高炉煤气净化设施设计(design of blast furnace gas cLEAning facilities)

对经高炉重力除尘器处理过的粗煤气(荒煤气)进行降温、除尘、脱水的净化设施设计。使经净化后的煤气质量达到贮存加压、输送和用户使用的要求。

简史   20世纪初常压高炉常用洗涤塔净化高炉煤气，到50年代开始采用文氏管(Venturiscrubber)。高压高炉为采用二级文氏管净化创造了条件。1966年联邦德国开发的巴姆柯(Bammco)除尘器在法国于齐诺尔•德南(Usinor Denain)厂投产。到20世纪80年代这种装置在全世界有20余套在生产。1970年联邦德国制造的比肖夫(Bischoff)洗涤器在卢森堡阿尔贝尔德市埃施一贝尔瓦尔(Esch Belval)厂投产。这种系统也成为世界上广为采用的净化系统。20世纪80年代日本为扩大高炉炉顶煤气余压发电(TRT)能力，先后在住友金属小仑厂与日本钢管福山厂的高炉上，在湿法系统之外，增设了干式布袋除尘器与干式电除尘装置，分别于1982年与1985年投产。中国高炉煤气净化技术也经历了从常压高炉洗涤塔、文氏管到高压高炉二级文氏管的发展。300m3高炉采用了玻璃布袋于法净化系统。20世纪80年代1000m3与3200m3高炉也引进了干式布袋与干式电除尘净化系统，该系统亦留有辅助的湿法系统。

争化方法分类   分湿法和干法两类。湿法常用洗涤塔、文氏管系统或二级文氏管系统(图1)。常压高炉有时须增设电除尘器；高压高炉须设减压阀组等设备(湿法净化系统的除尘、降温效率可见表3)。

干法有玻璃布袋除尘、耐热尼龙布袋除尘(BDC)和干式电除尘(DEP)三种系统。三种系统的特征参数见表1。

高压大高炉干式除尘系统常伴有干式余压发电装置(见高炉炉顶煤气余压发电设计)其入口温度控制在125～175℃。设洗净塔的系统主要是为了继续清除煤气中的氯离子并将成品煤气温度降至40℃左右。(图2)

净化设备   洗涤塔是集降温与除尘为一体的设备。煤气在塔内经汽化冷却与冷凝冷却，并清除粗颗粒灰尘。洗涤塔内气水逆流，水单耗3.5kg/m3，出塔煤气温度45～50℃，含尘量约100mg/m3。空心洗涤塔的容积传热强度约1465kJ/(m3•h•℃)，压力损失约0.5KPA。

文氏管是气水并流的除尘冷却装置，通过其喉口湍流段，尘粒进入液相与雾化水滴凝成大颗粒，经脱水器脱除。文氏管的除尘效率随压力降而变化(图3)。为了在高炉煤气量变化时维持较稳定的除尘效果，可采用可调喉口文氏管。可调喉口文氏管有双翼板、锥形铊和RD型转子三种。RD型可调喉口文氏管阻力小，使用较普遍。脱水器有重力式、塑料环填料式、旋流板式、丝网式和伞旋式几种。其中以置于减压阀组之前的塑料环填料式脱水器，在减压阀组不喷水时的效果为最佳，净煤气机械水含量在7g/m3左右。

减压阀组一般由3～4个蝶阀组成，当高炉不设TRT时用其控制高炉炉顶压力；当高炉设置TRT时减压阀组宜采用液压驱动与TRT共同控制高炉炉顶压力。喷水减压阀组有明显的除尘效果。为降低清洗区的噪音，减压阀组一般设在隔音房内。不喷水减压阀组后常设阻抗式消音器，加上减压阀组前后管道与设备外部做隔音包扎，噪音可控制在85dB(A)左右。

净化区后切断煤气的设备可用插板阀或快速水封阀，大高炉常用后者。快速水封阀由U型水封、高位水箱、水池、水泵组成，可在3min内将煤气切断。

常压高炉的湿式电除尘器有管式、板式与套筒式几种，主要设计参数为：

煤气流速            工作电压           电量电流           冲水量

   m/s                kV                  mA               kg/m3

  1～2               50～60            0.35～0.7          0.5～2.3

巴姆柯装置是将一级双翼可调文氏管、重力脱水器、多根二级双翼可调文氏管组合在一个筒体内的除尘装置，并将第二级文氏管的排水供给一级文氏管用，使结构紧凑，沉淀处理的水量少。

比肖夫装置是将空心洗涤塔、多根锥形铊可调喉口文氏管、脱水器组合于一个塔体内的除尘装置，有结构紧凑、压力损失小，冷却除尘可靠的特点。

布袋除尘器为圆筒形外壳，内挂耐热尼龙针刺毡布袋或玻璃布布袋。过滤速度为1～1.5m/min。温控装置在重力除尘器(或炉顶)处设两组高压回流喷嘴，用高压水泵供水，回流调节阀稳压，自动控制煤气降温，并维持喷水全部蒸发。布袋除尘器用加压后的净煤气反吹除灰。干灰经中间灰仓用电动或气动阀间歇排出。大型高炉干式净化系统也可设干灰分级机将含ZnO较多的细灰分出，粗灰可作烧结矿原料。干灰可用汽车或管道输送。

蓄热缓冲器在圆筒壳体内填格子砖，当高炉操作出现管道事故时能将进干式电除尘器的煤气温度控制在350℃以下，高炉正常生产时也能减少煤气温度的波动。干式电除尘器用针刺电晕极与c型板集尘极，用硅整流器脉冲供60kV直流电。干式电除尘器集尘极有振打装置，底部干灰用摇摆式刮板机排灰，用密封式螺旋输送机将灰排至密封装置与输出装置。有3个电场的干式电除尘器除尘效率可达99.9％。

净化方法选择   根据高炉连续运行的要求、炉容和炉顶压力条件选择煤气净化方法。容量在300m3及以下高炉宜选用常压干式玻璃布袋除尘装置。锰铁高炉采用冷却文氏管、洗涤塔、电除尘系统。容量在600m3及以上高炉可按建厂具体条件选择干法或湿法净化系统，1000m3以上高压高炉可配置TRT。

净化设备布置   净化区与高炉重力除尘器毗邻，净化设备一般按工艺流程顺气流方向布置。1000m3以上高炉煤气净化区常包括TRT装置用地。净化区还设有剩余高炉煤气放散装置、高炉加料回压煤气管、煤气含尘量测定装置、保安用氮气与蒸汽喷射吹扫系统和控制、通讯联络设施。区域设备布置在安全上须符合有关规程规范的要求。高炉煤气净化设施主要指标见表3。