高炉煤气布袋除尘装置

高炉煤气低压脉冲袋式除尘器
采用织物等作滤料的所谓袋式除尘器，袋式除尘器净化含微细粉尘（d p>0.1μm）的气体，除尘效率一般可达99%以上，由于其效率高，性能稳定可靠，操作简单，环保质量标准日趋严格，近几年，国内几乎大大小小高炉都采用袋式除尘器来净化高炉煤气。

一．袋式除尘器基本原理
1．袋式除尘器的滤尘机理包括六种作用
(1)筛滤作用：当粉尘颗粒大于滤料中纤维孔隙或滤料上沉淀的粉尘间的孔隙时，粉尘即被筛滤下来，当滤布上沉积了大量粉尘后，筛滤作用明显增加。

(2)惯性作用：当含尘气流接近滤料纤维时，气流绕过纤维，而大于1μm的尘粒由于惯性作用，仍保持原运动方向，则碰撞到纤维上，从而被捕获。

(3)拦截作用：当含尘气流接近时，较细尘粒仍随气流运动，若尘粒半径大于尘粒中心到纤维边缘的距离时，尘粒即被纤维截住。

(4)扩散作用：当尘粒极为细小（d p<0.2μm），在气体分子热运动的作用下，偏离了流线而作不规则的布朗运动，增加了与纤维接触的机会而被捕获。

(5)重力沉降作用：粒径和比重大的尘粒，在重力作用下能自然沉降下来。

(6)静电作用：一般粉尘和滤料可能带有电荷，当两者带有异性电荷时，则粉尘吸附于滤料上，从而提高了滤料效率，但被吸附的粉尘却难以被清除下来。

惯性作用、拦截作用、扩散作用均随纤维直径的减小而增大，随滤料的孔隙增大而减小，因而所采用的滤料的纤维愈细愈密实，滤尘效果愈好。

2．影响滤尘效率的主要因素
滤料的结构及粉尘层的厚度，由于滤布表面初次粘附层及随后在其上逐渐堆积的粉尘层的滤尘作用，使滤布成为对粗、细粉尘皆有效的过滤材料，过滤效率可达99%以上。

除尘器除尘效率系指同一时间内除尘器捕集的粉尘量与进入粉尘量之百分比，η=（1-C on/C in）×100%（n指标态）。

对粒径为0.2~0.4μm的粉尘，在不同滤料状况下的过滤效率皆最低，这是因为这一粒径范围的尘粒正处于惯性、拦截捕集作用范围的下限，扩散作用范围的上限。

处于粒径为0.2~0.4μm范围的粉尘是最难捕集的。

袋式除尘器的除尘效率高，主要是靠滤料上形成的粉尘层的作用，滤布只不过起着形成粉尘初层和支撑它的骨架的作用，所以控制一定的压力损失而进行清灰时，应保留住粉尘初层，而不能清灰过度，乃至引起效率显著降低。

3．过滤速度、比负荷
袋式除尘器的过滤速度υF是指气体通过滤料的平均速度（m/min或cm/s）。

若以V 表示通过滤布的气体量（m3/h），以A表示滤布面积（m2），则过滤速度可表示成：υF=V/60A（m/min），
比负荷q F指1m2滤布每小时所过滤的气体量m3（气体）/ m2（滤布）：
q F=V/A m3/ m2.h，
显然q F=60υF。

过滤速度、比负荷是表示袋式除尘器处理气体的能力，是个重要经济指标，过滤速度的选择随气体性质和要求的除尘效率不同而异，一般选择范围为0.2~6m/min，从经济上考虑，选用的过滤速度高时，处理相同气体所需的滤布面积越小，除尘器的体积、占地面积和耗钢量越小，但除尘器用力损失和耗电却大。

从滤尘机理看，按费里德兰德（Fridlander）的理论，过滤速度的大小，主要影响惯性碰撞作用和扩散作用，纤维直径愈小，除尘效率愈高，捕集粒径为1μm以下的粉尘时，扩散作用占主导地位，要提高效率，需减小过滤速度，反之若捕集为1~10μm粉尘时，惯性作用占主导地位，为提高除尘效率，则过滤速度取较大值。

