摘  要  针对低压氮气脉冲反吹高炉煤气干法除尘工艺存在的不足，通过对含尘气体在管道内流动原理、布袋清灰机理和粉尘输送原理的分析研究，并结合生产实践经验，采用箱体过滤负荷“均布”技术、净煤气箱式自反吹清灰技术、机械式压力卸输灰技术等多项技术对传统的低压氮气脉冲反吹高炉煤气干法除尘工艺进行了开创性改进，形成了超洁净高炉煤气干法除尘技术。该技术具有运行可靠成本低，设备寿命长，维护费用低，过滤效果好等诸多优点，实现了节能、降耗、环保的目的，取得了良好的经济效益，可为高炉煤气干法除尘系统的设计和改造提供有益借鉴。

关键词  高炉煤气  干法除尘  过滤负荷  反吹清灰  卸输灰

1   前言

目前低压氮气脉冲反吹高炉煤气干法除尘工艺基本配置为半净煤气分配采用等流速变截面管道，清灰系统采用低压氮气脉冲反吹清灰技术，卸输灰系统采用机械式卸输灰或气力卸输灰技术。通过对柳钢和国内部分钢厂使用情况了解后分析发现，该工艺存在以下不足：

（1）半净煤气采用等流速变截面管道进行等流量分配进入各箱体，但实际情况是进入各箱体的半净煤气粉尘含量及粒度分配不均，造成箱体负荷不均，过滤效果不均衡，部分箱体滤袋寿命短。

（2）清灰系统采用低压氮气脉冲反吹清灰技术，需配置大量的电磁脉冲阀，其在运行过程中经常被含Cl-的冷凝水腐蚀，维护工作量大，除尘箱体作业率较低。

（3）传统的机械式卸输灰工艺卸灰速度慢，效率低，粉尘易外漏；气力卸输灰工艺在排灰前期和后期不可避免存在稀相输送，易造成阀门、管道弯头等设备磨损；卸灰球阀易磨损。

通过对现有问题进行理论分析和生产实践的不断摸索，在柳钢已运行多年的高炉煤气干法除尘净煤气箱式自反吹技术的基础上，开发了半净煤气粉尘量及粒度均配技术、除尘箱体尘气室气流均布技术、机械式压力输灰技术、长寿偏置自锁卸灰钟阀代替卸灰球阀等多项技术对该技术进行了系统性优化，成功研发了超洁净高炉煤气干法除尘技术，在实践中取得了较好的效果。

2   超洁净高炉煤气干法除尘技术研发

高炉煤气干法除尘是高炉半净煤气通过布袋过滤实现精除尘的必要工序，其效果好坏关键在于三个方面：煤气过滤、布袋清灰、箱体卸灰。煤气过滤是基于在箱体负荷均布的前提下才可能满足最初的设计要求，而布袋过滤的高效性必须是通过布袋清灰和箱体卸灰两大主动手段来维护。

2.1   箱体过滤负荷“均布”技术

布袋除尘机理是含尘气流流过清洁滤料时，比滤布空隙大的微粒，由于重力作用沉降或因惯性力作用被纤维挡住，比滤布空隙小的微粒在与滤布纤维发生碰撞后或经过时被纤维钩附在滤布表面，由分子间的布朗运动留在滤布的表面和空隙中，最微小的粒子则可能随气流一起经滤布后流出。随着滤布上捕集的粉尘不断增加，一部分粉尘嵌入到滤料内部，一部分附着在表面，在滤布表面形成灰膜，灰膜又成为滤膜。高炉煤气通过滤料和灰膜达到除尘净化目的，灰膜起着比滤料更重要的过滤作用。高炉煤气干法除尘系统一般由多个除尘箱体组成，为达到较好的除尘效果，需让每个箱体的滤袋表面形成稳定均匀的灰膜，进而必须使进入每个箱体的半净煤气量及含尘量和粉尘粒度组成大致相当。

目前，国内高炉干法除尘系统半净煤气分配一般采用等流速变截面管道，半净煤气压力为0.1～0.3MPa，属高压流体，理论上进入各箱体的半净煤气流量相差不大。但实际生产发现部分箱体的布袋容易破损，并呈现一定的规律性。通过对各箱体单位时间除尘灰进行统计，发现各箱体除尘灰量和粉尘粒度组成均相差较大，这说明进入各箱体的半净煤气含尘量和粉尘粒度不均。半净煤气管道一般为圆管，煤气流速在15m/s以上，雷诺数在106以上，大大超过临界雷诺数，处于紊流状态，但近管壁区存在层流支流层。完全淹没在层流支流层中的细粉尘，粒径愈小愈容易沉积，但边界层剪切流对颗粒的悬浮力又可能使颗粒浮升起来，当粉尘沉降率超过70%时，易出现沉积现象。[1]通过在半净煤气管道上增设半净煤气粉尘量及粒度均配装置破坏层流支流层使进入各箱体的含尘量和粉尘粒度组成趋于均匀。

