高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)是21世紀(jì)高爐實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)的重要。與傳統(tǒng)的高爐煤氣濕式除塵技術(shù)相比，干式布袋除塵技術(shù)提高了煤氣凈化程度、煤氣溫度和熱值，可以顯著降低高爐生產(chǎn)過(guò)程中的新水消耗和動(dòng)力消耗，還可以提高爐頂煤氣余壓發(fā)電量和二次能源的利用效率，減少環(huán)境污染，是鋼鐵工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)途徑，已成為當(dāng)今高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展方向。
　　一、高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
　　20世紀(jì)80年代我國(guó)煉鐵工作者總結(jié)了高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用實(shí)踐，自主了高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術(shù)，在我國(guó)300m3級(jí)高爐上進(jìn)行試驗(yàn)并取得成功，使這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術(shù)在我國(guó)中小型高爐上推廣應(yīng)用，21世紀(jì)初新建的1000m3級(jí)的高爐相繼采用此項(xiàng)技術(shù)，目前已推廣應(yīng)用到數(shù)十座2000~5500m3級(jí)大型高爐上。
　　目前，我國(guó)自主的高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)在設(shè)計(jì)、、工程集成及生產(chǎn)應(yīng)用等方面已取得突破性進(jìn)展，該項(xiàng)技術(shù)取代了傳統(tǒng)的高爐煤氣濕式除塵工藝，而且為數(shù)眾多的大型高爐采用了煤氣“全干式”除塵工藝，   擺脫了傳統(tǒng)的煤氣濕式除塵備用系統(tǒng)。我國(guó)已了低壓脈沖噴吹清灰、煤氣溫度控制、煤氣含塵量在線監(jiān)測(cè)、煤氣管道系統(tǒng)及除塵灰濃相氣力輸送等關(guān)鍵技術(shù)，使大型高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)日臻完善。
　　二、高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)原理
　　1、高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)工藝流程
　　布袋除塵技術(shù)   早應(yīng)用于環(huán)境除塵。高爐煤氣是易燃、易爆的有毒氣體，而且處理流量大、溫度波動(dòng)大、系統(tǒng)壓力高、粉塵含量高，采用布袋除塵技術(shù)具有很高的技術(shù)難度和風(fēng)險(xiǎn)。布袋除塵技術(shù)基于纖維過(guò)濾理論，將其應(yīng)用在高爐煤氣除塵系統(tǒng)，代替了高爐煤氣用水清洗的濕式除塵技術(shù)，迄今已發(fā)展成為高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術(shù)。
　　高爐煤氣干式布袋除塵系統(tǒng)工藝流程：高爐冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的煤氣經(jīng)導(dǎo)出管、上升管和下降管進(jìn)入重力除塵器(或旋風(fēng)除塵器)，經(jīng)過(guò)重力除塵后的荒煤氣經(jīng)荒煤氣總管及支管進(jìn)入各個(gè)干式布袋除塵器。經(jīng)干式布袋除塵器凈化處理后的凈煤氣經(jīng)凈煤氣支管進(jìn)入到凈煤氣總管，再通過(guò)余壓發(fā)電裝置(TRT)或減壓閥組減壓后進(jìn)入煤氣管網(wǎng)，供鋼鐵廠作為二次能源利用。
