胡建亮，蓋東興（中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北武漢　430223）

轉(zhuǎn)爐煤氣除塵技術(shù)比較和新干法除塵技術(shù)探析

胡建亮，蓋東興
（中冶南方工程技術(shù)有限公司，湖北武漢430223）

【摘要】轉(zhuǎn)爐煤氣是高溫高含塵煙氣，不論濕法除塵還是干法除塵都要對(duì)其直接噴水降溫，消耗大量冷卻水，同時(shí)轉(zhuǎn)爐煤氣900℃以下顯熱能也白白浪費(fèi)。介紹了現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煤氣除塵技術(shù)，包括濕法、干法以及半干法除塵技術(shù)，比較各自能量消耗。提出轉(zhuǎn)爐煤氣新干法除塵技術(shù)，該技術(shù)能顯著減少系統(tǒng)冷卻水消耗，并提高系統(tǒng)蒸汽回收量。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)爐煤氣；能耗；新干法除塵；陶瓷過濾器

A Comparison of Converter Gas Dust Removal Processes and Probe of New Dry Dust Removal Technology

HU Jianliang，GAI Dongxing
(WISDRI Engineering & Research Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430223, China)

【Abstract】Converter gas is a flue gas with high dust content and high temperature, which is cooled by direct water spray no matter using wet or dry dust removal methods and consumes large amount of cooling water while the sensible heat of the converter gas under 900℃is wasted. The existing converter gas dust removal techniques, including wet, dry and semi- dry dust removal methods, are introduced and their energy consumption performances are compared. A new dry dust removal technology for converter gas is put forward, which can significantly reduce cooling water consumption and increase steam recovery rate.

【Key words】converter gas; energy consumption; new dry dust removal method; ceramic filter

1　研究背景

轉(zhuǎn)爐煤氣是高溫高含塵煙氣，煙氣溫度為1500～1600℃，粉塵主要成分為FeO、Fe2O3、CaO和SiO2等，含塵量達(dá)80～150 g/m3。由于轉(zhuǎn)爐煤氣高溫高含塵特點(diǎn)，使得轉(zhuǎn)爐煤氣的除塵比較困難。轉(zhuǎn)爐煤氣除塵方式從濕法二文除塵，發(fā)展到濕法環(huán)縫除塵，再到現(xiàn)在的干法靜電除塵，在除塵效率及耗電耗水上有了逐漸的進(jìn)步。但目前的干法除塵也有其不足之處。本文介紹了現(xiàn)有除塵技術(shù)，比較各種系統(tǒng)的耗電耗水量，并提出了新干法除塵技術(shù)概念。新干法除塵技術(shù)不僅耗電耗水少，還能回收更多的轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱能，是具有發(fā)展前景的一種轉(zhuǎn)爐煤氣除塵方式。

2　轉(zhuǎn)爐煤氣除塵方式

轉(zhuǎn)爐煤氣除塵主要分為干法除塵、半干法除塵和濕法除塵。轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)生后首先進(jìn)入汽化冷卻煙道，煤氣溫度由1500℃降至900℃，然后再進(jìn)入煤氣除塵系統(tǒng)。

2.1干法除塵

轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，經(jīng)霧化噴嘴噴出水霧將煤氣直接冷卻到200℃，噴水量根據(jù)煤氣放熱量精確控制，所噴出的水霧完全蒸發(fā)；噴水降溫的同時(shí)對(duì)煤氣進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理，使粉塵的比電阻有利于電除塵器的捕集。蒸發(fā)冷卻器可以捕集煤氣中30%左右的粉塵（主要為大顆粒粉塵）。冷卻調(diào)質(zhì)后的煙氣進(jìn)入靜電除塵器，荷電粉塵在電場(chǎng)力的作用下向集塵極運(yùn)動(dòng)并在其上沉積，煤氣含塵量進(jìn)一步降低。凈化后的煤氣再送往煤氣冷卻器降溫到70℃左右。最后根據(jù)煤氣中一氧化碳和氧氣含量決定對(duì)其回收或者放散。

