第6章 高炉煤气净化除尘系统

2. 工作原理 工作时溢流水箱的水不断沿溢流口流入收 缩段，保持收缩段至喉口连续地存在一层水膜， 当高速煤气流通过喉口时与水激烈冲击，使水 雾化，雾化水与煤气充分接触，使粉尘颗粒湿 润聚合并随水排出，并起到降低煤气温度的作 用。
3. 溢流文氏管主要设计参数
收缩角 20º～25º 扩张角 6º～7º 喉口长度，mm 300 喉口流速，m/s 50～70 喷水量， 3m3 t/10 3.5～4.0 溢流水量，t/103m3 0.5
6 高炉煤气净化除尘系统
6.1煤气除尘系统概述
一、煤气除500m3 ，其发热值一 般为3360~4200kj/m3，但是，由炉顶排出的煤气中一般 含有20~40mg/m3(标态)的灰尘，如不经净化处理直接送 至用户使用，会造成管道、燃烧器堵塞及设备的磨损，加 快耐火材料的熔蚀，降低蓄热器的效率。

四、煤气除尘工艺的分离
包括湿法除尘和干法除尘两种。
一. 湿法除尘： 1、塔文工艺：
高炉
重力除尘器 洗涤塔
二级文氏管
高压阀组
脱水器
净煤气管网
TRT
2、双文工艺
高炉
重力除尘器
一级文氏管 二级文氏管
高压阀组
脱水器
净煤气管网
TRT
3、环缝洗涤器（比肖夫煤气清洗工艺）
高炉
重力除尘器
环缝洗涤器
脱水器
旁通阀
(6)高炉煤气纯干法布袋除尘占地小，运行费用低。 (7)干式除尘器对介质适应性强，使用范围广。
6.2 煤气除尘设备及原理
6.2.1 粗除尘设备
一. 重力除尘器 1. 除尘原理： 煤气经中心导入管后，气流突然转向，流 速突然降低，煤气中的灰尘颗粒在惯性力和重 力作用下沉降到除尘器底部。
2. 结构示意图
2. 影响除尘效率的因素
（1）喉口处煤气流速：
当耗水量一定时，喉口流速越高则除尘效 率越高；
（2）耗水量有关： 当喉口流速一定时，耗水量多，除尘效率 也相应提高。
3. 特点
处理煤气量大，除尘效率高，出口煤气含 尘量低，但压力损失较大，适用于高压高炉。
二. 静电除尘器
1. 除尘原理： 当气体通过两极间的高压电场时，由 于产生电晕现象而发生电离，带阴离子的 气体聚集在粉尘上，在电场力作用下向阳 极运动，在阳极上气体失去电荷向上运动 并排出，灰尘沉积在阳极上，用振动或水 冲的办法使其脱离阳极。 负极为电晕极，正极为沉淀极。


煤气中的灰尘，又叫瓦斯灰，含铁30~50%，炭10~20%， 回收后可作为烧结原料。 高炉必须设置炉顶煤气余压发电装置，可以充分利用高炉 炉顶煤气的压力能和气体显热进行发电，同时还可提高煤 气质量，减少噪声对环境的污染，是一项环保型的高效节 能装置。
二、煤气除尘设备的分类

粗除尘设备：粒度为100~60μm及其以上的颗 粒除尘设备，除尘后含量<10g/m3；如重力除 尘器、旋风除尘器 半精细除尘设备：粒度为60~20μm及其以上 的颗粒除尘设备，除尘后含量<1g/m3；如洗 涤塔、溢流文氏管（一级文氏管） 粗除尘设备：粒度为<20μm及其以上的颗粒 除尘设备，除尘后含量<10mg/m3；如二级文 氏管、布袋除尘器、静电除尘器
（1）内滤型布袋除尘器

大多数高炉都采用此种布袋除尘器。箱体内装 圆筒形布袋若干条，为内滤式，一座高炉由3 ~6个除尘器组成，也有的采用8~10个箱体。一
般采用玻璃纤维滤袋，直径为230mm,250mm
和300mm三种。高炉容积大的选取较大直径，
布袋长度与直径的比值一般为25~30。
布袋除尘器示意图


三. 评价煤气除尘设备的主要指标： 1. 生产能力
指单位时间处理的煤气量，一般用 每小时所通过的标准状态的煤气体积流 量来表示。
2. 除尘效率 指标准状态下单位体积的煤气通过除 尘设备后所捕集下来的灰尘重量占除尘前 所含灰尘重量的百分数。
m1 m2 100 % m1
式中
——除尘效率，%；
6.2.2 半精细除尘设备
一. 洗涤塔
1. 结构：
内设三层喷水管，每层都设有均布的喷头， 最上层逆气流方向喷水，喷水量占总水量的50 ％，下面两层则顺气流方向喷水，喷水量各占 25％。
结构图：
空心洗涤塔一般由普 通钢板焊制而成。中 间部分为圆形筒体， 上下两端为锥形。上 端锥面平夹角为450 ， 下部锥面水平倾斜角 为600 左右，以便污 泥顺利排出。圆形筒 体直径按煤气流速 1.8~2.5m/s 确 定 ， 高度按气流在塔内停 留 10~15s 时 间 考 虑 。 一般洗涤塔的高径比 为4~5。
1－布袋； 2－反吹管； 3－脉冲阀； 4－脉冲气包；
5－箱体；
6－排灰口
工艺流程是：含尘的煤气由除尘器的进气管进入箱 体，经过分配板进入布袋，将灰尘滤下，煤气穿过布 袋壁进人箱体变成净煤气由出口管引出，当灰膜增厚 到影响过滤时。进行反吹。
反吹有3种方式：放散反吹、调压反吹和加压反吹。
放散反吹通过放散煤气进行反吹，会浪费一部分煤 气，造成二次污染，因此已很少采用;
4、溢流文氏管与洗涤塔相比，具有结构简单、 体积小除尘效率高，水耗小等优点，但是压头损 失和煤气出口温度较高。
6.2.3 精细除尘设备
一. 文氏管（二级）
1. 除尘原理：
与溢流文氏管相同，只是通过喉口部 位的煤气流速（90~120m/s）更大，气体 对水的冲击更加激烈，水的雾化更加充分， 可以使更细的粉尘颗粒得以湿润凝聚并与 煤气分离。
1. 工作原理
含尘煤气以10～20m/s的标态流速从切线 方向进入后，在煤气压力能的作用下产生回旋 运动，灰尘颗粒在离心力作用下，被抛向器壁 积集，并向下运动进入积灰器。
2. 结构示意图
旋风除尘器
3. 特点： 除尘效率可达95%，可以除去大 于20µ m的粉尘颗粒，压力损失较大， 为500～1500Pa。

