1  概述

1.1  高爐煤氣是一種有回收價(jià)值的能源

高爐煤氣(簡稱BFG)是高爐冶煉過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品。正常冶煉時，噸鐵發(fā)生量約為1400-2000Nm3，壓力0.05-0.25MPa，溫度150-300度，BFG中CO占20-30%，H2占2-5%，熱值3000-3800kJ/Nm3。含有豐富的物理能、化學(xué)能，_具回收價(jià)值。

按2006年統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有高爐1250座，年產(chǎn)生鐵約4億噸，其中1000m3以上為120座，產(chǎn)量占40%，可見中小型高爐仍占較大份額。

1.2  高爐煤氣的回收利用

我國現(xiàn)役高爐煤氣的發(fā)生總量約計(jì)7.0X1010Nm3/a，大都設(shè)有處理回收裝置，但回收利用率差異較大，如寶鋼等新建大高爐大于99%，包鋼等大部分中型高爐大于90%，仍有不少中小型高爐只達(dá)到70-80%。

先期建設(shè)的高爐，大都采用文氏管濕法流程將爐頂荒煤氣處理為凈煤氣，用于熱風(fēng)爐等加熱設(shè)備，繼后對1000m3以上高爐開發(fā)應(yīng)用爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置(TOP GAS Pressure Recovery Turbine，簡稱TRT)，利用BFG的壓力能及熱能經(jīng)透平膨脹做功，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，噸鐵發(fā)電量可達(dá)20-40kwh。截至2004年底我國1000m3以上高爐共97座，配置TRT的有66套。“十五”期間我國發(fā)改委<節(jié)能長期專項(xiàng)規(guī)劃>規(guī)定，爐頂余壓大于0.1MPa的大中型高爐均應(yīng)配置TRT裝置。上世紀(jì)九十年代瑞士BBC公司研制成功高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)庹舭l(fā)聯(lián)合發(fā)電機(jī)組(CCPP)，進(jìn)一步提高BFG的利用熱效率。2003年寶鋼建成世界上首臺燃燒低熱值高爐煤氣的大型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，熱電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到45.5%。同期首套國產(chǎn)高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組在通鋼投入運(yùn)行，聯(lián)合循環(huán)熱效率達(dá)到40%。

1.3  高爐煤氣凈化的技術(shù)進(jìn)步

傳統(tǒng)的BFG濕法凈化流程存在占地大、能耗高、凈煤氣質(zhì)量差等問題。1912年德國_BFG袋式干法除塵技術(shù)(簡稱BDC)，50年代在歐美發(fā)達(dá)_推廣應(yīng)用。70年代日本住友金屬引進(jìn)德國_，與日立造船聯(lián)合進(jìn)行二次開發(fā)，于1982年在小倉鋼廠1850m3高爐建成以化纖針刺氈濾袋和凈煤氣加壓反吹清灰為特征的BDC裝置，投入生產(chǎn)性運(yùn)行，并獲得迅速推廣。據(jù)日本鋼聯(lián)對58座大中型現(xiàn)役高爐調(diào)查，采用全干法袋除塵的有11座，干濕兩用的有29座，兩項(xiàng)合計(jì)約占70%。其中不乏5000m3級的大高爐。

與以二文為特征的濕法流程相比，BDC具有多種_性：

(1)具有_而穩(wěn)定的凈化效能，凈煤氣含塵量低于5mg/Nm3，提高BFG的品質(zhì)和熱值；

(2)充分利用BFG的壓力能、熱能，提高TRT發(fā)電量30-50%；

(3)從根本上免除了瓦斯泥和污水處理的龐大設(shè)施及其對環(huán)境的污染；

(4)節(jié)地40-50%，節(jié)水80-90%，節(jié)省投資30-40%，節(jié)省運(yùn)行能耗70-80%，通常在項(xiàng)目投運(yùn)1-2年內(nèi)即可回收全部投資，環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益_顯著。