现有高炉煤气干法除尘系统的半净煤气支管一般为直接进入干法除尘箱体的尘气室，易使进气口对侧布袋在气流的作用下产生晃动、激烈的碰撞而造成布袋下部破损。为避免上述不足和使进入除尘箱体内的含尘气体能更均匀分布，在半净煤气支管入口处增设带交错布置导流孔的环形气流分布器。

通过以上手段实现箱体过滤负荷“均布”的前提下，布袋的过滤负荷达到“均布”，从而才能更好的实施统一的清灰制度。

2.2   净煤气箱式自反吹清灰技术

布袋过滤中，灰膜会逐渐增厚，过滤阻力也会逐渐增大，当增大到一定程度时，需进行清灰处理，去掉大部分灰膜使阻力减小到一定值，再恢复正常过滤。高炉煤气袋式除尘中，同一种滤料在不同状态下的除尘效率如图1所示，清洁滤料的捕集效率最低，积尘后最高，清灰后有所降低。袋式除尘器的捕集效率高，主要是靠滤料上形成的粉尘层的作用，滤布则主要起形成和支撑粉尘层的作用，清灰时应保留粉尘初层，过度清灰会引起除尘效率显著下降，并加快滤袋损坏。由此可见，选择合适的清灰技术将对除尘效率和滤袋寿命起着决定性作用。

当前国内高炉煤气干法除尘系统基本采用外滤式布袋除尘，其滤袋清灰反吹方式也多采用氮气脉冲反吹，氮气脉冲反吹具有反吹效果好、系统简单、控制技术成熟等优点，但也存在以下问题。

（1）消耗能源

低压氮气脉冲反吹以氮气作为工作介质，故需耗用0.4～0.6MPa的氮气。

（2）设计和安装精度要求高

低压氮气脉冲反吹系统对脉冲阀、喷吹管道、喷口的设计和安装要求极为严苛，稍有不当极易出现喷吹气流偏离中心的现象，如图2所示。很多氮气脉冲反吹清灰系统都会在布袋笼口设置文氏管引射器来增大清灰强度，但文氏管气流阻力大，且二次气流的流量难以有效控制，这对脉冲喷吹清灰并无益处，为防止喷吹气流偏离中心而损坏布袋笼口，可在布袋笼口安装一节150～200mm长的导流直筒管。

（3）设备多、维护量大

在滤袋不反吹时，热煤气会从脉冲阀膜片渗漏进氮气储气罐冷却析出带Cl-的冷凝水腐蚀脉冲阀和金属软管。干法除尘箱体中每列滤袋需对应1个脉冲阀和1根反吹管，1个箱体大概有16～24列滤袋，1个干法除尘系统大约有8～16个箱体，这么多的脉冲阀、电磁阀和其他零部件需要经常进行检查和维护，否则极易出现“一个脉冲阀故障影响到一个箱体，进而影响整个系统”的情况。

针对氮气脉冲反吹清灰存在的诸多问题，结合对布袋清灰机理的研究，提出了采用净煤气箱式自反吹清灰工艺方案。净煤气箱式自反吹清灰工艺属于离线反吹，首先将需要反吹的箱体从过滤系统中脱离出来，切断其进、出口密封蝶阀；再将箱体内部分压力煤气排放至调压阀组后的低压净煤气总管内，排放后关闭切断阀；打开反吹箱体的净煤气出口蝶阀让大量的高压净煤气高速逆喷回箱体，气流引射至每条布袋，使布袋膨胀振动，起反吹清灰作用；至此箱体反吹完毕，打开该箱体的半净煤气进口密封蝶阀，恢复箱体至正常过滤状态。[3]净煤气箱式自反吹清灰工艺无煤气加压系统，相比目前行业内普遍采用的低压氮气脉冲反吹清灰工艺，操作过程无外加能源消耗，无氮气脉冲清灰系统设备消耗，原氮气脉冲反吹清灰故障引伸的所有问题得到有效解决，提高了除尘效果。

净煤气箱式自反吹清灰技术其显著特点：首先是布袋清灰强度可以有效控制，从而保护过滤灰膜；其次是采用净煤气反吹的布袋长度可以大幅增加（采用国产脉冲阀的氮气脉冲反吹清灰布袋经验极限长度为6m），设计布袋长度每加1m可节省投资约15%；再次花格板开孔可为梅花形布置，比现有的矩阵开孔增加布袋量约10%。

