高炉煤气布袋除尘器的工作原理特点及效果分析

摘要:高炉煤气用布袋除尘技术已成为高炉煤气除尘的发展趋势。本文探讨了其除尘机理;结合生产实际,分析了影响除尘效果的主要因素,提出了改善除尘效果的措施。

布袋除尘器于19世纪中叶开始被应用于工业生产,其运行可靠稳定,使用灵活,操作简单,除尘效率高,最小可捕集0.1tan左右的粉尘,能够满足严格的环保要求。1981年应用袋式除尘技术净化高炉煤气在日本获得成功。这种方法与过去的湿法洗涤煤气相比,节能、节水、运行费用低,消除了洗涤水对环境的污染,获得高温煤气的显热,因此这项技术在钢铁领域迅速发展。1987年我国太钢的1ZOOm3高炉采用日本的技术,在我国首次对高炉煤气应用布袋除尘技术…,但实际运行中存在不少的问题,经多次技术改造后基本满足运行要求。随着人们环保意识和能源危机意识的提高,面对我国水资源不足和水污染严重的现实,结合高炉煤气的特性及高炉生产实际状况,应用布袋除尘技术处理高炉煤气是我国高炉煤气除尘的发展趋势。因此研究高炉煤气布袋除尘的机理,探讨除尘效果的影响因素具有重大的意义。

高炉煤气布袋除尘器的工作原理特点及效果分析

1 布袋除尘器的工作原理

袋式除尘器能将高炉煤气中的粉尘捕集,是由煤气中尘粒和过滤介质综合作用的结果。表1为高炉煤气中尘粒粒径分布[2]。由表1知,高炉煤气中的粉尘是由超细微粒到粗粒的各粒径分布的。当含尘气流流过清洁的滤料时,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和滤布的纤维发生碰撞后或经过时被纤维钩附在滤袋表面(钩附效应),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流经滤布跑掉了。随着滤料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,在织孔和滤袋表面形成灰膜。灰膜又成为滤膜,煤气通过布袋和滤膜达到良好的净化除尘的目的。当灰膜增厚,阻力增大到一定程度时,再进行清灰,去掉大部分灰膜,使阻力减小到最小,再恢复正常过滤。高炉煤气袋式除尘中,灰膜起着比滤料更重要的作用,使捕集尘的效率显著提高。如图1为同种滤料清灰强度与除尘效率的关系。由图可知,积灰的滤料比清灰后滤料除尘效率高,清洁滤料除尘效率最低。因此清灰时应保留粉层,以保证高的除尘效率,过渡清灰会引起除尘效率下降,加快滤袋破损。

2 影响除尘效果的因素
依据Friediander的理论,对滤料单一的纤维的除尘效率可知单一纤维滤料过滤时,影响除尘效率的因素有滤布特性,粉尘及烟气的特性,过滤风速(即过滤负荷)。除尘器在运行中,起过滤作用的是灰膜和纤维滤料,因此除这些因素外,清灰控制、高炉操作技术和除尘器的管理等会影响除尘效果。

2.1 滤布的特性
按(1)式,除尘器滤袋纤维直径d越小,除尘效率越高;同时滤布必须有合适的孔隙,允许气流顺利通过而阻挡细小的粉尘进入滤布纤维间。即要求滤布较“密实”,否则细小颗粒的粉尘一旦进入滤布纤维间,就无法将其清除,滤布透气性大大下降,除尘阻力大增,甚至滤袋无法再使用。采用表面和后整处理技术使滤布既能防止粉尘进入滤布纤维间而透气性能又高,有利增大除尘效率。在选择滤布时要综合考虑价格、使用寿命和处理物料的物性。国内安阳钢铁、韶钢、重钢等单位用FMS9806,经实践检验效果较好。这种材料是由2种或2种以上的耐高温纤维混合及层状复合。用特氟隆后整处理,耐高温,高强度,耐磨抗折,易清灰,抗水防油,防静电,可承担过滤高负荷,滤速可达1.Om]min以上,阻力低,节省投资。对小于300m~级的高炉,国内普遍采用玻璃纤维针刺毡是经济合理的。

2.2 过滤负荷
由(1)式知,若d小于1的粉尘,借助扩散效应能有效地捕集,适当降低过滤速度(),可以提高除尘效率叩;若d为5~15/an以内的粉尘,借助惯性效应能有效地捕集,提高可以提高叩。如图2所示为实际中的过滤风速与出口含尘量的关系图“],图中的曲线3为单一滤料(清洁滤料)的情况,随过滤负荷增大出口含尘浓度增加非常快;当灰膜形成后,随过滤负荷增大,除尘效率下降比前者次之(图中曲线2),且随灰膜的增厚,这种效果变化缓慢一些(图中的曲线3);从曲线1和曲线2知,过滤速度增加1倍,粉尘通过率可能增加2到3倍。

过滤负荷高,过滤速度高,会导致滤布上迅速形成灰膜,阻力增大,引起清灰频繁,除尘效率下降,运行费用高;过滤风速取低一些,增强清灰能力,延长清灰周期,延长滤袋寿命,降低运行成本,除尘效率上升。但滤速过低,过滤面积增加,如滤速降低0.1~0.25m/min,过滤面积增加10%,设备投资将增加近10%,是不经济的。同时高炉煤气布袋除尘过滤负荷对除尘效率的影响还应综合考虑滤布的性能、高炉容积、高炉生产操作制度等。国内的实践证明,高炉煤气布袋除尘的过滤负荷,对300m~级用玻璃纤维针刺毡,其工况过滤负荷小于0.7m3/m2·min是经济合理的;对大中型高炉的煤气过滤负荷应结合炉顶压力的波动及布袋入口的温度的变化过滤负载选1.0m/m.min较合理。