1.4  我國BDC已走上快速發(fā)展道路

我國于1974年首先在河北涉縣鐵廠13m3小高爐上嘗試應(yīng)用玻纖濾袋反吹風(fēng)除塵技術(shù)，并逐步在300 m3以下小高爐上推廣。1984年作為_重點(diǎn)節(jié)能項(xiàng)目，由太鋼引進(jìn)日本住友技術(shù)，在1200m3高爐實(shí)施BFG袋式干法除塵技術(shù)的研究攻關(guān)，從1987年8月建成投入試運(yùn)行，歷時十多年不懈探索、不斷改進(jìn)，于1998年7月實(shí)現(xiàn)全干法正常運(yùn)行，為我國BFG—BDC向中型高爐發(fā)展積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。

1990年我國自行研制開發(fā)的化纖濾袋脈沖袋式除塵器應(yīng)用在淮南鋼廠75m3小高爐上獲得成功。用高壓氮?dú)饷}沖清灰代替凈煤氣加壓反吹清灰，克服了BDC引進(jìn)技術(shù)的清灰不足和缺陷，是我國BDC技術(shù)的一大進(jìn)步，并迅速在一大批中小型高爐推廣運(yùn)用。2004年8月鋼鐵協(xié)會在濟(jì)南召開_高爐煤氣全干法除塵技術(shù)推廣研討會，積_推動“新型干法”由小高爐向中大型高爐發(fā)展，在本年度_有重鋼、天管750、首鋼、阜寧1260、萊鋼1880等高爐的全干法除塵系統(tǒng)投入運(yùn)行。

進(jìn)入新世紀(jì)我國政府把“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、加快建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”作為指導(dǎo)方針。中國鋼協(xié)把高爐煤氣干法除塵列為冶金工業(yè)“三干一電”工藝技術(shù)首推項(xiàng)目。這股強(qiáng)勁的東風(fēng)，推動了我國高爐煤氣袋式干法除塵的快速發(fā)展，先后涌現(xiàn)了通鋼、承鋼、韶鋼、萊鋼、包鋼等一批高爐煤氣全部實(shí)現(xiàn)BDC的_企業(yè)。繼2004年萊鋼1880、韶鋼2500高爐改造成功，2006年包鋼與有關(guān)單位合作開發(fā)應(yīng)用大筒體及氣力輸灰等新技術(shù)，將六座高爐(1800-2500m3)全部改為BDC，在規(guī)模和技術(shù)上取得雙突破。2007年唐鋼、武鋼、漣鋼等一批3200高爐正在實(shí)施BFG-BDC，并且首鋼曹妃甸新建5500高爐，寶鋼一號高爐(5000m3)大修工程都已確認(rèn)采用BDC技術(shù)方案。

2  BDC核心技術(shù)

BFG是高溫、高壓、可燃、易爆、有毒氣體，并且其參數(shù)是隨冶煉工況而波動的。BFG除塵裝置本身作為高爐冶煉工藝的有機(jī)組成部分，講究運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性。因此與環(huán)境除塵設(shè)備相比，在其設(shè)計(jì)、制造、配件選用及運(yùn)行控制環(huán)節(jié)有其特殊要求。整個BDC工藝可拆解為參數(shù)調(diào)制、除塵凈化、卸灰輸灰、安全監(jiān)控等項(xiàng)核心技術(shù)。

2.1  荒煤氣參數(shù)調(diào)制

2.1.1荒煤氣降溫處理

高爐正常冶煉時，爐頂出口煤氣溫度150-250度，按此進(jìn)行除塵器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及濾料選配。但在高爐非正常工況，尤其在發(fā)生崩料、坐料時，短時間可上升到400-500度，甚至600度，需要進(jìn)行降溫及控溫處理。

降溫方法有間接換熱冷卻和直接噴霧冷卻兩大類。間接冷卻又由殼管式水冷、熱管及機(jī)力空冷等形式。間接水冷方式存在熱惰性大、易腐蝕損漏、耗水量大等缺點(diǎn)。而直接噴霧冷卻具有反應(yīng)迅速、控制方便、節(jié)水節(jié)能等特點(diǎn)。經(jīng)過十多年工程實(shí)踐，隨著噴霧技術(shù)的不斷提高與完善，逐步形成了以直接噴霧冷卻為主、以間接機(jī)力空冷為輔的技術(shù)方針。對300-500度的高溫工況采用一次噴霧冷卻，將荒煤氣溫度直接降到260度；對450-600度的_高溫工況，為防止煤氣含濕量過大，在噴霧冷卻同時輔以機(jī)力空冷。

