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高炉煤气干法除尘系统优化

时间:2021-09-09 14:27

来源:中国炼铁网

作者:尹作明 杜凤祥

针对武钢5号高炉煤气干法除尘运行中出现的故障,从温度、输灰与清灰周期等方面,分析、优化干法除尘系统运行方式,总结故障后处理经验。

1 概述

武钢的5号高炉煤气布袋除尘技术研究开始于2006年,并于2009年初投运,采用干、湿两用的除尘方式对高炉煤气除尘。其中,干法布袋除尘效率高,节水、环保,煤气质量好,煤气温度高,提高TRT发电效率20%~30%,减少煤洗水用量600吨/小时左右,具有节能、环保双重效益[1]。

5号高炉布袋系统运行十年来,由于高炉煤气温度、压力、流量等参数波动,在实践中遇到除尘灰湿度偏大,造成灰板结、输灰管堵塞等故障[2],不断优化除尘系统运行方式,提高故障处理能力,满足一定工况下的运行稳定性[3]。

2 系统工艺介绍

武钢5号高炉煤气除尘系统由布袋干法除尘及文丘里管湿法除尘组成,除尘后净煤气经TRT发电送入煤气主管。见图1。

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图2-1中,BU为蓄热缓冲器,WT为煤气脱氯塔,湿法除尘为传统文丘里管,此处不做介绍。布袋除尘系统由蓄热缓冲器,φ6032除尘器箱体(14套),过滤系统,脉冲反吹系统,卸、输灰系统,φ4032大灰仓(2套),氮气系统,煤气脱氯塔组成。

蓄热缓冲器设计煤气流量48万~60万Nm3/h,煤气压力0.197~0.247 MPa,内部敷设耐火砖,可以有效控制高炉温度冲击性的波动,在蓄热缓冲器整体蓄热到180℃后,即使其入口煤气温度上升到750℃,且持续五分钟,其出口煤气温度仍能保持在350℃以下,在正常运行过程中对高炉高炉煤气温度波动可有效进行稳定。

除尘器箱体由14套φ6032mm筒体构成,单筒体滤袋数量498条,滤袋规格为φ130×7000,总过滤面积19922m2,滤袋采用玻璃纤维与P84纤维复合材料制作,具有耐高温、过滤风量大、使用寿命长、除尘效率高、耐酸碱、耐腐蚀、化学稳定性好等多种优点。每个箱体设氮气包2个,各设氮气脉冲阀21台;筒体上下部均设有检修人孔;筒体入口、出口均设有蝶阀、插板阀、放散管,可与系统隔离,方便单独处理煤气进行检修。

输灰系统采用浓相气力输灰方式,输灰系统用氮气压力为0.7MPa,其中输灰用氮气减压至0.4MPa使用,气动阀门动力气源用氮气为0.7MPa。每个仓泵带有料位计一台,仓泵本体设有压力变送器一台,气动进料阀(DN200)一台,气动出料阀 (DN100)一台,为防粉尘磨损输灰管,输送管道弯头内衬耐磨陶瓷。仓泵下封头设一流化气室,内装流化盘,流化气室与氮气管道相联,通过加压阀控制氮气的流入,见图2-2。

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氮气系统以武钢氧气公司输送的2.5MPa氮气为气源,建有2座20m3氮气储气罐。氮气经降压、调压后分别供脉冲反吹系统,输灰系统和氮气炮、花格板清扫使用。

在高炉煤气出口进入煤气主管前设有一座洗净塔,该装置在干法除尘运行时开启,溶解高炉煤气中存在的少量酸性气体成分。

3 干法除尘系统的优化

3.1 干法除尘系统运行温度的优化

5号高炉布袋系统入口的荒煤气温度决定了布袋筒体内饱和水量。正常运行条件下,布袋筒体内绝对压力为340kPa左右,该压力下的水蒸气饱和温度为138℃[4]。当温度超过138℃,过热蒸气随煤气出布袋筒体进入净煤气管,在煤气管道冷却后,以液态水形式于冷凝装置排出煤气管道。而当煤气温度低于138℃时,煤气湿度达到一定程度,会形成饱和水附着布袋筒体滤袋上,影响滤袋使用寿命[5]和布袋输灰系统稳定。

