论文部分内容阅读
摘?要 高炉煤气是高炉炼铁时产生的一种剧毒低热值的气体，它是钢铁企业内部生产使用的主要能源，需要除尘后再利用，而高炉煤气除尘系统的设计对其除尘效果具有非常重要的作用，因此，做好高炉煤气除尘系统的设计具有非常重要的意义。本文从高炉煤气除尘工艺的相关概念谈起，然后就高炉煤气除尘系统的相关参数的选择进行说明，最后分别从高炉煤气除尘系统的各个组成部分的设计就高炉煤气除尘系统的设计进行剖析。
关键词 高炉煤气；除尘系统；工艺流程；设计
中图分类号 TF 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0212-01
1 高炉煤气除尘工艺概述
1.1 高炉煤气除尘的必要性
高炉煤气是钢铁企业内部生产使用的主要能源。广泛用于钢厂各加热燃烧系统内。当高炉煤气内部含尘量超过10 mg/m3时，对使用煤气系统造成以下危害。
1）对高炉热风炉系统造成严重损害，堵塞，降低热风炉炉龄，影响高炉生产。
2）造成TRT（余压发电装置）的转子严重磨损，使TRT寿命大幅度降低。
3）对其他的使用高炉煤气燃烧炉（如焦炉加热燃烧系统、轧钢加热炉）造成堵塞，甚至损坏。
1.2 高炉煤气除尘工艺流程说明
高炉煤气经重力除尘后，由荒煤气主管分配到除尘系统的各箱体中，并进入荒煤气室，颗粒较大的粉尘由于重力作用自然沉降而进入灰斗，颗粒较小的粉尘随煤气上升。经过滤袋时，粉尘被阻留在滤袋的外表面，煤气得到净化。净化后的煤气进入净煤气室，由净煤气总管输入煤气管网。
当荒煤气温度大于260℃或低于100℃时，系统将自动关闭所有箱体进口蝶阀，同时打开荒煤气放散阀组，进行荒煤气放散，该过程为无扰切换，并可以有效控制高炉炉顶压力。
随着过滤过程的不断进行，滤袋上的粉尘越积越多，过滤阻力不断增大。当阻力增大到一定值时，电磁脉冲阀启动，进行脉冲喷吹清灰，喷吹气采用氮气，清理的灰尘落入灰斗然后由高压净煤气（或氮气）将灰尘输送至大灰仓，再由汽车运出厂区。
2 高炉煤气除尘系统相关参数的选择
2.1 气量换算
Q=Q标*(273+T)/[273*(1+P)]。其中Q标是设计院提供的气量，T为高炉煤气正常温度，一般选180℃～200℃，P为高炉煤气压力，单位为bar，相当于0.1 MPa。
2.2 选定箱体规格
箱体规格一般与高炉的炉容以及场地的大小有关。其中φ4000 mm箱体过滤面积为580平米，φ5200 mm箱体过滤面积为1003.2 m2或1137.2 m2，φ6000 mm箱体过滤面积为1338或1417.2 m2。
2.3 确定箱体的数量
1）1000 m2以下高炉：X>Q/(0.5*60*S)+2。
2）2500 m2以下高炉：X>Q/(0.4*60*S)+2。
3）2500 m2以上高炉：X>Q/(0.35*60*S)+2。
其中，X为箱体数量，Q为换算后的工况煤气量，S为单个箱体的过滤面积。
3 高炉煤气除尘系统的设计剖析
3.1 除尘箱体的设计
3.1.1 箱体的总体设计说明
除尘器箱体按照GB150《钢制压力容器》进行设计。箱体为圆形筒状结构，直径为φ5232 mm，设计压力为0.3 MPa，箱体材料为Q235-B，壁厚16 mm。在出气支管上设有一套安全放散装置，在检修时打开，用来置换出煤气。箱体进气、出气支管上均安装有大拉杆横向波纹补偿器、气动三偏心蝶阀、带人孔短接、电动盲板阀。箱体上设置一定数量的入孔，方便检修。另外还需要在箱体上设吹扫系统一套，分别设在进、出气口、灰斗底部和格子板上的人孔上，起清除局部积灰和置换作用。
3.1.2 箱体气流分布设计
煤气气流分布的设计是整个除尘系统设计的重点和难点，它设计的好坏直接影响到除尘系统的除尘效果，需要从整个系统来考虑。一般而言，箱体气流分布设计要做好如下几点：
