高炉煤气净化系统新技术研究与应用

高炉煤气净化系统新技术研究与应用
闫永章，刘兆兴，陈祥花，孔令荣
（济南钢铁集团总公司，山东济南250101）
摘要：济钢第二炼铁厂针对原高炉煤气净化系统处理能力不足等问题，研制了新的煤气净化系统。

该系统采用单根文氏管、串联花环、丝网脱水器湿法除尘，取代原串联文氏管电除尘净化工艺。

应用表明，新系统运行安全，净煤气含尘量小于10mg/m3，含水量小于5g/m3，高炉风温提高90℃。

关键词：煤气净化系统；文氏管；脱水器；丝网脱水器
中图分类号：TF547.2文献标识码：B文章编号：1004-4620(2003)02-0068-03
Research and Application of New Technology
on BF Gas Purification System
YAN Yong-zhang, LIU Zhao-xing, CHEN Xiang-hua, KONG Ling-rong
(Jinan Iron and Steel Group,Jinan 250101,China)
Abstract：Aiming at the deficient ability of dealing with the gas in blast furnace gas purification system,No.2 Iron-making Plant of Jigang developed a new gas purification system.In this system,single Venturi tube,floral hoop in series and wire mesh dehydrator are used instead of the dedusting process of electric precipitator and Venturi tube in series.Applications show that the new system is safe in use;the dust content of the clean gas is less than 10mg/m3,the water content is less than 5g/m3,the blast temperature is increased by 90℃.
Key words：gas purification system;Venturi tube;dehydrator;wire mesh dehydrator
1问题的提出
济南钢铁集团总公司第二炼铁厂(简称济钢第二炼铁厂)原2座高炉煤气净化系统，分别采用串联文氏管电除尘湿法除尘工艺，煤气处理能力按120m3高炉，利用系数1.6t/m3d，单炉煤气发生量按2.2×104m3/h设计。

原煤气净化系统除尘效率低且没有高效精细脱水装置，造成净煤气含水量高达80g/m3,含尘量大于80mg/m3。

随着生产技术水平不断提高，高炉利用系数已超过3.5t/m3.d，单炉煤气发生量已达3×104m3/h以上，煤气净化综合质量进一步劣化，净煤气含水量大于100g/m3，含尘量为100～150mg/m3。

给煤气用户带来的主要危害是：热风炉格子砖渣化速度快，渣化程度严重，寿命低，煤气理论燃烧温度低，热风炉送风温度低。

为提高煤气净化综合质量，提高热风炉送风温度，对原煤气净化系统进行改造，研制出了新的煤气净化系统。

2新系统的研制
2.1设计原理
高炉荒煤气经重力除尘器粗除尘后(含尘量在6～8g/m3)，进入文氏管清洗降温，再进入花环脱水器进行半精细脱水除尘，主要脱去煤气中直径大于0.1mm 含尘水滴，然后进入丝网脱水器进行精细脱水除尘，脱去煤气中直径为0.1mm 及小于该尺寸的含尘水滴，确保煤气含尘量小于15mg/m3，机械水含量小于
5g/m3。

2.2设计要求
对煤气管网进行改造，降低煤气流速；系统控制自动化；多余煤气不外排，架设管网供中型轧钢厂加热炉使用；煤气洗涤水循环使用，不外排；系统计量设施完善，准确可靠；系统安全、环保，工业卫生按国家规范要求设计、施工。

2.3工艺技术参数的确定
高炉炉顶煤气压力为0.03～0.05MPa；文氏管入口煤气温度正常时250～300℃，事故时500℃；煤气处理量(2.5～4.0)×104m3/h；文氏管入口含尘量6～10g/m3；系统循环水量170m3/h；净煤气含尘量当炉顶煤气压力大于0.03MPa 时，不大于10mg/m3，当炉顶煤气压力不大于0.03MPa时，不大于15mg/m3；净煤气机械水含量不大于5g/m3。

2.4关键技术研究与应用
2.4.1可调喉口文氏管可调喉口的“RD”翻板，由1台防爆电机驱动，通过角度发生器显示翻板角度，可在操作室内遥控操作，可调喉口除尘效率高低决定于“RD”翻板调节角度及喉口处喷水量。