当布袋筒体温度低于138℃时,布袋筒体内存在一定量饱和水,当饱和水达到一定量才会对除尘系统产生影响。为提高布袋运行率,采用低温试运行,判断堵管及滤袋损害情况,确定运行方式。

当煤气温度在90℃~100℃时,会造成输灰不畅,但不影响正常运行、滤袋无明显板结灰[6];

当煤气温度低于90℃时,频繁出现堵管、滤袋存在板结灰,即不适合干法运行。

故优化后的运行方式为:

(1)当布袋入口温度在90℃~100℃时,应及时与联系高炉,看高炉能否进行升温运行。

(2)当布袋入口荒煤气温度低于90℃时,操作人员做好干法倒湿法运行准备。

(3)当布袋入口荒煤气温度低于90℃持续超过10分钟时,按倒换规定倒换至湿法运行。

(4)倒湿法运行后,操作人员密切关注VS入口煤气温度,若VS入口煤气温度高于100℃持续1小时以上且比较稳定,则立即倒至干法运行。

3.2 干法除尘系统输灰周期的优化

5号高炉布袋除尘系统采用仓式泵浓相输灰工艺,其具有灰气比高、对管路设施磨损小、能耗低的特点,但如果没有达到浓相输灰的工艺条件,则会造成输灰管磨损破裂,导致除尘灰外泄扬尘,污染环境、影响生产。而要达到浓相输灰工艺要求,则需要确定输灰灰量,输灰时间等。

在浓相气力输灰系统中,一般选择将仓泵的料位控制在1/3~1/2,这样有利于在流化的过程中,氮气与粉尘更好的混合,有利于输送,并在输送的过程中,保证一定的灰气比。

下列计算公式是我们总结经验,得出的计算仓泵输灰时间的公式:

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高炉正常运行过程中,不同煤气温度下,布袋除尘灰量统计为:当煤气温度于90℃~110℃,布袋输灰总量约2.5吨/小时;当煤气温度在110℃~180℃时,布袋输灰总量约3吨/小时;当煤气温度大于180℃时,布袋输灰总量约3.5吨/小时。

此外,布袋粗除尘效果较差、煤气流量持续较大时,布袋输灰总量大于3.5吨/小时。

现5号高炉投运10个筒体,单台仓泵容积为0.6m3,高炉灰堆积密度为1.3g/cm3,忽略粉尘堆积安息角因素,计算单台仓泵在不同工况下的下灰时间为:

(1)输灰量为2.5吨/小时情况下的输灰周期:0.6÷(2.5÷10÷1.3)÷3=1.04h=62.4min

(2)输灰量为3吨/小时情况下的输灰周期:0.6÷(3÷10÷1.3)÷3=0.87h=52min

(3)输灰量为3.5吨/小时情况下的输灰周期:0.6÷(3.5÷10÷1.3)÷3=0.74h=44min

为避免发生堵管和输灰管磨损,优化后的输灰方式为:

(1)当筒体煤气温度在90℃~110℃时,仓泵输灰时间设置为60分钟。

(2)当筒体煤气温度在180℃以内,仓泵输灰时间设置为50分钟。

(3)当输灰总量大于3.5吨/小时或筒体煤气温度高于180℃时,仓泵输灰时间设置为40分钟。

3.3 布袋输灰系统堵塞后处置方法优化

现5号高炉布袋除尘系统为14个筒体,共两排来布置,即1、2、3、4、5、6、7号布置在一排,8、9、10、11、12、13、14号布置在另一排,每一排输灰主管路都可以通过阀门倒换分别向任意一个大灰仓输灰,布袋输灰系统工艺简图如图3-1。现以1—7#一排筒体为例分析如下:

当任一仓泵出现输灰堵管现象,即输灰过程中仓泵内压力无法泄压至0.05MPa以下时,若不及时停运所有仓泵,则会出现其他仓泵灰继续输送至主管,造成输灰主管积灰增加,加压输灰时增加灰板结,使输灰管堵塞加重,严重时需拆除所有主管进行处理。若处理不当,停运仓泵后,先通过加压7#仓泵疏通主输灰管时,由于管段过长,疏通灰量过多、输灰冲击力衰减,导致无法吹通的同时,加重堵塞。故规定采用以下方式进行处理优化:

(1)增加输灰堵管报警系统,便于直接判断系统堵管;

(2)立即停运堵塞单边所有仓泵及助吹;

(3)加压1#仓泵至0.35MPa后,开出料阀疏通1#仓泵至大灰仓段输灰管;

(4)至1#仓泵疏通后,依次疏通2#、3#、4#、5#、6#、7#仓泵,直至完全疏通。

3.4 布袋输灰系统主输灰管堵管检修方案优化

高炉煤气经过布袋除尘后,粉尘经过布袋输灰系统成为除尘灰,故布袋输灰管堵塞成分为高炉煤气粉尘。现通过分析布袋除尘粉尘中的化学成分,见表3-1,找出最佳清堵方法,分析如下:

除尘灰用水浸泡后,试纸检测溶液呈弱碱性,其中K2O 、Na2O易溶于水呈碱性,Al2O3、CaO、MgO微溶于水呈弱碱性,故当用水对除尘灰进行浸泡时,能使板结的除尘灰部分溶于水,板结块能在一定程度上分散;再采用冲洗方式,将分散的除尘灰排干净。同时,由于除尘灰溶于水部分呈弱碱性,对输灰管道无腐蚀作用,故方法可行。

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为实现环保要求,浸泡、冲洗水采用煤循水,冲洗后的煤循水排入集水井,通过泥浆泵返至水站循环利用。通过实践,管道堵塞检修时间减少50小时以上,同时较少拆卸直管劳动强度和人工成本。具体检修步骤如下:

(1)当布袋系统直管段堵塞,通过各仓泵加压确认堵塞管段具体位置,根据具体位置拆卸相应管段的法兰和仓泵后弯管;

(2)在直管段、拆卸的弯管加煤循水浸泡约24小时后,冲洗干净;

(3)一次安装直管段、弯管,用直管段一侧仓泵氮气、助吹进行吹扫,另一侧拆堵板形成对流;

(4)吹扫约20小时后检查各管段情况,干燥后投入布袋系统。

4 小结

武钢有限5号高炉布袋除尘系统,在经过筒体运行温度、输灰周期、输灰管堵塞处置以及输灰主管堵塞检修方案等一系改进、优化,布袋输灰系统管道、阀门使用寿命、布袋除尘系统运行率、检修效率均得到有效改善。

在输灰工艺上,由于输灰系统称重装置设置在大灰仓,无法准确反映输灰管中灰量,输灰过程中只能通过粗略计算固气比,经验公式仍存在一定缺陷。在实际运行过程中,还达不到浓相输灰要求,输灰管道、阀门仍有一定磨损,同时氮气耗量较大。下一步还需进一步优化输灰工艺,找出最优化输灰间隔时间,真正达到浓相输灰技术标准。

5 参考文献

[1]贺智民. 全干法布袋除尘在大型高炉煤气除尘系统上的应用. 节能与环保. 2008年09.

[2]包宏鹏 苏振华. 邯钢老区3200m3高炉干式除尘故障分析与处理. 河北企业. 2015年第12期.

[3]李长连. 干法除尘在高炉上的运用. 冶金动力. 2010年第1期.

[4]严家騄. 水和水蒸气热力性质图表(第二版). 哈尔滨工业大学. 2003年2月.

[5]高鲁平. 高炉煤气布袋除尘的研究和发展. 包头钢铁设计研究院. 1986年第5期.

[6]卢郑汀 刘子祥. 延长3号高炉干法除尘布袋使用寿命. 昆钢科技. 2012年第1期.


编辑:李丹

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