1）荒煤气总管按等速管设计，使进入各个除尘器内的煤气气量均匀。
2）除尘器进口设置导流系统，将进气支管部分伸入除尘器内部。在进口和布袋底部之间设置板，对煤气起导流作用，使煤气均匀向上，在除尘器内分布均匀，同时能防止滤袋掉入灰斗中。
3）除尘器进口与布袋底部净空间设计较高，能让上升的煤气有一定的自均匀的时间和空间。
4）出气口设置在箱体顶部，相比设置在侧面，在结构上使同一箱体内各布袋过滤阻力相同，气流均匀。
3.2 过滤系统的设计
每个箱体包含一套过滤系统，过滤系统主要由滤袋、滤袋安装机构以及花板组件组成。
3.2.1 滤袋
滤料经特殊处理后，用独特的缝制技术缝制而成的圆形桶状物体。滤袋采用满足相关规格要求的复合滤料，过滤性能好、耐高温、强度高、耐磨损。滤袋主要通过筛分作用、惯性作用、扩散作用、黏附作用、静电作用等来捕获粉尘的，除尘效率可达99.9%以上。
3.2.2 安装机构
滤袋上端设有高强度弹性涨圈，它与滤袋缝制在一起，将滤袋牢固地固定在花板上。
3.2.3 花板组件
滤袋龙骨的支撑件和检修平台 ，花板孔采用机械加工的方法获得，保证了花板的加工精度，从而保证了滤袋安装的可靠性。
3.3 脉冲反吹系统的设计
脉冲反吹系统主要包括喷吹气包、脉冲阀、喷吹管、阀门、喷嘴等。脉冲反吹系统在设计时要做到如下两点：
1）喷吹气包为圆形筒状结构，一般在脉冲喷吹后气包内压降不超过原来储存压力的20%。气包按压力容器设计、制造和检验，气包上安有DN100进气口，安全阀、就地压力表、排污阀、放气阀。同时在气包与喷吹管之间要安装检修球阀。
2）每个布袋上方有一个超音速引射喷嘴，保证通过每个喷嘴的气流量差别在±10%以内，每个喷嘴的孔径会不同，远离气包的喷吹孔比靠近气包的喷吹孔径小0.5 mm～1.0 mm。
3.4 卸、输灰系统的设计
卸、输灰系统由除尘器下卸灰阀组、输灰管道、大灰仓、输灰介质气源等组成。其中，输灰管道一般选择为20号无缝钢管内壁衬陶瓷，可以增加管道的耐磨性能。气力输送介质采用氮气或高压净煤气。设在输灰管道前端的两个气动球阀用来控制选用氮气还是高压净煤气作为输灰介质。在每排输灰管道进入大灰仓前，安装一个气动球阀。
卸、输灰系统的效果检测标准应根据温度检测。当灰斗上部热电偶检测温度开始下将并接近下部热电偶检测的温度时，开始卸输灰。当灰斗下部热电偶检测温度开始升高并接近上部热电偶检测的温度时，可断定本箱体的灰已卸完。
3.5 氮气系统的设计
在氮气系统的设计中，氮气气源压力应不小于0.8 MPa。氮气储罐按照压力容器设计、制造。在一台氮气罐后设有3套压力调节系统，调节、稳定氮气的压力。一套压力调节系统将氮气压力调节至0.02 MPa～0.05 MPa，以满足气力输灰的使用要求；一套压力调节系统将氮气压力调节至约0.5 MPa～0.7 Mpa，以满足气动阀门的使用要求；另一套压力调节系统将氮气压力调节至约
0.5 MPa～0.6 Mpa，以满足氮气炮的使用要求。在另一台氮气罐后设有1套压力调节系统，将氮气压力调节至约0.3 MPa～0.4 Mpa，以满足脉冲反吹系统的使用要求。为测定氮气消耗量，应在所有氮气调节系统前分别安装一个流量计。
4 结束语
高炉煤气除尘系统的设计主要包括除尘箱体的设计、过滤系统的设计、脉冲反吹系统的设计、卸、输灰系统的设计以及氮气系统的设计，以上这些高炉煤气除尘子系统之间是相互作用和相互关联的，因此，在进行高炉煤气除尘系统的设计是，需要从整体上做好设计方案的规划，确保整体除尘系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]刘之杰.高炉煤气布袋除尘系统的研究[J].重庆大学学报,2008,6.