所以，过滤细粉尘时滤速υF要取小值，υF=0.6~1.0m/min，对粗粉尘取υF=2 m/min左右，采用脉冲喷吹清灰时，过滤细粉尘时滤速υF要取小值，υF=2~2.5m/min，对粗粉尘取υF=3~6 m/min，气体含尘溶度高取小值，低时取大值。

4．袋式除尘器的压力损失
袋式除尘器的压力损失由清洁滤料的压力损失和其上粘附的粉尘层的压力损失组成。

一般袋式除尘器的压力损失控制在800~4000Pa内。

5．滤料
滤料是袋式除尘器的主要组成部分之一。

根据滤尘机理对滤料要求有：
(1)容尘量大，清灰后能保留一定的永久性容尘，对细粉尘能保持较高的过滤效率。

(2)在均匀容尘状态下，保持相当高的透气性，压力损失较小。

(3)抗皱折性、耐磨性、耐腐蚀性好，机械强度高，高温下尺寸稳定。

(4)吸湿性小，容易清除掉粘附的粉尘。

(5)使用寿命长，成本尽可能低。

滚压（无纺布）针刺毡，为合成纤维制成，除尘效率高，但耐磨、耐折性能差，适用于强力清灰方式的除尘器。

脉冲喷吹袋式除尘器是一种新型高效率除尘器，滤袋的清灰实现了全自动，净化效率在99%以上，压力损失为1200~4500Pa，它具有过滤负荷较高，滤布的磨损和损坏较少，使用寿命长，机械维修工作量小，运行安全可靠等优点，主要缺点是需要0.3~0.6MPa 的喷吹气体作为清灰动力，对高溶度、潮湿的含尘气体净化效果不佳。

6．脉冲喷吹袋式除尘器的结构和操作过程
脉冲喷吹袋式除尘器的滤尘过程为，含尘气体由进气管引入下锥体，分散至除尘器箱体中，透过滤袋变为净气体经喇叭管进入上箱体，从出气管排出。

粉尘逐渐沉积在滤袋外表面上。

清灰过程大致是，由控制系统按程序控制脉冲阀上的排气电磁阀，使脉冲阀背压室与大气相通（泄压），脉冲阀开启，则气包中的压缩空气通过脉冲阀经喷吹管上的小孔喷出（一次风），通过喇叭管诱导（引射）数倍（约5~7倍）一次风的周围的空气（二次风）吹进滤袋，造成滤袋内瞬时正压，急剧膨胀，加之气流的反方向作用，抖落掉积附于滤袋外表面上的粉尘层，落入下部灰斗中，便实现了清灰。

在此过程中，清灰一次叫一个脉冲；一次喷吹的时间称为脉冲时间（喷吹时间）t，一般t=0.1~0.2s；两次脉冲的间隔时间称为脉冲间隔（喷吹间隔）；每分钟的脉冲数称为脉冲频率；全部滤灰完成一个清灰循环的时间称为脉冲周期（喷吹周期）T。

7．喷吹系统的组成和工作原理
喷吹系统由PLC、排气阀（电磁阀）、脉冲阀、喷吹管及压缩气体气包等组成。

每台脉冲除尘器装有几排至十几排滤袋，每排滤袋装有一个执行喷吹清灰的脉冲阀和排气阀，每个脉冲阀连接一根喷吹管，其上有17个喷吹小孔，同时最多喷吹17个滤袋。

脉冲阀是控制系统的执行机构，脉冲阀一端接气包，一端接喷吹管，在阀盖上直接拧上排气阀，排气阀由PLC程序控制，电磁排气阀得电后，活动挡板处于封闭排气孔的位置，气包中的压缩气体通过恒节流孔进入脉冲的背压室。

波纹膜片两侧的气压相等
（均等于气源压强）。

设膜片的面积为F，喷吹口面积为f，则膜片背压侧所受压力Pc=pF+q（q为弹簧压力），膜片喷吹管侧所受压力PA=p(F-f)。

显然Pc>PA，喷吹管被膜片封闭。

当PLC发出信号，电磁排气阀失电后，排气阀的活动挡板即抬起，膜片背压侧与大气相通而迅速泄压。

因而PA>Pc=q，于是膜片被压向背压侧，喷吹管口打开，进行喷吹清灰。

信号消失后，活动挡板恢复至原来封闭气孔的位置上，背压侧又升至气源的压力，膜片从新封住喷吹管口，喷吹即行停止。

二．高炉煤气性质
三．煤气布袋除尘器设计步骤
1．确定设计条件，把高炉长时间正常工作下的压力、温度和煤气体积作为除尘器的设计条件，把高炉最大压力、温度和煤气体积作为考核条件。