    噴霧冷卻技術(shù)的關(guān)鍵是霧化與控制，要求霧滴微細(xì)分布均布。早先開發(fā)的是單相高壓回流噴嘴，供水壓力3-4MPa，依靠高壓及小孔實(shí)現(xiàn)霧滴微細(xì)化，依靠回流水調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)溫度控制，這種噴嘴存在能耗大、噴孔易磨易堵等問題。繼后開發(fā)兩相噴嘴，利用氣體動力霧化水，實(shí)現(xiàn)霧滴_微細(xì)化，供氣、供水壓力只需0.4-0.6MPa，結(jié)構(gòu)形式多種多樣。在高爐煤氣冷卻領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛而成功的是斯普瑞公司的FloMax-FM型噴嘴及其AutoJet控制器，如圖1所示。

兩相噴霧冷卻裝置

這套裝置具有以下特點(diǎn)：

(1)噴嘴采用_的導(dǎo)流環(huán)、靶釘和空氣帽的三級霧化技術(shù)，達(dá)到_細(xì)霧化(d32<100um，dmax<200um)，有利于快速汽化蒸發(fā)(<5S)；

(2)單個噴嘴霧化量及可調(diào)范圍大(0.1-15t/h)，射程長(4-12m),霧滴覆蓋范圍大(直徑1-3.8m)，有利于減少噴嘴量；

(3)可以在較低氣壓(0.2-0.3MPa)和較低水壓(0.2-0.5MPa)條件下實(shí)現(xiàn)微細(xì)霧化，同時大幅度減少煤氣體積，具有顯著的節(jié)水(90%)、節(jié)電(20-30%)和綜合節(jié)能效果；

(4)可確保在煤氣溫度降至140-150度時不濕底(即不凝析機(jī)械水)，同時具有降低比電阻，促使細(xì)粒塵凝聚沉降的功能；

(5)噴嘴選用_耐磨料精密制造，孔徑大(5-10um)，并實(shí)行自動定期吹掃，確保噴嘴不易磨損、結(jié)垢堵塞，并且對噴霧水沒有特殊水質(zhì)要求(用一般工業(yè)水，甚至江河水即可)。

(6)配有專有控制系統(tǒng)，布設(shè)多個測溫探頭(熱電偶)，噴嘴分組控制，確保安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

      FM2_霧化噴嘴性能曲線 (壓氣4.14bar)

荒煤氣的蒸發(fā)冷卻又有爐頂噴霧、重力除塵器噴霧和專用噴霧塔等形式。工程實(shí)踐表明：爐頂噴霧冷卻是一種_為合理而有效的冷卻方式，用兩相噴嘴微細(xì)噴霧代替常規(guī)的爐頂打水，在同樣達(dá)到保護(hù)爐頂設(shè)備的同時，將荒煤氣溫度降至300度左右，顯著減少煤氣中的機(jī)械水，滿足袋式除塵要求，同時大量節(jié)省爐頂冷卻水，有利于高爐安全生產(chǎn)。當(dāng)爐頂噴霧難以實(shí)施，或者尚不能滿足降溫要求時，可在重力除塵器筒體內(nèi)增設(shè)霧化噴嘴。重力除塵器內(nèi)噴霧，同時可以促進(jìn)細(xì)粒塵凝聚，提高重力除塵效率。當(dāng)上述兩種方式都難以實(shí)施時，可以設(shè)計(jì)專用的噴霧冷卻塔。

    機(jī)力空冷器是在自然空冷器的基礎(chǔ)上進(jìn)化而成，分為管式與板式兩種基本結(jié)構(gòu)形式。板式機(jī)力空冷器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，綜合性能優(yōu)良，應(yīng)用日趨廣泛，具有以下特點(diǎn)(板式機(jī)力空冷凝結(jié)構(gòu)如圖3所示)。