2.2半干法除塵

轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，蒸發(fā)冷卻器霧化噴嘴噴入的水霧完全蒸發(fā)，吸收煤氣熱量，煤氣冷卻降溫至200℃，然后送往環(huán)縫可調(diào)喉口文氏管進(jìn)行精除塵。在文氏管喉口處噴入的循環(huán)水霧化后和煤氣中粉塵充分接觸，粉塵被潤(rùn)濕，含塵水滴進(jìn)入脫水器和煤氣分離，煤氣得到進(jìn)一步除塵。

2.3濕法塔文除塵

轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入噴淋洗滌塔，噴淋洗滌塔通過噴入大量冷卻水將煤氣溫度降至飽和溫度（約70℃）并捕集煤氣中粗顆粒的粉塵，達(dá)到粗除塵的目的。然后轉(zhuǎn)爐煤氣送往環(huán)縫可調(diào)喉口文氏管作進(jìn)一步的精除塵。在文氏管喉口處噴入的循環(huán)水霧化后和煤氣中粉塵充分接觸，粉塵被潤(rùn)濕，含塵水滴進(jìn)入彎頭脫水器和旋流脫水塔，含塵水滴和煤氣分離，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步除塵。環(huán)縫可調(diào)喉口文氏管除了起到除塵作用，還兼作調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)爐爐口微差壓的作用。

2.4濕法二文除塵

轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)入溢流文氏管(一文)，在溢流文氏管噴入大量冷卻水使煤氣溫度降至飽和溫度，同時(shí)除去煤氣中的粗顆粒的粉塵，再進(jìn)入重力擋板脫水器脫水。脫水后進(jìn)入RD矩形文氏管（二文）進(jìn)行精除塵，含塵水滴在彎頭脫水器、旋流脫水器中和煤氣進(jìn)行分離，轉(zhuǎn)爐煤氣實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步除塵。

3　除塵方式比較

3.1干法靜電除塵

轉(zhuǎn)爐煤氣干法靜電除塵有以下缺點(diǎn)：爆炸問題和二次揚(yáng)塵問題。

轉(zhuǎn)爐煤氣在靜電除塵器中滿足爆炸的條件：一氧化碳濃度在爆炸范圍內(nèi)；煤氣溫度為200℃左右，低于一氧化碳在空氣中燃點(diǎn)溫度；靜電除塵器放電過程產(chǎn)生火花。轉(zhuǎn)爐煤氣在靜電除塵器中存在爆炸危險(xiǎn)，因此在靜電除塵器兩端裝有三級(jí)卸爆閥，以保證靜電除塵器內(nèi)壓力的釋放。干法靜電除塵系統(tǒng)對(duì)工人的運(yùn)行操作提出了較高的要求。

轉(zhuǎn)爐干法靜電除塵器通過機(jī)械振打清除積塵板上灰塵。由于有振打，會(huì)引起二次揚(yáng)塵，靜電除塵器出口粉塵濃度只能達(dá)到20～30 mg/m3。

3.2濕法除塵

轉(zhuǎn)爐煤氣濕法除塵主要有以下缺點(diǎn)：耗水耗電量較高，風(fēng)機(jī)故障率較高。

不論是濕法塔文除塵系統(tǒng)還是濕法二文除塵系統(tǒng)，轉(zhuǎn)爐煤氣降溫均采用噴淋洗滌降溫方式。相對(duì)于蒸發(fā)冷卻降溫方式，噴淋洗滌降溫方式消耗大量的濁環(huán)水，并且需要建立單獨(dú)的水處理系統(tǒng)，以對(duì)濁環(huán)水進(jìn)行處理回收。濕法塔文除塵系統(tǒng)采用環(huán)縫可調(diào)喉口文氏管除塵器,用水量較濕法二文除塵系統(tǒng)有所減少。

