领先地位。 目前,首钢迁钢 4000m3 特大型高炉也采用高炉煤气全干法除尘技术,不设湿法除尘 备用系统,再次将煤气全干法除尘技术成功推广到 4000m3 级高炉,为世界钢铁行业节能 环保做出了突出贡献。 1 首钢迁钢 4000m3 高炉煤气干法除尘的技术研究背景 高炉冶炼时产生大量煤气,除尘通常分两级处理:先用重力或旋风除尘器进行粗除尘, 除去大部分粗颗粒后,再进行湿法或干法精除尘。 当时,国内外 4000m3 以上高炉绝大多数采用煤气湿法除尘,仅有日本少数高炉采用 反吹布袋除尘且均配置了湿法除尘备用系统,其干法除尘年作业率仅为 90%-93%,干法除 尘系统故障或高炉休风、 停开炉期间仍使用湿法除尘系统, 尚未完全摆脱对湿法除尘的依赖。 本项目启动前,国内采用煤气全干法除尘最大的高炉是首钢迁钢 2650m3 高炉,尽管 已经取得了成功经验,但很难将其技术直接放大应用在 4000m3 大型高炉上。 高炉煤气湿法除尘技术是传统工艺, 尽管国内外都进行了诸多改进和完善, 但仍存在诸 多严重的技术缺陷,主要表现在: 1)煤气湿法除尘需要大量水作为清洗煤气的介质,水资源消耗大,一般每立方煤气循环 水量为 3-4L,4000m3 高炉煤气湿法除尘系统的循环水量约为 2040-2720m3/h,必须补 充的新水量为循环水量的 5%-8%,从根本上无法摆脱对水资源的依赖; 2)系统庞大复杂,能源动力消耗大,设备检修维护量大。传统湿法除尘的洗涤塔、文氏 管、环缝式除尘器、污水处理系统、提升泵站等一系列设施使工程投资大、占地面积大; 3)煤气处理过程产生的二次污染和污泥对环境造成破坏。洗气污水中含有大量悬浮物、 氰、酚类、重金属离子等有害化合物,污泥、污水无法实现“零排放”; 4) 煤气含尘量较高,温度低、热值低,能源转换效率和 TRT 发电量比干法除尘低 35%-40%。 高炉煤气采用干法除尘是炼铁技术发展的方向。国内外近 30 年来进行了电除尘、反吹 风大布袋除尘、低压脉冲布袋除尘等各种探索和实践,首钢在该技术领域一直走在前列,从 厂区的反吹风大布袋除尘开始,到首钢国际工程公司在中小高炉上发展低压脉冲布袋除尘, 直到 2004 年首秦 1200m3 高炉成为业内当时投产的规模最大的全干式脉冲布袋除尘大型 高炉后, 在该技术领域内首钢一直处于领先地位。 但如何实现全干法脉冲布袋除尘在特大型 高炉上高效长寿、节能低耗、安全稳定运行是本项目必须重点攻关解决的问题。 2 首钢迁钢 4000m3 高炉煤气干法除尘系统主要技术特点 首钢迁钢 4000m3 高炉采用煤气全干法脉冲布袋除尘技术,达到国际领先水平。该系 统采用国际先进的三维协同设计软件进行三维设计, 体现了设计的现代化和精准化; 除尘器 采用先进的应力和多维度流场分析, 使其设备运行安全稳定可靠; 系统自动化监测与控制达 到先进水平,大大减少了岗位定员和运行成本;煤气管道综合防腐蚀技术的应用,提高了该 项技术的运行寿命和使用效率。 2.1 除尘器的高效、集约化研究 高炉煤气干法除尘系统的除尘器箱体是干法系统的主要设备之一,对于确保系统的安 全、稳定运行有着重要作用。除尘器箱体直径的大小关系到干法除尘系统的整体布置。 为减少系统占地面积、布置美观,首钢迁钢特大型高炉干法除尘系统按双列布置,在过 滤面积充分满足高炉煤气过滤、 除尘器箱体数量充分满足生产维护检修的前提下, 除尘器箱 体采用大直径长袋双侧反吹技术。在减少占地面积的同时,减少了除尘器箱体的个数、除尘 器箱体进出口的阀门,减少了生产人员巡检区域和设备维护量。 