　　2、高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術(shù)原理
　　(1)高爐煤氣布袋除塵過(guò)濾機(jī)理。高爐煤氣經(jīng)過(guò)重力除塵器或旋風(fēng)除塵器進(jìn)行粗除塵以后，煤氣中大顆粒粉塵被捕集，煤氣含塵量一般可以降低到10g/m3左右。經(jīng)過(guò)粗除塵以后的煤氣還需要進(jìn)行凈化處理，使煤氣含塵量降低到10mg/m3以下。未經(jīng)凈化處理的高爐煤氣中懸浮著形狀不一、大小不等的微細(xì)粉狀顆粒，是典型的氣溶膠體系。高爐煤氣布袋除塵的過(guò)濾機(jī)理基于纖維過(guò)濾理論，其過(guò)濾過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：當(dāng)含塵煤氣通過(guò)潔凈布袋時(shí)，在擴(kuò)散效應(yīng)、直接攔截、重力沉降及篩分效應(yīng)的共同作用下，   行的是布袋纖維對(duì)粉塵的捕集，起過(guò)濾主導(dǎo)作用的是纖維，然后是阻留在布袋纖維中的粉塵與纖維一起參與過(guò)濾，此過(guò)程稱為“內(nèi)部過(guò)濾”；當(dāng)布袋纖維層的粉塵達(dá)到   容量以后，粉塵將沉積在布袋纖維層表面，在布袋表面形成   厚度的粉塵層，布袋表面的粉塵層對(duì)煤氣中粉塵的過(guò)濾將起到主要作用，此過(guò)程稱為“表面過(guò)濾”。在布袋除塵的實(shí)際運(yùn)行中，表面過(guò)濾是主導(dǎo)的過(guò)濾方式，對(duì)高爐煤氣布袋除塵技術(shù)具有重要意義。
　　(2)脈沖噴吹清灰機(jī)理。布袋除塵器工作時(shí)，其阻力隨布袋表面粉塵層厚度的增加而加大，當(dāng)阻力達(dá)到規(guī)定數(shù)值時(shí)，就   及時(shí)   附著在布袋表面的灰塵。清灰的基本要求是從布袋上均勻地剝落沉積的粉塵，而且又要求在布袋表面能保持   厚度的粉塵層。清灰是布袋除塵器正常工作的重要因素，常用的清灰方式械清灰、反吹清灰和脈沖清灰。用于高爐煤氣布袋除塵的方式主要是反吹清灰和脈沖清灰，兩者的主要技術(shù)特征如下：①反吹清灰是利用與過(guò)濾氣流相反的氣流使布袋變形造成粉塵層脫落的一種清灰方式，日本高爐煤氣干式除塵系統(tǒng)均采用布袋反吹清灰方式。我國(guó)在20世紀(jì)80~90年代由日本引進(jìn)的太鋼3號(hào)高爐(1200m3)、   鋼2號(hào)高爐(1327m3)、攀鋼4號(hào)高爐(1350m3)煤氣干式布袋除塵系統(tǒng)均采用此種工藝。反吹清灰采用大規(guī)格布袋，布袋直徑為300mm，長(zhǎng)度為10m。含塵荒煤氣由箱體下部進(jìn)入布袋內(nèi)部過(guò)濾后到達(dá)箱體上部，即所謂“內(nèi)濾式布袋除塵”，除塵后的凈煤氣進(jìn)入箱體頂部的凈煤氣支管，再匯集到凈煤氣總管。為了進(jìn)行布袋清灰，采用凈煤氣加壓反吹清灰工藝，由凈煤氣管道引出凈煤氣，經(jīng)反吹風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入除塵器箱體，煤氣流反向流動(dòng)，由布袋外部進(jìn)入布袋，將沉積在布袋內(nèi)壁的灰塵吹落，完成清灰過(guò)程，反吹清灰一般采取離線清灰方式。②我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，將脈沖清灰技術(shù)應(yīng)用于高爐煤氣布袋除塵工藝，并使這項(xiàng)技術(shù)推廣應(yīng)用。與反吹清灰工藝不同，脈沖清灰采用小規(guī)格布袋，布袋直徑一般130~160m，長(zhǎng)度為6~7m。含塵荒煤氣由箱體下部進(jìn)入箱體，經(jīng)布袋外部過(guò)濾后進(jìn)入布袋內(nèi)部，即所謂“外濾式布袋除塵”。除塵后的凈煤氣由布袋內(nèi)部進(jìn)入箱體上部的凈煤氣支管，再匯集到凈煤氣總管。脈沖除塵的布袋內(nèi)部設(shè)有的骨架結(jié)構(gòu)，以支撐布袋在工作時(shí)始終保持袋狀，不致被壓扁而失效。