2．计算煤气正常工况下的体积V（m3/h）。

3．选择合适布袋和过滤负荷q f（比负荷），过滤负荷范围在30~120m3/m2.h，我们常用在30~50 m3/m2.h之间，实际可选到60 m3/m2.h。

高炉煤气滤袋材质必须耐高温、耐腐蚀和易清灰，目前，高温滤料有美塔斯（METAMAX）耐温204~240°C、莱顿（RYTON）耐温190~220°C、P84（聚酰亚胺）耐温260°C、玻纤针刺毡耐温260~300°C，由于国外产品价格高且性能有缺陷，近年来，国内自行开发的氟美斯系列高温滤料产品，已填补国内空白，性能已达到国际水平，氟美斯即将几种高温纤维如P84、Procon、Basofil等以不同的比例与玻璃纤维混梳理成网，将两层纤维网与玻纤基布复合针刺成毡，将针刺毡用含氟的助剂进行后整理即形成各种类型的氟美斯针刺毡，耐温可达260°C，瞬时达300°C。

氮气喷吹压力为0.5~0.7MPa，喷吹时间一般为0.1~0.2s，过滤速度一般为2~4m/min，视入口含尘浓度高低可按下表选用。

4．计算布袋的总过滤面积A（m2），A=V/q f。

5．确定布袋的规格，我们常用的布袋规格直径Ø130mm，长6000mm，直径Ø130mm 常用，目前脉冲阀的发展，现在长度有7m、8m的滤袋，6m长滤袋清灰效果最好，布袋长度增加可以减少箱体的个数或直径，也就是减少占地面积和工程费用。

6．确定除尘器箱体的直径，我们设计中常用的除尘器箱体规格有Ø3500mm、Ø3800mm、Ø4200mm，另外还有Ø3000mm和Ø5200mm，均配直径Ø130mm长6000mm 的布袋，规格有Ø3500mm、Ø3800mm、Ø4200mm的除尘器袋数分别为186条、226条、284条，Ø3000mm和Ø5200mm的除尘器滤袋数分别为126条、396条，单箱过滤面积分别为308.7 m2、455.55 m2、553.52 m2、695.57 m2和969.88 m2，箱体直径的选择根据计算箱体的个数，选择最经济的箱体直径，另外现场面积也影响箱体的大小和个数。

布袋除尘器简易计算见下表：
高炉煤气干法布袋除尘器计算
Q0(m3/h)T1(°C)P1(kPa)A1(mg/m3)A2(mg/m3)F(m3/m2h)Ø(mm)L(m)s(m2) 280000165170800010381306 2.45 Q(m3/h)B28(条)B35(条)B38(条)B42(条)N28(个)N35(个)N38(个)N42(个) 166381.76612018622628414.99.67.9 6.3 B52(条)N52(个)S
(m2)S35(m2)S38(m2)S42(m2)S52(m)ηΔP(Pa)
28
396 4.5293.90455.55553.52695.57969.880.99884000 7．除尘器箱体的设计，箱体的设计我们参照钢制压力容器设计的有关规定、规范个标准执行，关键在除尘器箱体设计压力的选择，一般我们都是选择高炉炉顶最高工作压力，忽略了泄爆阀压力的选择，有的人还以高炉煤气的爆炸压力作为设计压力，本人认为正确的应该由泄爆阀的压力来确定除尘器箱体的设计压力，按国家标准《钢制压力容器》GB150-1998中附录B“超压泄放装置”B7条确定设计箱体的压力，比如高炉炉顶最高工作压力p w=0.2MPa，（1）确定爆破片的最低标定压力p min，除尘器箱体泄爆片一般用开缝正拱型，p min≥1.25p w=0.25（MPa），（2）计算爆破片的设计爆破压力p b，p b 等于p min加上所选爆破片制造范围的下限（取绝对值），假如爆破片的制造范围为-0.020~0.036MPa，不同的爆破片制造厂家制造范围不同，我们可以在设计中要求，那么，p b=0.25+0.02=0.27MPa，（3）确定箱体的设计压力p，p等于p b加上所爆破片制造范围
的上限，即p=0.27+0.036=0.306MPa，炉顶最高工作压力0.2MPa的高炉煤气除尘器箱体设计压力应为0.306MPa，若选择高炉炉顶最高工作压力作为箱体设计压力，爆破片将处于经常泄爆的压力下。