  板式機(jī)力空冷器

(1)用δ3鉬鋼板組合隔縱橫通道，縱向走熱煙氣，橫向走冷空氣，與管式相比，_了換熱邊界條件，并具自振清灰功能；

(2)用空氣作為冷卻介質(zhì)，借助多臺風(fēng)扇的組合鼓風(fēng)效應(yīng)，提高換熱性能，傳熱系數(shù)可達(dá)16-25W/m2.K，并便于控制煙氣終態(tài)溫度；

(3)空冷器頂部配設(shè)聲波清灰器，實(shí)現(xiàn)定周期自動清灰，確?？绽淦鞣€(wěn)定低阻運(yùn)行(△H<=1000Pa)；

(4)機(jī)力空冷器不會增加煙氣含濕量，適宜用作袋式除塵器入口高溫?zé)煔?450-300度)的末端冷卻裝置。

2.1.2荒煤氣低溫對策

高爐在點(diǎn)火開爐時有個升溫過程，爐氣溫度低于100度，且含濕量較大，在休風(fēng)時爐氣溫度也會降至100度以下。在這類非正常冶煉工況條件下，可能會使袋式除塵器引起低溫結(jié)露，須采取相應(yīng)對策。

(1)采用直接摻混高溫氣體或換熱器間接加熱方式，使?fàn)t氣溫度升至100度以上，斯普端公司正在開發(fā)利用爐頂噴霧冷卻噴嘴作為燒嘴直接燃燒升溫的技術(shù)，一套裝置即可降溫，又可升溫，是比較合理的；

(2)除塵器選用耐水解性纖維(PPS、PTFE、GL等)制織的濾料，表面再進(jìn)行拒水防油處理，用以裝備若干個箱體，專門用于非正常低溫高溫工況；

(3)在開爐或休風(fēng)時，在濾袋表面預(yù)噴干燥滑爽塵(煤粉、焦粉等)加以保護(hù)，避免出現(xiàn)糊袋；

為安全穩(wěn)妥起見，對于原已建有濕法凈化裝置的改造項(xiàng)目，在干法除塵改造方案中，可以暫時保留濕法流程，經(jīng)過一段時間摸索，積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后，再切除濕法裝置。

2.1.3荒煤氣預(yù)除塵措施

高爐荒煤氣初始含塵量可達(dá)30g/Nm3，并攜帶灼熱的鐵、渣塵粒，宜采取預(yù)除塵措施。

通常先設(shè)一道重力除塵，除去灼熱的粗粒塵(>=20-30um)。出口含塵濃度降至6-12g/Nm3，避免下_袋式除塵器燒灼濾袋，并減輕除塵負(fù)荷，這是_合理的配置。有些工程在重力除塵器后再加_旋風(fēng)除塵，意在進(jìn)一步減輕濾袋負(fù)荷和閥門磨損，事實(shí)證明收效不大，沒有推廣價(jià)值。

2.2  袋式除塵凈化技術(shù)

針對高爐的冶煉工藝和煤氣特性，我國已經(jīng)開發(fā)成功適用于高爐煤氣干法除塵的袋式除塵成套技術(shù)及其系列產(chǎn)品。

2.2.1脈沖清灰袋式除塵技術(shù)

德國早期開發(fā)，以后日本移植并推廣應(yīng)用的BFG袋式除塵器都屬于內(nèi)濾反吹清灰型。我國_早在小高爐上使用，包括1984年太鋼從日本引進(jìn)的也是這種類型。反吹風(fēng)型袋式除塵器存在清灰能力弱、運(yùn)行阻力高、體積龐大、故障因素多、運(yùn)行能耗高等弱點(diǎn)。1990年我國首先在淮鋼75m3高爐煤氣干法除塵項(xiàng)目使用外濾脈沖清灰型袋式除塵器獲得成功。除了從根本上克服了內(nèi)濾反吹風(fēng)除塵器存在的諸多問題外，還有利于提高過濾速度(從0.5m/min提到0.8m/min)，開創(chuàng)了高爐煤氣干法除塵的新局面，之后沿襲這一技術(shù)路線，不斷地改進(jìn)完善，在大中型高爐推廣應(yīng)用。