脈沖清灰是利用加壓氮?dú)饣蛎簹?壓力為0.15~0.60MPa)在短的時(shí)間內(nèi)(不大于0.2s)由布袋袋口高速噴入布袋內(nèi)，同時(shí)誘導(dǎo)大量煤氣，在布袋內(nèi)形成氣波，使布袋從袋口到袋底產(chǎn)生急劇膨脹和沖擊振動(dòng)，具有的清灰作用。脈沖噴吹清灰沖擊強(qiáng)度大，而且其強(qiáng)度和頻率都可以調(diào)節(jié)，提高了清灰效果，系統(tǒng)阻力損失低，動(dòng)力消耗少，還可以實(shí)現(xiàn)布袋過(guò)濾時(shí)在線清灰，在處理相同煤氣量情況下，布袋過(guò)濾面積比反吹清灰要低。
　　三、高爐煤氣干式布袋除塵關(guān)鍵技術(shù)的與
　　高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)是一項(xiàng)集成技術(shù)，涉及冶金、機(jī)械、化纖紡織、燃?xì)?、自?dòng)化檢測(cè)與控制等多個(gè)工程技術(shù)。為提高系統(tǒng)運(yùn)行的性，不斷優(yōu)化工藝裝備，對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了，解決了一系列工程設(shè)計(jì)、設(shè)備制造、施工建設(shè)及生產(chǎn)操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，提高了整體技術(shù)裝備水平和控制水平，實(shí)現(xiàn)了向型高爐推廣應(yīng)用的技術(shù)突破。
　　1、工藝流程優(yōu)化和技術(shù)參數(shù)的確定
　　高爐煤氣干式布袋除塵工藝流程的合理設(shè)計(jì)是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，要遵循流體設(shè)計(jì)的基本原則，合理布置除塵器和煤氣管道。煤氣管道的布置和設(shè)計(jì)直接影響到除塵器內(nèi)氣流分布和阻力損失的均勻性，對(duì)進(jìn)入各除塵器的煤氣量及粉塵量要均勻分配。除塵器應(yīng)采用雙排并聯(lián)布置方式，含塵煤氣和凈煤氣總管設(shè)置在兩排除塵器中間，通過(guò)支管與除塵器聯(lián)接。煤氣管道按等流速原理設(shè)計(jì)，使進(jìn)入每個(gè)除塵器的煤氣量分配均勻，而且整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)做到工藝布置緊湊、流程短捷順暢、設(shè)備檢修維護(hù)便利。除塵器采用低過(guò)濾速度設(shè)計(jì)理念，通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)仿真計(jì)算，分析除塵器內(nèi)流場(chǎng)分布。根據(jù)數(shù)學(xué)仿真計(jì)算結(jié)果，確定合理的氣流速度和氣流方向，在除塵器內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板，優(yōu)化除塵器結(jié)構(gòu)，使煤氣在除塵器內(nèi)的流場(chǎng)均勻分布，除塵器內(nèi)的布袋在煤氣流動(dòng)均勻平穩(wěn)的工況下工作，這是大型高爐煤氣布袋除塵器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。合理確定除塵器過(guò)濾面積、過(guò)濾速度、氣流上升速度、阻力損失及清灰周期等技術(shù)參數(shù)，特別是對(duì)于爐頂壓力較高的大型高爐，煤氣工況流量、壓力、溫度和過(guò)濾速度等參數(shù)的合理設(shè)計(jì)是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵要素。技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐表明，大型高爐煤氣布袋除塵的工況過(guò)濾速度一般應(yīng)控制在0.5m/min以下。
　　2、濾布的選擇