[2]寇建斌.2?200 m3高炉湿法除尘系统设计[J].世界金属导报,2009,13.
[3]李志宏.太钢1?800 m3高炉煤气干法除尘自动控制系统设计及应用[J].冶金自动化,2009,12.
关键词 高炉煤气；除尘系统；工艺流程；设计
中图分类号 TF 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)052-0212-01
1 高炉煤气除尘工艺概述
1.1 高炉煤气除尘的必要性
高炉煤气是钢铁企业内部生产使用的主要能源。广泛用于钢厂各加热燃烧系统内。当高炉煤气内部含尘量超过10 mg/m3时，对使用煤气系统造成以下危害。
1）对高炉热风炉系统造成严重损害，堵塞，降低热风炉炉龄，影响高炉生产。
2）造成TRT（余压发电装置）的转子严重磨损，使TRT寿命大幅度降低。
3）对其他的使用高炉煤气燃烧炉（如焦炉加热燃烧系统、轧钢加热炉）造成堵塞，甚至损坏。
1.2 高炉煤气除尘工艺流程说明
高炉煤气经重力除尘后，由荒煤气主管分配到除尘系统的各箱体中，并进入荒煤气室，颗粒较大的粉尘由于重力作用自然沉降而进入灰斗，颗粒较小的粉尘随煤气上升。经过滤袋时，粉尘被阻留在滤袋的外表面，煤气得到净化。净化后的煤气进入净煤气室，由净煤气总管输入煤气管网。
当荒煤气温度大于260℃或低于100℃时，系统将自动关闭所有箱体进口蝶阀，同时打开荒煤气放散阀组，进行荒煤气放散，该过程为无扰切换，并可以有效控制高炉炉顶压力。
随着过滤过程的不断进行，滤袋上的粉尘越积越多，过滤阻力不断增大。当阻力增大到一定值时，电磁脉冲阀启动，进行脉冲喷吹清灰，喷吹气采用氮气，清理的灰尘落入灰斗然后由高压净煤气（或氮气）将灰尘输送至大灰仓，再由汽车运出厂区。
2 高炉煤气除尘系统相关参数的选择
2.1 气量换算
Q=Q标*(273+T)/[273*(1+P)]。其中Q标是设计院提供的气量，T为高炉煤气正常温度，一般选180℃～200℃，P为高炉煤气压力，单位为bar，相当于0.1 MPa。
2.2 选定箱体规格
箱体规格一般与高炉的炉容以及场地的大小有关。其中φ4000 mm箱体过滤面积为580平米，φ5200 mm箱体过滤面积为1003.2 m2或1137.2 m2，φ6000 mm箱体过滤面积为1338或1417.2 m2。
2.3 确定箱体的数量
1）1000 m2以下高炉：X>Q/(0.5*60*S)+2。
2）2500 m2以下高炉：X>Q/(0.4*60*S)+2。
3）2500 m2以上高炉：X>Q/(0.35*60*S)+2。
其中，X为箱体数量，Q为换算后的工况煤气量，S为单个箱体的过滤面积。
3 高炉煤气除尘系统的设计剖析
3.1 除尘箱体的设计
3.1.1 箱体的总体设计说明
除尘器箱体按照GB150《钢制压力容器》进行设计。箱体为圆形筒状结构，直径为φ5232 mm，设计压力为0.3 MPa，箱体材料为Q235-B，壁厚16 mm。在出气支管上设有一套安全放散装置，在检修时打开，用来置换出煤气。箱体进气、出气支管上均安装有大拉杆横向波纹补偿器、气动三偏心蝶阀、带人孔短接、电动盲板阀。箱体上设置一定数量的入孔，方便检修。另外还需要在箱体上设吹扫系统一套，分别设在进、出气口、灰斗底部和格子板上的人孔上，起清除局部积灰和置换作用。
3.1.2 箱体气流分布设计
煤气气流分布的设计是整个除尘系统设计的重点和难点，它设计的好坏直接影响到除尘系统的除尘效果，需要从整个系统来考虑。一般而言，箱体气流分布设计要做好如下几点：
1）荒煤气总管按等速管设计，使进入各个除尘器内的煤气气量均匀。
