钢铁企业煤气除尘技术

2019-03-11 19:03:00
煤气除尘技术 1.概述 1.1 煤气是一种有回收价值的能源 1.2 煤气的回收利用现状 1.3 煤气除尘技术的进步 2.高炉煤气除尘技术 2.1 高炉煤气湿法除尘技术 2.2 高炉煤气湿法除尘工艺流程 2.3 高炉煤气干法除尘技术 2.4 高炉煤气干法除尘工艺流程 3 转炉煤气除尘技术 3.1 转炉煤气湿法除尘技术 3.2 转炉煤气湿法除尘工艺流程 3.3 转炉煤气干法除尘技术 3.4 转炉煤气干法除尘工艺流程 1.1 煤气是一种有回收价值的能源 高炉煤气(简称 BFG)是高炉冶炼过程中产生的一种副产品。正常冶炼时,吨 铁发生量约为 1400~2000Nm3,压力 0.05~0.25MPa,温度 150~300℃,BFG 中 CO 占 20~30%, 占 2~5%, H2 热值 3000~3800kJ/Nm3。 含有丰富的物理能、 化学能,极具回收价值。 转炉煤气是一种热值比高炉煤气还要高的气体能源, 其中 CO 含量最高可达 75%。如果把转炉煤气弃之为废,直接排放的大气中,会对环境造成严重污染。 但是,通过操作可以人为回收,使之变废为宝,尤其是在能源紧张的今天,转炉 煤气进行回收和再利用是企业节能降耗、 降低成本、 提高效益的重要手段和措施, 也是大型钢铁企业保护环境、节约能源应尽的义务和责任。 按 2006 年统计,我国现有高炉 1250 座,年产生铁约 4 亿吨,其中 1000m3 以上为 120 座,产量占 40%,可见中小型高炉仍占较大份额。 1.2 煤气的回收利用 我国现役高炉煤气的发生总量约计 7.0× 1010Nm3/a,大都设有处理回收装 置,但回收利用率差异较大,如宝钢等新建大高炉大于 99%,包钢等大部分中型 高炉大于 90%,仍有不少中小型高炉只达到 70~80%。 1.3 煤气除尘技术的进步 传统的 BFG 湿法净化流程存在占地大、 能耗高、 净煤气质量差等问题。 1912 年德国首创 BFG 袋式干法除尘技术(简称 BDC),50 年代在欧美发达国家推广应 用。 年代日本住友金属引进德国专利, 70 与日立造船联合进行二次开发, 1982 于 年在小仓钢厂 1850m3 高炉建成以化纤针刺毡滤袋和净煤气加压反吹清灰为特征 的 BDC 装置,投入生产性运行,并获得迅速推广。据日本钢联对 58 座大中型现 役高炉调查,采用全干法袋除尘的有 11 座,干湿两用的有 29 座,两项合计约占 70%。其中不乏 5000m3 级的大高炉。 与以二文为特征的湿法流程相比,BDC 具有多种优越性: (1)具有高效而稳定的净化效能,净煤气含尘量低于 5mg/Nm3,提高 BFG 的 品质和热值; (2)充分利用 BFG 的压力能、热能,提高 TRT 发电量 30~50%; (3)从根本上免除了瓦斯泥和污水处理的庞大设施及其对环境的污染; (4)节地 40~50%,节水 80~90%,节省投资 30~40%,节省运行能耗 70~ 80%,通常在项目投运 1~2 年内即可回收全部投资,环境经济效益十分显著。 2.高炉煤气除尘技术 高炉炼铁产生的煤气从炉顶管道引出, 其温度一般在 1500C~3500C,含尘浓 度一般在 40~100g/Nm3,含有大量的 CO、 H2、 CH4 等可燃气体, 可作为热风炉、 焦炉、 加热炉等的燃料。 目前国内外高炉煤气除尘所采用的工艺按是否使用洗涤 水分为干式和湿式两大类。常用的干式除尘器有重力除尘器、旋风除尘器、布袋 和静电除尘器:湿式除尘器有 R 型可调喉口文特里洗涤器(R—ty9e Venturi Scrubber)和环缝洗涤器(Annular Ga 口 Scrubbe)两种。 高炉炉顶煤气精除尘的方式有干式除尘和湿式除尘。 