调压反吹由于易引起炉顶压力波动，且压力控制不 太稳定，往往造成效果不佳，也很少采用;

加压反吹需增加加压机等设施，投资较高，一般为 大型高炉布袋除尘系统采用。



进气方式有两种：上进气式的气流方向和灰尘 降落的方向一致，反吹时有利于灰尘降落，但 灰斗部分易形成煤气死区，温度低，易结露， 卸灰困难;下进气式的反吹效果差，但灰斗温 度高，易卸灰。 为了防止灰尘在布袋上凝结和在箱体壁上结块， 箱体外面应包以耐火纤维、石棉等保温材料， 并在壁上安装振动器，便于卸灰。
2. 结构形式： 有单管式、套筒式和平板式三种类型。
a－单管式；b－板式；c－套筒式
3. 影响除尘效率的因素
（1）荷电尘粒的运动速度。
（2）沉淀极比表面积愈大除尘效率愈高。
概念：沉淀极比表面积是指在1s内净化1m3煤 气所具有的沉淀极面积。 （3）煤气流速与入口煤气含尘量。 （4）喷水冲洗沉淀极上的尘粒，可以提高除 尘效率。 （ 5）灰尘本身的性质和数量。
干式除尘器的特点
(1)高炉煤气采用干法除尘可以多回收和利用煤气显热。 (2)高炉煤气采用干法除尘可以提高煤气的热值和理论燃烧温 度，从而降低了燃料消耗。
(3)高炉煤气采用干法除尘可以节约水、电。
(4)高炉煤气采用干法除尘和干式TRT发电量可增加35%~40 %。
(5)干法除尘效率高。大型高炉干式布袋除尘后净煤气含尘量 一般在3mg/m3 以下，平均不超过1mg/m3 ，而湿式除尘 后 净 煤 气 含 尘 量 一 般 在 5~10mg/m3 ， 有 的 甚 豪 会 超 过 10mg/m3。
（2）脉冲型布袋除尘器

这是一种高效外滤 式布袋除尘器。采 用压缩气喷吹进行 反吹，自动化程度 高，过滤负荷比大 袋滤型高，相对体 积小，效率高。喷 吹气源用氮气或其 他非氧化气体。
工作原理：

含尘煤气由除尘器下部沿箱体壁切线方向，向下成一 定角度进人，在下部形成旋流并上升，此过程能除去 部分粗尘粒。上升旋流在导流板处被阻挡重新分布， 继续上升，到达布袋后粉尘被阻留在袋外，煤气穿过 布袋壁进人袋内，向上由袋口和箱体顶部出口管出箱 体。为防止布袋被气流从外压扁，袋内装有支撑框架。 反吹采用氮气，减压后进入脉冲反吹装置。在装置内， 由 电 磁 阀 控 制 脉 冲 阀 迅 速 开 启 ， 开 启 时 间 为 65 ~85ms。此瞬间氮气通过脉冲阀进入喷吹管，并从管 内小孔垂直向下喷人布袋内，同时从四周带人大量的 净煤气，使袋胀鼓，抖落掉附着在袋外的尘粒，达到 清除灰膜的目的。
（4）排灰装置——螺旋清灰器
螺旋清灰器
1－筒形给料器；2－出灰槽；3－螺旋推进器；4－喷嘴； 5－水和灰泥的出口；6－排气管
3. 特点：
（1）除尘效率可达到80%，可以除去粒度 大于30μm的灰尘颗粒，出口煤气含尘可降 到2～10g/m3； （2）阻力损失较小，一般为50～200Pa。
二. 旋风除尘器
4. 水封排污装置
5. 特点
（1）结构简单，投资小，建设速度快， 不易堵塞，已维修等。 （2）除尘效率80～90％；压力损失80～ 200Pa ，除尘后含尘量<1g/m3。
二. 溢流文氏管 1. 结构
溢流文氏管示意图 1－煤气入口；
2－溢流水箱；
3－溢流口； 4－收缩管； 5－喉口； 6－扩张管
m1、m2——分别为入口和出口煤气标态 含尘量，g/m3
3. 压力降 指煤气压力能在除尘设备内的损失， 以入口和出口的压力差表示。
4. 水的消耗和电能消耗
水、电消耗一般以每处理1000m3标态 煤气所消耗的水量和电量表示。

对高炉煤气除尘设备的要求是:生产能力大， 除尘效率高，压力损失小，耗水量和耗电量少， 密封严和耐高压等。 高炉煤气除尘系统总的发展趋势是降低系统气 流阻损，提高除尘设备的除尘效率，发展余压 透平发电。鉴于干法除尘具有净煤气含尘量低， 多回收炉顶煤气能量等优势，因此，高炉设计 应采用煤气干式除尘装置。