    隨著高爐的大型化，帶來除塵器筒體的大型化(從φ3.2m到φ6.0m)和濾袋規(guī)格的長袋化(從4.8m到8.0m)，并催生了導(dǎo)流噴嘴、雙向脈沖噴吹、分節(jié)袋籠、無障礙換袋等多項(xiàng)_技術(shù)，使之能夠_適應(yīng)大型高爐煤氣袋式干法除塵的要求。脈沖袋式除塵器單元筒體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1.荒煤氣出口主管;2.煤氣蝶閥;3.盲板閥;4.箱體煤氣放散系統(tǒng);5.中間灰斗放散系統(tǒng);6.泄爆閥;7.噴吹系統(tǒng);

8.花板;9.濾袋組件;10.箱體;11.蒸汽加熱系統(tǒng);12.卸灰閥組;13.中間灰斗;14.輸灰系統(tǒng).

圖4  脈沖袋式除塵器單元筒體

2.2.2混合纖維型特種功能濾料

高爐煤氣對除塵濾料的基本要求：在正常工況條件下要求耐溫性好(250-300度)；在非正常工況條件下還要求耐濕性好(在<100度時不發(fā)生糊袋水解)。對濾料材質(zhì)的選用經(jīng)歷了玻璃纖維、芳族聚酰胺(Nomex)、聚酰亞胺(P84)、聚四氟乙烯(PTFE)及其混合纖維的進(jìn)化過程。工程應(yīng)用表明：以聚酰亞胺和_細(xì)玻纖為原料采用特殊工藝制成的混合針刺氈是當(dāng)前高爐煤氣袋式干法除塵的_濾料。我國的商品名為萊氟RZMS-Ⅱ型、FMS?9806、PUNATE?CPD002。這種混合纖維針刺氈的基布為玻纖，絮棉層為兩種纖維混合料，表面用PTFE滲膜處理，兩種材質(zhì)揚(yáng)長避短，具有_的綜合性能。

(1)利用P84纖維斷面異形(葉瓣形)，表現(xiàn)面積大的特點(diǎn)與圓形斷面的光滑玻纖抱合良好，具有_低阻過濾性能，出口含塵濃度可達(dá)5mg/Nm3以下；

(2)P84和玻纖均有良好的耐熱性能，混合針刺氈的連續(xù)使用溫度可達(dá)260度，瞬間耐溫300度；

(3)利用玻纖基布高強(qiáng)低伸以及P84纖維耐磨抗折的綜合特性，混合針刺氈具有優(yōu)良的機(jī)械力學(xué)性能，正常使用壽命可達(dá)3-4年；

(4)P84纖維是至今_進(jìn)口的高價(jià)原料，而_細(xì)玻纖可立足國產(chǎn)，價(jià)格低廉，兩種纖維按適量比例混合可以大幅度降低原料成本，成為性價(jià)比優(yōu)良的特種功能除塵濾料。

2.3  卸灰輸灰技術(shù)

高爐煤氣袋式除塵器各筒體灰斗收集的粉塵，由卸灰、輸灰裝置轉(zhuǎn)運(yùn)到貯灰倉，集中外排，基本要求是定時定量確保密封。

2.3.1零泄漏串級卸灰裝置

各除塵筒體灰斗出口的卸灰裝置由上球閥、偏置式鐘形罩、下球閥以及破拱裝置、料位計(jì)等組成，通過自控程序動作，實(shí)現(xiàn)定量、定料位、無泄漏卸灰。