干式除尘具有除尘效率 高、无污水排放造成环境污染、煤气显热高、系统阻损低,对配备炉顶余压发电 装置(TRT)可增加发电量 30%一 40%等优势, 这是能源紧张的日本在一些大型高 炉上采用干式除尘的主要出发点。 湿式除尘是利用雾化后的液滴捕集气体中的尘 粒,同时冷却气体,但需要专门设置污水的处理设施。高炉煤气全干法除尘技术 具有能源高效回收,高炉煤气发热值提高 6%;节约投资 1/3,除尘灰实现直接 利用等优点。 高炉煤气粗除尘设备一般采用惯性除尘方法,即利用尘粒的惯性(重力或离 心力)特性将固体颗粒从气体中分离出来,效率约 45%一 85%。高炉煤气干式布 袋除尘技术在我国开发较早,发展很快,目前国内 350m3 级以下高炉煤气除尘 90%以上是采用布袋除尘系统,如韶关钢铁公司 5 座 350 m3 高炉,涟源钢铁厂 5 座 300 m3 级。高炉,成都钢铁厂 2 座 300 m3 级高炉等布袋除尘系统达到了正 常生产水平,获得了节能、节水、节约生产费用的效果。韶关钢铁公司 6 号高炉 (750 m3),煤气除尘,采用了单一的全干法国产化布袋除尘技术,没有备用湿法 除尘系统。2002 年 12 月投产以来,运行效果较好,该项目的成功,对我国大中 型高炉煤气布袋除尘的推广与发展具有深远的意义。 国内大型高炉(炉容 1000 m3 一 2000 m3)煤气除尘采用布袋除尘技术也有进一步的发展,如太钢、攀钢、首 钢等高炉布袋除尘器经过改进和完善,运行效率大辐度提高。攀钢 4 高炉原设计 采用的是湿式双文系统,后于 1996 年在保留原湿式双文系统的基础上,并联了 一套布袋除尘系统并配套了相应的干式 TRT。 2.1 高炉煤气湿法除尘技术 高炉煤气湿法除尘原理: 湿法除尘是利用雾化后的液滴捕集气体中的尘粒同 时冷却气体。常用的湿式除尘器有 R 型可调喉口文特里洗涤器(R—ty9e Venturi Scrubber)和环缝洗涤器(Annular Ga 口 Scrubbe)两种。 湿式除尘是利用雾化后的液 滴捕集气体中的尘粒,同时冷却气体,但需要专门设置污水的处理设施。 它采用洗涤塔—文氏管—脱水器系统, 或一级文氏管—脱水器—二级文氏管 —脱水器系统。 高压高炉还须经过调压阀组—消音器—快速水封阀或插板阀,常 压高炉当炉顶压力过低时,需增设电除尘器。经过湿法净化系统后,煤气含尘量 可降到小于 10mg/m3,温度从 150~3500C 降到 35~550C 左右,含水量可达 7~ 20g/m3。 2.2 高炉煤气湿法除尘工艺流程 湿法净化系统流程见图一: 高 炉 重 力 除尘器 一文及 脱水器 二文及 脱水器 调压阀组 消声器 水 封 阀 插 板 阀 煤 气 柜 排 灰 排 污 水 排 污 水 插 板 阀 余压 发电 TRT 热 风 炉 用 户 图一:湿法净化系统流程图 它有以下缺点: 1.耗水量大,吨铁耗水量 8~10t,虽然可循环使用,但补水量也有 1~1.5t。 一座 300m3 的高炉年耗水量 300 万 t,是企业用水大户。 2.系统复杂、设备多,如洗涤系统、水泵房、沉淀池、水质稳定与降温、污 泥处理设施等,投资多、占地大。 3.能耗多,湿法除尘水泵用电量大。此外,煤气热量在清洗过程进入水中散 发于大气,也是一大能量损失。 4.产生的污水中含各种有害物质,如 CN-、S2-、酚类、铅、锌等及大量悬 浮物,即使循环使用也要定期外排,污水治理十分困难。 5.煤气含水多、热值下降,造成热效率低、燃烧温度下降,产生指标差。 2.3 高炉煤气干法除尘技术 (1)布袋除尘器。具有除尘效率高、运行稳定、节能、投资省、生产运行费 用低和解决环保问题等优点。布袋除尘器的除尘效率在 99 以上,阻力损失小于 500 Pa,净煤气含尘量可达到 5 mg/m。以下。 (2)静电除尘器。