文氏管除塵器屬于一種高能耗的濕式除塵器。相比靜電除塵器的幾百帕阻力，文氏管除塵器阻力為2～5 kPa，接近靜電除塵器阻力的10倍。濕法二文除塵系統(tǒng)中有兩個(gè)文氏管除塵器，濕法塔文除塵系統(tǒng)中只有一個(gè)環(huán)縫可調(diào)喉口文氏管除塵器，系統(tǒng)阻力較濕法二文除塵系統(tǒng)要低。但濕法除塵系統(tǒng)和干法靜電除塵相比，阻力要高很多，系統(tǒng)引風(fēng)機(jī)耗電量也較干法高。

潮濕的粉塵易粘附于風(fēng)機(jī)葉輪，風(fēng)機(jī)葉輪動(dòng)靜平衡遭到破壞。為避免風(fēng)機(jī)葉輪粘灰，需要定期拆開風(fēng)機(jī)殼體用高壓水沖洗風(fēng)機(jī)葉輪及風(fēng)機(jī)內(nèi)殼。

3.3半干法除塵

轉(zhuǎn)爐煤氣半干法除塵是在轉(zhuǎn)爐煤氣干法和濕法環(huán)縫除塵的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，它結(jié)合了這兩種除塵方式的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)爐煤氣半干法除塵系統(tǒng)只有一個(gè)環(huán)縫可調(diào)喉口文氏管除塵器，系統(tǒng)阻力和濕法塔文除塵系統(tǒng)相當(dāng)，高于干法靜電除塵系統(tǒng)，但由于半干法除塵系統(tǒng)采用蒸發(fā)冷卻方式對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣降溫，系統(tǒng)耗水量較濕法塔文除塵系統(tǒng)要低。半干法除塵系統(tǒng)和濕法除塵系統(tǒng)一樣，也存在風(fēng)機(jī)葉輪粘灰的問題，因此需要定期清洗葉輪和葉殼灰塵。

3.4綜合比較

干法和半干法除塵采用蒸發(fā)冷卻方式，濕法除塵采用噴淋冷卻方式，因此濕法除塵系統(tǒng)除塵降溫耗水量較干法和半干法系統(tǒng)高，另外，濕法除塵系統(tǒng)除了除塵降溫耗水之外，還需要對(duì)脫水彎頭、旋風(fēng)脫水器以及風(fēng)機(jī)葉片等處進(jìn)行噴水清洗，因此濕法除塵系統(tǒng)總耗水量較干法除塵系統(tǒng)高很多。

相比濕法和半干法除塵，干法靜電除塵不需要獨(dú)立的濁水處理系統(tǒng)，節(jié)省了占地空間，但干法除塵煤氣冷卻器進(jìn)口煙氣仍有含塵量（約30 mg/m3），因此煤氣冷卻器旁邊設(shè)有蓄水池，煤氣冷卻循環(huán)水送往水處理站進(jìn)行處理并循環(huán)使用。

干法除塵煤氣出口溫度70℃，濕法除塵煤氣出口溫度60～65℃，兩者均為飽和狀態(tài)。以溫度分別為70℃和65℃的飽和煤氣為例，70℃飽和煤氣比65℃飽和煤氣多帶走水量為93 g/m3，100 t轉(zhuǎn)爐煤氣流量55047 m3/h，計(jì)算得到煤氣多帶走水量為5.1 m3/h。因此，干法除塵補(bǔ)水量略高于濕法除塵。

干法除塵系統(tǒng)阻力約8 kPa，濕法塔文和半干法除塵系統(tǒng)阻力約20 kPa，濕法二文除塵系統(tǒng)阻力約24 kPa。因此，濕法塔文和半干法除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)耗電量相當(dāng)，干法除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)耗電量最少，濕法二文除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)耗電量最高。

4　轉(zhuǎn)爐煤氣新干法除塵技術(shù)