2.3.2正壓式氣力輸灰裝置

我國早期實(shí)施的中小型高爐煤氣除塵系統(tǒng)大都采用常規(guī)的機(jī)械輸灰方式(由刮板輸送機(jī)、斗式提升機(jī)等組成)，隨著煤氣除塵系統(tǒng)的大型化，逐漸暴露機(jī)械輸灰裝置體積龐大、故障率高、氣密性差、輸送距離及提升高度受限的弊端。近期開發(fā)成功正壓氣力輸灰技術(shù)，與傳統(tǒng)機(jī)械輸灰方式相比具有較多_性：

(1)擁有常規(guī)氣力輸灰方式固有的優(yōu)點(diǎn)，裝置體積小、氣密性好、輸送路徑不受限制；

(2)按正壓中相輸灰原理設(shè)計(jì)，輸灰量大、耗氣量小、輸送距離長、輸灰管路不易磨損；

(3)利用除塵器出口凈煤氣余壓作為輸灰動力，輸灰尾氣經(jīng)二次過濾后重返凈煤氣管，入柜回收，_為_；

(4)輸灰管路及防磨措施設(shè)計(jì)、輸灰參數(shù)及程序的調(diào)控操作是高爐煤氣除塵氣力輸灰裝置得以正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.3.3密閉輸灰罐車

怎樣避免貯灰倉收下塵外運(yùn)過程中產(chǎn)生二次污染？自從寶鋼工程引進(jìn)日本吸引壓送罐車密閉輸灰技術(shù)，經(jīng)過二十年實(shí)踐，一致認(rèn)為這是一種_適宜的粉料外運(yùn)方式。至今我國已實(shí)現(xiàn)輸灰罐車國產(chǎn)化，并大量推廣應(yīng)用。在具體用于高爐煤氣干法除塵輸灰的實(shí)踐中又有創(chuàng)新和發(fā)展。

(1)為避免罐車直接從貯灰倉外排灰時煤氣隨之溢出，而在大貯灰倉下設(shè)容量約15m3的轉(zhuǎn)運(yùn)小灰罐，外排灰作業(yè)時先打開大灰倉卸灰閥，待裝滿小灰罐后，關(guān)閉大灰倉卸灰閥，再打開小灰罐卸灰閥開始外排灰，裝入罐車。采用這一技術(shù)同樣可以實(shí)現(xiàn)對重力除塵器收下塵采用罐車“外排灰”作業(yè)。

(2)將罐車常規(guī)使用的吸入壓出方式，改為雙壓送方式，有利于加快罐車受料速度(可提高一倍)，減緩軟管磨損、節(jié)省能耗和資材。同時雙壓送罐車因省卻了真空泵和發(fā)動機(jī)等動力設(shè)備，體積和車價(jià)大幅度減少。圖5為雙壓送罐車受料作業(yè)系統(tǒng)圖。

    (3)當(dāng)高爐煤氣除塵灰中含有鈉、鉀等輕金屬元素時，遇空氣會自燃，曾發(fā)生罐車及管路密封件燒毀等事故。此時可采用工廠氮?dú)庠刺娲捃嚳諌簷C(jī)實(shí)現(xiàn)壓送受料，或在罐車采用自備氣源壓送的同時，在始端接入工廠氮?dú)庵品廊肌?nbsp;

2.4  安全防范及監(jiān)控技術(shù)

高爐煤氣袋式干法除塵裝置_充分考慮高爐煤氣高壓、有毒、可燃、易爆等特性，采取妥善的安全防范及監(jiān)控措施。

2.4.1除塵箱體設(shè)計(jì)

采用鋼制圓筒形箱體，按GB150<鋼制壓力容器>標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。上端橢圓形封頭壓制成形，下端圓錐形灰斗傾角大于65度，接口采用自動埋焊焊接，并進(jìn)行探傷檢測，整體做耐壓氣密性試驗(yàn)。

2.4.2導(dǎo)流均布裝置

高爐煤氣從下部進(jìn)入筒體，要求斷面氣流均勻平穩(wěn)，成層流狀，切忌形成偏流、渦流。為此宜配設(shè)合理的導(dǎo)流均布裝置：

(1)入口做擴(kuò)散管，降低進(jìn)口流速，并設(shè)導(dǎo)流擋板，改變?nèi)肟跉饬鞣较颍?/font>