它由产生电晕电流的放电极和收集带电尘料的集电极组成。 静电除尘器的除尘效率可达 99 以上,压力损失小于 500 Pa。由于分子热运动造 成的扩散作用的影响,静电除尘器对温度同样敏感,煤气入口温度以不超过 200 C 为宜,否则除尘效率会大幅度下降。 (3)干式除尘器的特点及使用。目前国内 350 m。级以下高炉煤气除尘 90 以 上是采用布袋除尘技术。韶钢 6 号高炉(750 m。)采用布袋除尘技术,没有备用 湿法除尘统。2002 年 12 月投产以来,运行效果较好。该项目的成功,对我国大 中型高炉推广煤气布袋除尘技术具有深远意义。 国内大型高炉(1 000~2 000 m。)采用布袋除尘技术也有进一步的发展,如 太钢、攀钢、首钢等高炉,布袋除尘器经过改进和完善,运行效率大幅度提高。 攀钢 4 号高炉,当时设计采用的是湿式双文系统。1996 年,在保留原湿式双文 系统的基础上,并联了一套布袋除尘系统,并配套了相应的干式 TRT。在布袋除 尘系统运行初期,出现了许多问题,布袋除尘系统的作业率不到 10 。2000 年攀 钢对降温系统进行了改造,之后作业率大幅度提高,达到 96 。 布袋和静电除尘器的高效率和低压力损失是无庸置疑的, 它们未能在大型高 炉煤气除尘中占主导地位, 主要原因是在设备的可靠性和对高炉操作参数变化的 不适应性两方面。但布袋和静电除尘器用在大型高炉上可使 TRT 装机容量提高 3O 以上,因此在原有湿式除尘系统的基础上并联一套干式系统,其投资收益仍 是相当好的。 综上所述 L'布袋和静电除尘器在大型高炉上只是处于试用阶段, 如 果不配备湿式备用系统,将是一个风险性很大的选择。 2.4 高炉煤气干法除尘工艺流程 目前高炉煤气干法除尘有两种,一种是用耐热布袋除尘器(BDC) ,一种是 用干式电除尘器(EP) 。为确保布袋除尘器入口温度<2400C 和电除尘器入口温 度<3000C ,应在重力除尘器后面设温控装置,经过干法净化系统后,煤气含尘 量可降到<5~10mg/m3。干法净化系统流程见图二。 水 反吹风机 高 炉 重 力 除尘器 温控 装置 电除尘器或 布袋除尘器 调压阀组 消声器 插 板 阀 插 板 阀 煤 气 柜 排 灰 排 灰 插 板 阀 余压 发电 TRT 热 风 炉 用 户 图二:干法净化系统流程图 干式电除尘器(EP)由于担心发生煤气爆炸,在国内采用极少,而耐热布 袋除尘器(BDC)因技术日趋完善,已在国内中小型高炉得到广泛应用。 3 转炉煤气除尘技术 自宝钢引进第一套干法系统, 国内钢铁行业转炉一次烟气干法净化与煤气回 收工艺,经历了初步工业应用阶段和推广阶段,目前进入一个迅速发展的阶段。 目前,大部分新建转炉项目均采用干法除尘技术,通过该技术的应用,彰显出企 业节能环保的管理理念,给企业带来巨大的社会效益、环境效益和经济效益。 随着该项技术在国内发展的过程,通过与国内炼钢工艺的结合和不断完善, 系统工艺控制技术得到很大提高,控制水平领先国际。目前,该工艺技术和系统 设备可以完全实现国产化,一方面降低了工程投资和运行成本。另一方面,转炉 一次烟气干法除尘控制技术与炼钢工艺的结合,全方位的售后服务,都为炼钢生 产顺行提供了有力的保障。 干法除尘与湿法除尘从冷却方式和除尘机理和设备上有本质区别。 干法除尘 采用蒸发冷却方式,冷却效率更高,同时保证了系统能够以干式状态运行;湿法 除尘采用饱和冷却的方法,通过洗涤降温,因此,整个系统始终处在含水状态运 行。干法除尘系统采用静电除尘器,在保证除尘效率的同时,使系统能耗明显降 低;湿法除尘系统采用文氏管除尘,依靠冷却水对烟气的洗涤达到除尘的目的。 由于喉管部位阻力很大,导致系统能耗明显加大。 3.1 转炉煤气湿法除尘技术 OG 法是以双级文氏管为主,抑制空气从转炉炉口流入,使转炉煤气保持不燃 烧状态,经过冷却而回收的方法,因此也叫未燃法,又称湿法。