2.3   机械式压力卸输灰技术

现有高炉煤气干法除尘系统卸输灰工艺主要采用机械式卸输灰和气力卸输灰两种工艺。

机械式卸输灰工艺采用普通埋刮板机链条刮板的机械运动进行卸灰，除尘器箱体与埋刮板输送机间设有中间灰仓，箱体和中间灰尘中的集灰依靠重力和仓壁振动方式排出，卸灰速度相对较慢，效率较低。进行卸灰操作的箱体处于临时停用过滤煤气状态，卸灰操作时间长，箱体的过滤生产运行率降低，从而影响到系统箱体布袋负荷增加，各箱体间卸灰操作切换时布袋负荷变化频繁，影响布袋使用寿命。同时，普通埋刮板机链条刮板不能将除尘灰全部刮出，容易积灰，积灰易冷却板结，造成刮板机链条起拱甚至破坏。卸灰过程中灰流的切断一般采用卸灰球阀，但卸灰球阀极易被磨损，寿命一般不超过半年。开发了一种偏置自锁卸灰钟阀代替卸灰球阀，取得了较好效果，阀体无损坏，只需在密封胶圈磨损或老化后进行事后维修更换，柳钢高炉煤气干法除尘系统98台卸灰钟阀目前有70%还是原装阀门，最长使用寿命已超过13年。

气力卸输灰工艺对除尘灰温度及输送气体的压力、流速、气固比要达到严格的设计参数，且配套检测及自动化程度要求高，投资成本较高，操作过程需要辅助气源。实际操作中，由于单个箱体的排灰是个间隔且短暂的过程，在排灰的前期和后期不可避免存在气固比达不到合理参数，会造成阀门、管道弯头等设备磨损或造成输灰系统水平管道及弯头等部位堵塞。

通过对两种卸输灰方式的原理和效果进行分析，参照现有高炉煤气重力除尘器的卸灰方式，提出了机械式压力卸输灰工艺。该工艺是一种采用机械动力的同时利用系统煤气压力进行卸输灰，用于压力卸输灰的煤气通过煤气泄压管并经布袋过滤后回收至调压阀组后低压净煤气总管。机械式压力卸输灰工艺需配置耐压埋刮板机或耐压斗式提升机，无需中间灰仓，其在输送物料的流速、气固比的调节范围宽，以箱体集灰量确定卸灰间隔周期大幅延长，卸灰效率高，并解决了设备磨损或管道堵塞等问题。同时利用带压煤气流对偏置自锁卸灰钟阀的密封副及卸灰通道进行自清洁，能有效保证阀门密封效果并延长使用寿命。

3   超洁净高炉煤气干法除尘技术应用

高炉煤气干法除尘系统的运行受制于上道工序，且要受约于后道工序，后道工序TRT的运行情况也是衡量干法除尘系统优劣的一项重要指标，干法除尘系统过滤后净煤气含尘量与后道工序TRT叶片运行情况见表1。

目前，超洁净高炉煤气干法除尘技术已成功运用于柳钢的7座高炉和粤钢1号高炉，基本配置情况及净煤气含尘量见表2。柳钢7座高炉煤气干法除尘布袋材质选用价格低廉的玻璃纤维针刺毡，寿命可达2～3年，净煤气含尘量常年维持在1mg/m3以下，后道工序TRT透平叶片已有超12年无维修成果。粤钢1号高炉于2017年5月大修扩容后投产，投产初期因操作不当造成布袋大面积板结，运行效果不理想，反吹前荒净煤气压差大（△P＞10kPa），反吹频率高（1～2小时1次）；于8月对其中板结严重的4个箱体进行了布袋更换，运行效果明显好转，净煤气含尘量维持在2mg/m3左右，反吹前荒净煤气压差控制在8kPa以内，反吹频率为4～5小时1次；于2018年3月累计已对8个箱体的布袋进行了更换，现运行效果已非常好，净煤气含尘量维持在1mg/m3左右，反吹前荒净煤气压差控制在4kPa以内，反吹频率为6～8小时1次。随着操作人员对工艺流程逐渐深入的了解，再逐步将开炉时已板结的布袋进行更换，粤钢1号高炉干法除尘系统将会达到非常理想的效果。

4   结论

    超洁净高炉煤气干法除尘技术已在各类高炉上均取得了非常好的效果，新建一次性投资少，净煤气含尘量低且稳定，系统维护量少，并经过了多年的运行检验，说明该项技术是一项成熟、高效、可靠的技术，值得推广，同时也为其他高炉煤气干法除尘系统改造提供了参考。

5   参考文献

[1]杜雅兰，姜立升，马麒，等.粉尘在通风管道内沉降规律的研究[J].铁道劳动安全卫生与环保，2005,32（6）：275-278.

[2]《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册，第20篇，流态化[M].北京：化学工业出版社，1987,12.

[3]赵泽文，刘志刚，张洪波.柳钢高炉净煤气反吹清灰工艺改造实践[J].鞍钢技术，2011,1：52-55.