图 1 除尘器壳体结构应力分析 图 2 除尘器关键界面速度场分布 通过对除尘器壳体进行应力分析(见图 1),研究除尘器结构的局部薄弱点,进行局部调 整降低应力集中,提高设备安全与稳定性。除尘器箱体内部采用特殊的导流结构,使得除尘 器箱体煤气气流分布均匀,降低了流速(见图 2),大大减少了滤袋异常破损的发生。 2.2 滤料过滤性能研究 滤袋是干法除尘的核心元件,决定了煤气质量是否合格,过滤风速高低、抗高温能力、 抗低温结露性能、使用寿命长短以及成本如何等,可以说只要保持滤袋安全正常工作,干法 除尘生产就基本正常,所以滤袋性能研究非常重要。 高炉煤气干法除尘现在采用的滤料多为 NOMEX 和玻纤复合等两种主要类型。根据这 两种基本滤料,进行不同生产厂商产品的 VDI3926 滤料对比试验。 VDI3926 是由德国工程师协会制定,为评估滤料的过滤性能提供标准的测试方案。根 据已有工程中使用的 NOMEX 和玻纤复合滤料样品, 通过 VDI3926 试验对比两种滤料的性 能(见图 3)。 图 3VDI3926 滤料对比试验结果 通过实验结果对比,NOMEX 滤料压力损失和运行阻力均较小,清灰周期稳定,具有更 好的过滤性能。从滤料的价格和使用温度来说,玻纤复合滤料更占有一定优势,根据试验数 据并结合已进行的工业试验,最后选取 NOMEX 化纤滤料应用到本工程。 2.3 高炉煤气管道防腐研究 近几年,煤气干法除尘系统开始在国内大高炉上推广普及,但是由于对煤气中 HCl 等 酸性气体的存在缺少认识,因此,大型高炉煤气除尘在由湿法向干法转型期间,很多都没有 充分考虑到由酸性气体带来的严重腐蚀现象。另外,高炉原料越来越多地使用进口矿,进口 矿尤其是澳矿中氯元素含量普遍高于地方矿,导致高炉煤气中的 HCl 含量更高,这也是大 高炉干法系统腐蚀严重的重要背景条件。据了解,国内济钢、莱钢、太钢、韶钢、首秦等企 业的高炉干法煤气系统都普遍存在腐蚀问题。腐蚀问题在首钢迁钢 2 号 2650m3 高炉上也 尤为突出。 首钢国际工程公司在迁钢 2 号高炉中进行喷水喷碱液工厂试验,并进行多种防腐蚀涂 料的实验室实验,深入分析腐蚀原因,找出相应的解决方法与措施。 喷碱工厂试验装置实施后, 对煤气冷凝水及系统腐蚀情况进行跟踪和进一步分析后, 优 化工艺参数与结构,并进一步在迁钢工程中实施应用。 高炉煤气管道内防腐及喷碱除氯装置随首钢迁钢 4000m3 高炉同步建设,并投入运行。 随着高炉生产情况调整喷碱除氯装置运行参数。目前高炉煤气冷凝水 PH 值均大于 6.5,运 行效果良好,有效遏制了管道及设备的腐蚀。 3 首钢迁钢 4000m3 高炉煤气干法除尘技术经济效益和应用前景 首钢迁钢 4000m3 高炉干法除尘自 2010 年 1 月投产一年多来, 尚无滤袋更换, 净煤气 出口含尘量稳定在 5mg/m3 以下。相对湿法而言,干法除尘可以省掉几乎全部水电。和同 级别的高炉湿法除尘相比,首钢迁钢 4000m3 高炉干法除尘每年可以节约循环水量约 2000 万 t,节约新水约 100 万 t,节电 1600×104kWh,大大减少了运行费用;采用煤气干法除 尘技术,TRT 出电已达到 50kWh/t,比煤气湿法除尘增加发电量 30%以上,每年干法除尘 比湿法除尘多发电约 4500×104kWh;此外还可以省去污泥、污水处理费用等。 对于特大型高炉,由于高炉容积大,炼铁工艺生产更加稳定,平稳的炉顶压力和煤气温 度为全干法除尘工艺系统顺行创造了更好的外部环境。 而特大型高炉煤气采用全干法除尘工 艺,其效益更加显著,是值得大力推广的工艺技术。
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