当具有一定压力的荒煤气由重力除尘器粗除尘后，进入可调喉口清洗、降温，喉口“RD”翻板截面形状为椭圆形。

根据流体力学计算，翻板角度在30～70°范围内，开度与过流面积基本为线性关系，此时喉口调节作用最明显，称为有效调节区。

根据计算，在有效调节区内控制喉口煤气阻力在16.8～21.0kPa，可使煤气含尘量小于15mg/m3。

在生产中通过取样分析和对操作数据的统计结果表明，计算值与实际效果吻合。

为1.6L/m3时，煤气除尘达最佳效果。

此时喉口处煤气阻力△P为21.1kPa，煤气流速V为100m/s。

在生产操作中应根据煤气流量变化，调节喉口喷水量，使煤气净化达到最佳效果。

生产中的试验表明，当煤气发生量在(3.0～3.7)×
104m3/h，调节喉口喷水量在50～60m3/h，对煤气取样分析，含尘量小于
8mg/m3，与理论计算值吻合。

2.4.2花环脱水器花环脱水器是半精细脱水除尘设备，主要脱去煤气中大于
0.1mm的含尘水滴。

工作原理是在设备内填充厚1000mm、直径为100mm的铝合金花环状填料层，当煤气由下至上经过填料层时，将煤气中大于0.1mm含尘水滴脱除。

(3.5～4.0)×104m3/h；煤气温度30～50℃；
工作压力10～50kPa；花环填料层阻力损失小于2kPa。

为防止花环堵塞而造成煤气阻损增大，设计了反冲装置：一般每8h冲洗2次，每次冲洗时间10～15mim。

花环阻力损失达到2kPa时，连续冲洗2次，每次10～15mim，同样取得较好效果。

2.4.3丝网脱水器主要设计参数为：处理煤气量(
3.5～
4.0)×104m3/h；入口煤气温度30～50℃；工作压力10～20 kPa；填料层厚度花环500mm，丝网100mm；填料层阻损小于2kPa。

0.25～0.27mm的不锈钢丝，编织成网且制成波形，成型后具有一定通道，水滴碰撞丝网后，在通道形成水流而流出丝网。

丝网摆放方式非常严格，它决定丝网脱水效率高低。

摆放不当，丝网的水滴形不成水流，而被煤气带走。

在安装丝网时，尤其要注意。

丝网脱水器工作时，煤气由下经过花环、丝网填料层后，向上流动，进入净煤气总管。

为防止丝网堵塞，应定期对丝网进行反冲，一般每8h连续冲洗2次，每次10～15min。

当丝网脱水器阻损达到2kPa时，连续冲洗2次，每次10～15min，同样取得较好效果。

丝网脱水器是精细脱水除尘设备，只能安装在填料脱水器后使用，必须先把煤气在清洗中带出来的大量水分脱掉，丝网脱水器再脱去不大于0.1mm的含尘水滴，脱水效益可达99.9%，但脱去机械水滴的总重量不能超过114g/m3。

2.4.4丝网脱水器能除去最小水滴的计算
脱水效率η可按下式计算：
η＝1－(1－ηT)s(1)
式中ηT——目标靶效率;
s——撞击次数[1]。

100mm，用英国32号标准钢丝织成。

100mm厚成型丝网密度为192kg/m3,空隙率97.6%，丝径0.27mm；1m长丝网的体积为5.72×10-8m3；1m3丝网中的丝长419580.4m，丝网投影面积113m2。

[1]求出s为11，代入公式(1)中，可得ηT为46.6%。

根据设计参数查图得知：
D.g/V.f=1.5 (2)
式中D——障碍物直径(丝网丝径0.27mm)，m；
g——重力加速度,m/s2；
V——气体流速，m/s,设计参数V不大于4.8m/s；
f——水滴自由落体速度,m/s[1]。

100mm、丝径为0.27mm的成型丝网水滴自由降落速度由式(2)得知f 为0.0003675m/s。

根据斯托克斯定律：
f = 6πηrV(3)
r为4.0×10-3mm，而D为2r，即D为8.0×10-3mm。

因此丝网脱水器能脱去直径不小于8.×10-3mm的含尘水滴。

3使用效果
新系统共用3套设备取代原系统定径文氏管、弯头脱水器、可调文氏管、旋风脱水器、电除尘、重力灰泥捕集器6套设备。

煤气净化能力比过去提高82%，具有投资小、能力大、占地面积小等显著特点。

在系统中文氏管“RD”翻板角度和洗涤水可根据煤气发生量自动调节，净化质量不受煤气发生量变化的影响，净化效果时刻处于高效状态。

花环和丝网脱水器是填料脱水器，脱水效率不受煤气发生量变化影响。

煤气净化综合质量高，可满足各类高炉煤气用户需求。

1999年4月投运至今，生产岗位检测报告统计表明，净煤气最高含尘量小于10mg/m3。