　　濾布是布袋除塵過(guò)濾粉塵的介質(zhì)，濾布的材質(zhì)和性能對(duì)高爐煤氣干式布袋除塵系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和性具有重要影響。由于高爐煤氣溫度高且不穩(wěn)定，煤氣中含有水分，煤氣的相對(duì)濕度隨原燃料條件和高爐操作條件變化較大，煤氣中還含有腐蝕性介質(zhì)。因此，濾布的選擇要適合高爐煤氣特點(diǎn)，要求濾布除塵、和性好、耐水解性好且使用壽命長(zhǎng)。目前適用于高爐煤氣干式布袋除塵系統(tǒng)的典型濾布有玻璃纖維、薄膜復(fù)合芳香聚酞胺針刺氈(Nomex)、FMS復(fù)合針刺氈、聚酞亞胺(P84)及聚四氟乙烯(PTFE)復(fù)合針刺氈等，實(shí)際應(yīng)用中要綜合煤氣工況和粉塵的特點(diǎn)，合理選擇性能優(yōu)良的濾布。
　　3、煤氣溫度控制技術(shù)
　　煤氣溫度控制是干式布袋除塵技術(shù)的關(guān)鍵要素，正常狀態(tài)下，煤氣溫度應(yīng)控制在80~220℃，煤氣溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。當(dāng)煤氣溫度達(dá)到250℃時(shí)，超過(guò)一般布袋的   使用溫度，布袋長(zhǎng)期在高溫條件下工作，會(huì)出現(xiàn)異常破損甚至燒毀。由于煤氣中含水，當(dāng)煤氣溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，煤氣中的水蒸氣發(fā)生相變凝結(jié)為液態(tài)，出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，造成布袋薪結(jié)。因此，采用煤氣干式布袋除塵技術(shù)，高爐操作要   加重視爐頂溫度的調(diào)節(jié)控制。
　　高爐爐頂溫度升高時(shí)可采取爐頂霧化噴水降溫措施，同時(shí)在高爐荒煤氣管道上設(shè)置熱管換熱器，用軟水作為冷卻介質(zhì)，通過(guò)熱管換熱使軟水汽化吸收高溫煤氣的熱量，降低煤氣溫度。實(shí)踐表明，此項(xiàng)技術(shù)措施可解決煤氣高溫控制的技術(shù)難題，煤氣溫度能夠降低50~90℃。
　　如果煤氣溫度過(guò)低則要采取綜合措施，提高入爐原燃料質(zhì)量、降低入爐原燃料水分、加強(qiáng)爐體冷卻設(shè)備監(jiān)控、合理控制爐頂溫度和荒煤氣管道保溫等技術(shù)措施都能取得成效。特別在高爐開(kāi)爐、復(fù)風(fēng)時(shí)要注重煤氣溫度的控制，降低煤氣的含水量，將煤氣溫度控制在露點(diǎn)溫度以上20~30℃。目前已成功出煤氣低溫狀態(tài)的   加熱裝置，利用蒸汽作為煤氣加熱介質(zhì)，通過(guò)熱管換熱將蒸汽熱量傳遞給煤氣，可以使煤氣溫度提高到露點(diǎn)溫度以上，水分凝聚灰塵勃結(jié)布袋。這種煤氣溫度控制裝置可以控制煤氣高溫和低溫的異常狀況，使高爐煤氣干式布袋除塵系統(tǒng)可以適應(yīng)多種工況條件，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和性。京唐1號(hào)高爐煤氣溫度控制裝置的工藝原理如圖5所示。
　　4、煤氣含塵量在線監(jiān)側(cè)技術(shù)
　　煤氣含塵量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是監(jiān)控高爐煤氣干式布袋除塵系統(tǒng)、爐頂煤氣余壓發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要檢測(cè)設(shè)備。高爐煤氣含塵量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用電荷感應(yīng)原理，在流動(dòng)的高爐煤氣中，粉塵顆粒因磨擦、碰撞產(chǎn)生靜電荷，形成靜電場(chǎng)，靜電場(chǎng)的變化即可反映煤氣含塵量的變化。煤氣含塵量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量靜電荷的變化，從而推斷出煤氣中含塵量的數(shù)值，以此判定布袋除塵系統(tǒng)的運(yùn)行是否正常。當(dāng)布袋出現(xiàn)破損時(shí)，凈煤氣管道中含塵量增加，靜電荷量強(qiáng)度增大，電荷傳感器可以及時(shí)檢測(cè)到電荷量值并輸出到變送器，實(shí)現(xiàn)煤氣含塵量自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)。