2）除尘器进口设置导流系统，将进气支管部分伸入除尘器内部。在进口和布袋底部之间设置板，对煤气起导流作用，使煤气均匀向上，在除尘器内分布均匀，同时能防止滤袋掉入灰斗中。
3）除尘器进口与布袋底部净空间设计较高，能让上升的煤气有一定的自均匀的时间和空间。
4）出气口设置在箱体顶部，相比设置在侧面，在结构上使同一箱体内各布袋过滤阻力相同，气流均匀。
3.2 过滤系统的设计
每个箱体包含一套过滤系统，过滤系统主要由滤袋、滤袋安装机构以及花板组件组成。
3.2.1 滤袋
滤料经特殊处理后，用独特的缝制技术缝制而成的圆形桶状物体。滤袋采用满足相关规格要求的复合滤料，过滤性能好、耐高温、强度高、耐磨损。滤袋主要通过筛分作用、惯性作用、扩散作用、黏附作用、静电作用等来捕获粉尘的，除尘效率可达99.9%以上。
3.2.2 安装机构
滤袋上端设有高强度弹性涨圈，它与滤袋缝制在一起，将滤袋牢固地固定在花板上。
3.2.3 花板组件
滤袋龙骨的支撑件和检修平台 ，花板孔采用机械加工的方法获得，保证了花板的加工精度，从而保证了滤袋安装的可靠性。
3.3 脉冲反吹系统的设计
脉冲反吹系统主要包括喷吹气包、脉冲阀、喷吹管、阀门、喷嘴等。脉冲反吹系统在设计时要做到如下两点：
1）喷吹气包为圆形筒状结构，一般在脉冲喷吹后气包内压降不超过原来储存压力的20%。气包按压力容器设计、制造和检验，气包上安有DN100进气口，安全阀、就地压力表、排污阀、放气阀。同时在气包与喷吹管之间要安装检修球阀。
2）每个布袋上方有一个超音速引射喷嘴，保证通过每个喷嘴的气流量差别在±10%以内，每个喷嘴的孔径会不同，远离气包的喷吹孔比靠近气包的喷吹孔径小0.5 mm～1.0 mm。
3.4 卸、输灰系统的设计
卸、输灰系统由除尘器下卸灰阀组、输灰管道、大灰仓、输灰介质气源等组成。其中，输灰管道一般选择为20号无缝钢管内壁衬陶瓷，可以增加管道的耐磨性能。气力输送介质采用氮气或高压净煤气。设在输灰管道前端的两个气动球阀用来控制选用氮气还是高压净煤气作为输灰介质。在每排输灰管道进入大灰仓前，安装一个气动球阀。
卸、输灰系统的效果检测标准应根据温度检测。当灰斗上部热电偶检测温度开始下将并接近下部热电偶检测的温度时，开始卸输灰。当灰斗下部热电偶检测温度开始升高并接近上部热电偶检测的温度时，可断定本箱体的灰已卸完。
3.5 氮气系统的设计
在氮气系统的设计中，氮气气源压力应不小于0.8 MPa。氮气储罐按照压力容器设计、制造。在一台氮气罐后设有3套压力调节系统，调节、稳定氮气的压力。一套压力调节系统将氮气压力调节至0.02 MPa～0.05 MPa，以满足气力输灰的使用要求；一套压力调节系统将氮气压力调节至约0.5 MPa～0.7 Mpa，以满足气动阀门的使用要求；另一套压力调节系统将氮气压力调节至约
0.5 MPa～0.6 Mpa，以满足氮气炮的使用要求。在另一台氮气罐后设有1套压力调节系统，将氮气压力调节至约0.3 MPa～0.4 Mpa，以满足脉冲反吹系统的使用要求。为测定氮气消耗量，应在所有氮气调节系统前分别安装一个流量计。
4 结束语
高炉煤气除尘系统的设计主要包括除尘箱体的设计、过滤系统的设计、脉冲反吹系统的设计、卸、输灰系统的设计以及氮气系统的设计，以上这些高炉煤气除尘子系统之间是相互作用和相互关联的，因此，在进行高炉煤气除尘系统的设计是，需要从整体上做好设计方案的规划，确保整体除尘系统的安全稳定运行。
参考文献
[1]刘之杰.高炉煤气布袋除尘系统的研究[J].重庆大学学报,2008,6.
[2]寇建斌.2?200 m3高炉湿法除尘系统设计[J].世界金属导报,2009,13.
[3]李志宏.太钢1?800 m3高炉煤气干法除尘自动控制系统设计及应用[J].冶金自动化,2009,12.