8．脉冲袋式除尘器喷吹耗用氮气量
喷吹耗用氮气量V=αnV0/T（m3/min），
式中α—安全系数，取α=1.5；
n—滤袋总数（条）；
V0—每条滤袋喷吹一次耗用氮气量，在喷吹压力不小于压力0.6MPa时，V0=0.002~0.025 m3/条。

9．除尘器单体设计中几点要注意
（1）布袋除尘器每个出入口应设有可靠的隔断装置；每个箱体应设有放散管；每个箱体应设有煤气高、低温报警和低压报警装置；箱体向外界卸灰时，应有防止煤气外泄的措施，最后一条即决定是否需要中间灰斗，目前还没有很好的措施可以取消中间灰斗，除非箱体安装的灰位计灵敏度、可靠性很高，且中间灰斗上下两个球阀必须连锁并不能同时打开。

（2）箱体的附件全部选用标准件，如封头、人孔、支座、吊耳、接口法兰等等，建议安装两个上部人孔且相对布置。

（3）箱体脉冲清灰阀气包和喷吹管之间应用球阀隔开。

（4）除尘器的锥体部分应有蒸汽保温，整个箱体和中间灰斗应有外保温。

（5）除尘器的卸灰口易堵塞，建议用氮气脉冲清堵，振动器对除尘器有损害，箱体和中间灰斗各用一套，选用直角脉冲阀。

（6）出口蝶阀参与连锁控制，实现每个箱体离线清灰，出口蝶阀开关到位后进行下一步程序，出口蝶阀和其它煤气进出口阀门同时实现机旁操作和计算机远程控制。

（7）氮气罐前一定要装止回阀，防止氮气罐降压，更主要的是防止煤气进入氮气系统。

（8）汽车装灰位置三面用轻型钢板封闭，汽车一面进出。

10．清灰机构的设计
11．粉尘输送、回收及综合利用系统的设计。

四．高炉煤气布袋除尘器工艺设计
1．工艺布置
一座高炉的煤气布袋除尘器工艺布置成两排并列布置，两排布置方式占地少，除尘器框架结构规整，输灰系统推荐用两排埋刮板机，也可用两套气力输灰。

两座高炉同时建设时，建议两套煤气布袋除尘器并排布置在一起，两座高炉除尘前后的荒煤气管和净煤气各布置在除尘器的外侧，输灰系统用埋刮板机也可用气力输灰。

设四层钢结构平台，一层为中间灰斗基础和操作平台、二层为除尘器基础和进口操作平台、三层为除尘器出口操作平台、四层为除尘器顶部操作平台，埋刮板机设在最底层地面，梯子布置在框架两侧，大灰仓容积按一个班即8小时的灰量设计，约45m3，除尘器整体布置靠近重力除尘器。

2．设施布置
脉冲清灰用氮气罐布置在两个大灰仓中间，氮气罐大小5m3，泄爆阀布置在除尘器顶部，在四层平台下和二层平台上设置四个2吨电动葫芦，轨道一端伸出平台3m，荒煤气和净煤气管布置在除尘器进出口之间，中间不设补偿器，荒煤气与重力除尘器之间也不设补偿器，在进出口管水平端设置普通复式拉杆型补偿器，进出口管与荒煤气、净煤气管之间垂直端尽量短，荒煤气内部喷涂耐磨填料刚玉，厚度约50mm。

进出口阀门建议用气动阀门。

3．设计参考参数
处理煤气量27×104m3/h，入口煤气温度200°C，压力0.2MPa，每个除尘器荷载按30t考虑，含进出口阀门、布袋、积灰等所有荷载，平均分配在每个除尘器上，平台操作荷载250kg/m2，氮气喷吹压力0.4~0.6MPa，清灰周期1小时，布袋压差4000Pa，每天卸灰约40t。