2.3 粉尘的理化特性
由Friediander理论,粉尘的粒径越大,单一纤维捕集效率越大。粉尘粒径越小,扩散效应捕集率高,小于0.2tma的粒子和气体相互碰撞后产生布朗运动能被纤维或尘层有效地阻留。粉尘的粘性、粒度、容重直接影响粉尘清灰性能。如当过滤流速为0.28m/s时,直径为lOtnn的粉尘粒子在滤布上的附着力可以达到粒子自重的1000倍,5tan的粉尘在滤料上的附着力达自重的4200倍J,这种附着力对布袋的清灰性能影响很大,进而对除尘器的效率影响大。实验证明,对滑石粉类中细滑爽尘,在所有工矿条件下,仅需一次反吹清灰,滤袋阻力即可恢复原值,二次积灰几乎全部吹落,滤袋再生较好,反吹风量比率仅需25%~30%;而对氧化铁类超细粘性尘需要连续多次反吹清灰,才能有效降低滤袋阻力,滤袋阻力很难恢复原值,且反吹风量比率高达50%~70%。高炉煤气粉尘中有较多的氧化铁类超细粘性尘,使粉尘具有粘性,影响了清灰性能。

2.4 清灰控制

2.4.1 喷吹方式
图3为两种喷吹气流的比较。图3(a)的形式,当压缩空气达到滤袋上口时,由于文氏管的诱导作用,形成大于一次空气流量(压缩气流量)58倍的二次空气流量。一、二次空气流量之和形成强大的清灰气流,能有效的把除尘滤袋上的积尘清掉,但文氏管气流阻力大,且二次气流的流量难以有效控制;图3(b)的喷吹方式不需文氏管,可减少文氏管的流体阻力损失,同时一次气体直接进入滤袋,把引入的二次空气量控制到一次气量的12倍,从而形成短促、快速、纵深的喷吹。对高炉煤气细、有粘性的粉尘,这种清灰方式效果更好。同时为了减少煤气的热值降低,应尽量减少进入煤气中的气体,选用(b)图方式较好。

2.4.2 喷吹压 力
喷吹压力是指脉冲喷吹的气体压力。喷吹方式相同时,喷吹压力越大,诱导的二次气流越多,形成的反吹气速越大,滤袋压降越明显,清灰效果越好,允许入口含尘浓度相应提高;但吹压力过高,若出现了过度清灰,破坏了初尘层,反而影响了除尘效率。同时耗气量增加,浪费能源。可见控制合适的喷吹压力是保证高效除尘的必须。某750m~高炉布袋除尘采用低压氮气脉冲反吹,喷吹压力为0.250.4MPa,运行效果好。

2.4.3 喷吹间隔和喷吹时间
喷吹间隔的长短影响除尘器的压降。为了使除尘器基本保持稳定状态的运行,可采用定时喷吹与压降控制相结合,压降控制优先的控制方式。在不影响正常运行的条件下,应尽量延长脉冲间隔,可减少用气量,同时保证了煤气的显热值,延长脉冲阀膜片及滤袋寿命。高炉煤气喷吹间隔时间一般为30120min。喷吹时间即脉冲阀开启的时间。一般喷吹的时间越长,清灰效果越好。实践证明,高炉煤气布袋除尘器低压脉冲喷吹的时间为0.1s较好。在0.1s后,随喷吹时间的增加,除尘器压降几乎不变。

2.5 高炉操作因素及除尘器的管理
高炉煤气参数的稳定是保证布袋除尘器高效的前提,高炉操作要为煤气布袋除尘创造稳定的煤气参数。目前常用于高炉滤袋的滤布最高的瞬时耐温为260qC一300qC,如果炉况不稳定,荒煤气温度时高时低,会造成滤袋烧坏或结露,严重时除尘器停运。生产中发现高炉冶炼压力提高到0、15MPa时,煤气灰吹出量比常压时少得多;炉顶压力波动过大,入炉原料水分过高,影响布袋除尘器的正常运行。因此要努力提高原燃料质量(如精料,成分稳定,粒度均匀,冶金性能良好,炉料结构合理),稳定高炉供风,均匀控制下料速度,才能确保高炉袋式除尘器稳定高效地运行。对国内已有的高炉煤气布袋除尘器运行状况分析,发现其工艺流程、装备水平差不多,但效果差别大,其原因除前述因素外,布袋除尘器的操作与管理影响大。因此要严格按操作规程操作,勤观察,勤检查,发现滤袋破损立即更换,发现阀门故障立即处理,按时清灰、卸灰,按规定程序卸灰等,才能把煤气布袋除尘器用好。

3 结论
高炉煤气的干法除尘技术是21世纪支撑钢铁工业可持续发展的关键综合技术。除选择合适的除尘器外,用户必须了解除尘机理、了解影响除尘效果的因素。选择耐高温,高强度,耐磨抗折,易清灰,抗水防油,防静电的滤布;选择合适的过滤负荷;选择合适的喷吹方式、合适的喷吹压力、喷吹间隔和喷吹时间;提高高炉操作技术和除尘器的管理水平,才能使高炉煤气布袋除尘器的除尘效果达到最佳。