現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煤氣除塵方式均沒有實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣900℃以下溫度顯熱能的回收。轉(zhuǎn)爐煤氣除塵降溫消耗大量的冷卻水，轉(zhuǎn)爐煤氣顯熱能也白白浪費(fèi)，同時(shí)冷卻后的水含有大量粉塵，還需要進(jìn)行水處理。即使干法靜電除塵系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生少量濁環(huán)水，需要送往水處理站進(jìn)行處理回收。

現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煤氣除塵方式均沒有實(shí)現(xiàn)真正的干法除塵，不論是干法靜電除塵還是濕法文氏管除塵，都需要向煤氣中噴入大量水，以抵消煤氣中的大量顯熱。轉(zhuǎn)爐煤氣高溫除塵技術(shù)可以有效解決以上問題。

高溫陶瓷過濾器被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ母邷貧夤谭蛛x技術(shù)。目前已經(jīng)用于國(guó)內(nèi)外發(fā)電和煤化工商業(yè)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，其中包括增壓流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目等。高溫燃?xì)鉁囟确秶?40～900℃，燃?xì)鈨艋康氖潜Ｗo(hù)燃?xì)廨啓C(jī)葉片，使進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)的氣體含塵濃度小于20 mg/m3[1]。陶瓷過濾器供貨商有Schumacher、Westinghouse和Pall等公司，國(guó)內(nèi)也有生產(chǎn)陶瓷過濾器的廠商。

高溫陶瓷過濾器最高耐溫可達(dá)800～900℃，是普通纖維濾料最高耐溫的3倍。和金屬濾料過濾器相比，高溫陶瓷過濾器具有較好的耐腐蝕性和較高的耐熱性。

以下為采用高溫陶瓷過濾的一種除塵方式：轉(zhuǎn)爐煤氣產(chǎn)生后進(jìn)入汽化冷卻煙道，煤氣溫度由1500℃降至900℃，然后進(jìn)入高溫陶瓷過濾器中進(jìn)行除塵，煤氣含塵量由100 g/m3降到20 mg/m3以下，煤氣中帶火星粉塵被除去，凈煤氣已不具備爆炸的條件。900℃煤氣進(jìn)入余熱鍋爐換熱，溫度降至250℃左右（余熱鍋爐換熱經(jīng)濟(jì)溫度），最后進(jìn)入噴淋洗滌塔。煤氣進(jìn)入噴淋冷卻塔時(shí)溫度已經(jīng)較低，因此噴淋洗滌塔中只需噴入少量水，將煤氣溫度降到70℃左右。噴水能除去煤氣中的鹽離子，防止煤氣在管道及設(shè)備中結(jié)垢結(jié)鹽，同時(shí)也保證了煤氣管網(wǎng)及煤氣柜的安全。

由于采用間接冷卻方式，轉(zhuǎn)爐煤氣能夠多產(chǎn)生40%以上的蒸汽，同時(shí)含水量較低的轉(zhuǎn)爐煤氣熱值更高。

圖1　轉(zhuǎn)爐煤氣新干法除塵技術(shù)

5　結(jié)束語

介紹了現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐煤氣除塵方式，比較了各種除塵方式的耗水耗電量，分析了各種除塵方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。提出了一種新干法除塵方式，該除塵方式能夠回收轉(zhuǎn)爐煤氣900℃以下顯熱，耗水耗電量都少于現(xiàn)有除塵方式，是具有發(fā)展前景的一種轉(zhuǎn)爐煤氣除塵方式。

[參考文獻(xiàn)]

[1]姬忠禮.高溫陶瓷過濾元件的研究進(jìn)展[J].化工裝備技術(shù)，2000，3：1－6.

作者簡(jiǎn)介：胡建亮（1985-），男，畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)，碩士研究生學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事通風(fēng)空調(diào)及燃?xì)獬龎m方面的研究工作。

收稿日期：2014－10－20

【中圖分類號(hào)】TQ546.5

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764(2015)04-0013-03