　　5、煤氣管道系統(tǒng)技術(shù)
　　采用高爐煤氣干式布袋除塵技術(shù)后，凈煤氣冷凝水中的氯離子含量顯著升高，這主要是由于高爐原燃料中的氯化物在高爐冶煉過(guò)程中形成氣態(tài)的HCl。當(dāng)煤氣溫度達(dá)到露點(diǎn)溫度時(shí)，氣態(tài)HCl與冷凝水結(jié)合，形成酸性水溶液而引起酸腐蝕。在潮濕的中性環(huán)境中，煤氣中的氯離子也會(huì)對(duì)煤氣管道和不銹鋼波紋補(bǔ)償器產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕、應(yīng)力腐蝕和局部腐蝕。通過(guò)檢驗(yàn)分析采用干式布袋除塵技術(shù)的凈煤氣冷凝水發(fā)現(xiàn)，冷凝水中氯離子含量高達(dá)1000mg/L，煤氣冷凝水的pH值低于7，有時(shí)甚至達(dá)到2~3，對(duì)煤氣管道和波紋補(bǔ)償器具有強(qiáng)腐蝕性，會(huì)造成煤氣管道系統(tǒng)異常腐蝕。
　　為了煤氣管道系統(tǒng)的異常腐蝕，對(duì)煤氣管道波紋補(bǔ)償器的腐蝕機(jī)理進(jìn)行了分析，采取了以下措施：
　　(1)對(duì)不銹鋼波紋補(bǔ)償器的材質(zhì)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，將波紋補(bǔ)償器材質(zhì)由奧氏體不銹鋼316L改進(jìn)為耐氯離子腐蝕的不銹鋼Incoloy825，提高了材質(zhì)的抗酸腐蝕性能。
　　(2)在煤氣管道內(nèi)壁噴涂涂料，使金屬管道與酸性腐蝕介質(zhì)隔離，管道異常腐蝕。
　　(3)為了脫除高爐煤氣中的氯化物，了氯化物脫除裝置，應(yīng)用化學(xué)和物理吸附原理，脫除高爐煤氣中的氯化物。在凈煤氣管道上設(shè)置噴灑堿液裝置，使堿液與高爐煤氣充分接觸，降低煤氣中的氯化物含量。
　　6、除塵灰濃相氣力輸送技術(shù)
　　高爐煤氣布袋除塵灰的收集輸送是影響系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵因素，傳統(tǒng)的機(jī)械式輸灰工藝存在著諸多技術(shù)缺陷。除塵灰氣力輸送技術(shù)利用氮?dú)饣騼裘簹庾鳛檩d氣輸送除塵灰，將每個(gè)布袋除塵器收集的除塵灰通過(guò)管道輸送到灰倉(cāng)，再集中抽吸到罐車(chē)中運(yùn)送到燒結(jié)廠回收利用，實(shí)現(xiàn)了除塵灰全程密閉輸送，解決了傳統(tǒng)機(jī)械輸灰工藝的技術(shù)缺陷，優(yōu)化了工藝流程，降低了能源消耗，減少了二次污染，攻克了輸灰管道磨損等技術(shù)難題。
　　大型高爐采用煤氣干式布袋除塵技術(shù)是煉鐵技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)煉鐵工業(yè)   低耗、節(jié)能減排、降低水資源消耗、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要支撐技術(shù)。通過(guò)系統(tǒng)和技術(shù)集成，我國(guó)已經(jīng)掌握了大型高爐煤氣干式布袋除塵的關(guān)鍵技術(shù)，并在1000~5500m3大型高爐上成功應(yīng)用。我國(guó)自主的高爐煤氣低壓脈沖噴吹干式布袋除塵技術(shù)在工藝流程和除塵器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、煤氣溫度控制、管道系統(tǒng)、除塵灰氣力輸送及數(shù)字化控制系統(tǒng)等方面均取得突破，在生產(chǎn)實(shí)踐中取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。