4．测量点设置和程序设计
1．测量点设置
进除尘器荒煤气主管Ø1820×8设置1个测温点，煤气实际温度不大于300°C，温度≥250°C报警，温度≤120°C报警，1个测压点，煤气实际压力不大于0.25MPa。

除尘器本体上下设置各设置1个测温点和测压点，测量范围同上，上下2个灰位测定仪。

中间灰斗设置设置1个测温点，煤气灰实际温度不大于250°C，温度≤80°C报警，上下2个灰位测定仪。

出除尘器净煤气总管Ø1820×8设置1套在线粉尘浓度测定仪，显示浓度值，含尘浓度≥10mg/m3报警，报警值可调，1个煤气流量计，设置1个测温点，煤气实际温度不大于300°C，1个测压点，煤气实际压力不大于0.25MPa，进出除尘器管压力差大于≥3kPa报警，报警值可调。

每个除尘器出口管设1个手工取样点，以分析含尘浓度。

氮气总管Ø60×4，设置1个流量计，1个测压点，氮气实际压力不大于1.6 MPa，现场压力表显示，清灰氮气总管Ø60×4，设1套自动减压设施，压力由1.6 MPa降到0.4MPa，现场压力表显示，阀后管径Ø114×5，进储气罐；气动阀门用氮气总管Ø60×4，设1套自动减压设施，压力由1.6 MPa降到0.4MPa，现场压力表显示，阀后管径Ø89×4.5，进储气罐；
蒸气总管Ø60×4，设置1个测压点，蒸气实际压力不大于1.0 MPa。

以上信号均进入PLC，除尘系统全部由PLC控制。

2．程序设计
除尘系统全部由PLC控制，所有信号均进入PLC。

PLC控制程序：
（1）除尘器正常运行时，设置5个报警，进除尘器前荒煤气≥250°C报警，≤120°C 报警，除尘器进出压力差≥3KPa报警。

（2）除尘器清灰制度，第一种，按进出除尘器煤气管压力差清灰，压力差大于≥3kPa 报警，报警值可调，PLC同时开始清灰操作，10个除尘器按顺序逐个进行，先由1#除尘器开始，第一步关闭1#除尘器出口气动蝶阀，第二步，1#除尘器的14个脉冲阀由1~14#按顺序进行喷吹，每个脉冲阀喷吹时间0.1~0.2s，两个脉冲阀喷吹间隔15s，可调，第三步，14个脉冲阀喷吹完毕后关闭出口气动蝶阀，第四步，1#除尘器出口气动蝶阀打开到位后，进行下一个除尘器的脉冲清灰，重复以上步骤，10个除尘器清灰完毕到下一次清灰开始为1个清灰周期。

另外一种是定时清灰制度，清灰周期时间保持不变，1个清灰周期暂定1h，可调，清灰操作同上，两种清灰制度可以切换，也可以手动自动切换。

当10个除尘器中有1个或2个在换布袋或检修，不参与除尘，不影响清灰程序继续
进行。

（3）除尘器排灰制度，除尘器向中间灰斗自动排灰，第一步，除尘器锥体灰位达到上限灰位计时报警，打开除尘器锥体气动球阀，开始卸灰，第二步，当锥体灰位达到下限灰位计时报警，关闭气动球阀，除尘器停止向中间灰斗排灰。

排灰不畅时，可手动操作锥体清堵直角脉冲阀清堵，排灰可几个除尘器同时进行。

中间灰斗手动排灰，第一步，中间灰斗灰位达到上限灰位计时报警，手动打开斗式提升机和链式埋刮板机，手动打开中间灰斗气动球阀，开始排灰，排灰不畅时可手动操作中间灰斗清堵直角脉冲阀清堵，可以几个中间灰斗同时排灰，注意，除尘器锥体气动球阀和中间灰斗气动球阀必须连锁，不能同时打开，当中间灰斗灰位达到下限灰位计时报警，关闭气动球阀，停止中间灰斗排灰。

（4）除尘器进出口阀门共40个，卸灰球阀共20个，均为气动，只有出口气动蝶阀参与连锁控制，其它阀门均可PLC手动操作。

（5）仪表所信号进入PLC，具体要求由仪表专业提供。