在湿法方面,日本从 60 年代起开发了 OG 法,这是世界上普遍采用的流程。 1962 年,日本新日铁公司的 转炉首次成功地应用该法对转炉烟气进行除尘并回收,合理地利用废气中的化学 能和显能及含铁粉尘。目前己成为世界上最广泛采用的转炉烟气处理方法,在保 护环境、回收能源方面发挥了积极作用。 OG 法装置主要由烟气冷却系统、烟气净化系统及附属设备组成(见图 1)。 在冶炼中生成高一氧化碳浓度且含 150~200mg/m3 粉尘的煤气,温度达 1600℃。 在风机吸力作用下,煤气从活动烟罩进入全封闭的回收系统,经汽化冷却烟道后温 度降至 1000℃。 一级文氏管进行粗除尘和煤气降温、 灭火,温度降至 75℃;随之煤 气经重力脱水器脱水后再进入二级文氏管进行精除尘和再冷却,温度降至 65℃左 右,含尘量降至 150mg/m3 以下,煤气再度脱水后进入除尘风机。煤气借风机出口 正压力、通过三通阀切换,当煤气 CO<30%时,送入烟囱,燃烧后排放;当 CO>30% 时,进入煤气柜回收,再供给用户作能源使用。 3.2 转炉煤气湿法除尘工艺流程 图三 转炉煤气湿法除尘工艺流程 3.3 转炉煤气干法除尘技术 干法(LT法)除尘系统主要由蒸发冷却器、静电除尘器和煤气冷却器组成。 与老式的除尘系统(OG)法相比,LT法的主要优点是:除尘净化效率高,通 过电除尘器可直接将粉尘浓度降至 10mg/Nm3 以下,对于粒径小于 0.1um 的 微细粉尘,仍有较高的除尘效率;该系统全部采用干法处理,不存在二次污染和 污水处理的系统;系统阻损小,煤气回收热值高,回收粉尘可直接利用,节约了 能源;系统优化,减少占地面积,便于管理和维护。因此,干法除尘技术比湿法 除尘技术具有更高的经济效益和环境效益。 干法(LT法)技术在国际上已被认定为今后的发展方向。 由于所回收的煤气 可以再利用,太钢的转炉炼钢过程已经实现负能炼钢。经电除尘器(ESP)处理 过的铁含量较高的粉尘灰,经压块系统处理后,可以当废钢继续使用。另外,在 环境保护和能源方面比较, 由于湿法 (OG) 净化回收系统存在着能耗高 (比如: 水,电等资源是 LT 法的 5 倍消耗) 、二次污染的缺点,湿法(OG)系统将随 着社会的发展而逐渐被干法(LT法)除尘系统所取代,它将成为冶金工业可持续 发展的先决条件。该技术已获得全世界的普遍重视和采用,到目前为止,中国已 有宝钢、莱钢、包钢、太钢等钢厂从德国引进该技术,并得到了应用,其应用总 数已达 18 套以上,其中太钢的 LT 系统除尘效果在国内钢厂中达到领先水平。 此外,天津铁厂新引进的 LT 系统也已于 2007 年 4 月 28 日进行了热试。 3.4 转炉煤气干法除尘工艺流程 LT 法工艺流程如下:转炉烟气出炉口后,通过活动烟罩、 固定烟罩进入汽化冷 却烟道。炉气出口温度为 1700℃,汽化冷却烟道出口为 800~1000℃。蒸发冷却 器有两个作用,一是将烟气温度降至 180~200℃;二是对烟气进行增湿调质,以降 低烟尘的比电阻,确保电除尘器的除尘效果。然后进入圆形静电除尘器,烟气轴向 进入其中,并通过气流分布板均匀分布在横截面上,烟气得到净化。静电除尘器一 般设有三到四个电场,采用专门的变电系统供电,在电除尘器下部的集灰,用扇形 刮灰器刮到位于其下部的链式输送机中,送入中间料仓,然后通过气力输送系统再 将干灰送到压块系统的集尘料仓中。除尘效率高达 99%,烟气经过电除尘器后进 入除尘风机。煤气借风机出口正压力、通过三通阀切换,进行回收或放散。回收 柜前设置二次冷却塔使煤气温度降至 50℃左右。流程如图四。 图四 转炉煤气干法除尘工艺流程
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