呂 勇，張向陽，賈冬穎，胥中平，茍嘉川
（攀枝花攀鋼集團設(shè)計研究院有限公司，四川攀枝花 617000）
【摘 要】 對攀鋼高爐煤氣全干法除塵布袋附灰和半凈煤氣管道結(jié)垢、堵塞的原因進行分析，制定和實施了控制高爐煤氣水分、瓦斯灰鋅含量和優(yōu)化管網(wǎng)等措施，保證了高爐全干式除塵布袋系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。
【關(guān)鍵詞】 高爐煤氣；全干法除塵；結(jié)垢
前言
2000年，攀鋼率先開發(fā)了全干式反吹布袋除塵工藝，并先后成功應(yīng)用于攀鋼8座高爐，工藝流程見圖1。其中半凈煤氣管道是連接重力除塵器與精制除塵設(shè)備的煤氣管道。
1 除塵布袋附灰和半凈煤氣管道堵塞情況
攀鋼全干式反吹布袋除塵系統(tǒng)在投運后，2010 年至2013年間8套系統(tǒng)先后出現(xiàn)以下問題。
1.1 布袋附灰嚴(yán)重
攀鋼全干式反吹布袋除塵系統(tǒng)在投運初期多次出現(xiàn)布袋粉塵粘附現(xiàn)象，布袋透氣性降低，壓差由2~3 kPa升高到5~7 kPa，最高達到10 kPa，造成布袋拉裂、脫落等問題。圖 2 和圖 3 分別為布袋下部和布袋內(nèi)部附灰圖。
1.2 半凈煤氣管堵塞、結(jié)垢
布袋附灰的同時，往往伴隨著半凈煤氣管道積灰、結(jié)垢，具體見圖4，嚴(yán)重時管道截面積2/3被沉積物堵塞，導(dǎo)致半凈煤氣管道阻損大幅度增加，甚至影響到高爐頂壓調(diào)節(jié)、上料均壓和生產(chǎn)。且由于管道堵塞引起氣流變向，局部管壁磨損加劇，造成煤氣泄漏，安全風(fēng)險增大，有時高爐被迫休風(fēng)檢修。半凈煤氣管道堵塞后管道被氣流磨損撕裂情況見圖5。
2 原因分析
經(jīng)過多年運行觀察，當(dāng)高爐煤氣水分含量超過25g/m3 后，問題出現(xiàn)概率增大。體現(xiàn)在當(dāng)半凈煤氣管壁溫度低于30 ℃（特別是冬季）時，沉積的瓦斯灰會結(jié)露析出水分，從而造成瓦斯灰粘結(jié)、結(jié)垢，半凈煤氣管道阻損增加、流向改變，管道磨損加劇，布袋結(jié)露附灰，布袋差壓增加甚至出現(xiàn)拉裂、脫落問題。
通過對煤氣含水量和瓦斯灰以及結(jié)垢成分分析，可知造成除塵布袋附灰和半凈煤氣管堵塞、磨損的原因是煤氣中水分含量過高、瓦斯灰鋅含量過高以及管道設(shè)計缺陷。
2.1 煤氣中水分含量過高
對攀鋼 8 座高爐煤氣水分含量取樣分析，其水分一般在 35.40 g/m3 ，最高可達 50 g/m3 ，對應(yīng)冷凝水析出溫度在 30 ℃~40 ℃。對煤氣水分來源分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致煤氣中水分含量過高的因素有：
（1）高爐用冶金焦炭、燒結(jié)礦攜帶水分焦炭水分、燒結(jié)礦水分是重要物理指標(biāo)之一。
焦炭水分、燒結(jié)礦水分越少，高爐煤氣水分越少。燒結(jié)礦水分一般比較穩(wěn)定，對高爐煤氣水分波動影響較小。濕法熄焦焦炭含水率一般為 4.5%~8%，波動幅度較大且水分比較高，而干熄焦焦炭含水率一般為 0.3%~0.7%，波動幅度較小且水分很低。在使用干熄焦焦炭、燒結(jié)礦情況下，對應(yīng)高爐煤氣水分在 12~18 g/m3 ；使用濕熄焦焦炭、燒結(jié)礦的情況下， 對應(yīng)高爐煤氣水分在41~50 g/m3 。
（2）高爐設(shè)備冷卻水
在爐頂溫度較高時，部分高爐會采用爐頂噴水或重力除塵器中噴水的方式來降低高爐煤氣的溫度，但由于該方法噴水控制困難，很容易造成煤氣中積存大量飽和水。一旦煤氣或煙氣溫度降低，飽和水就會析出，與粉塵混合形成塊狀物或泥漿狀混合物，沉積在管道、布袋和設(shè)備底部，嚴(yán)重時甚至?xí)氯艿阑蛟O(shè)備，造成除塵布袋附灰、差壓超標(biāo)。其中重力爐除塵器噴水時，一部分水會被直接噴射到除塵器下降管上，形成水滴，造成瓦斯灰在灰斗內(nèi)板結(jié)、硬化，導(dǎo)致排灰困難，嚴(yán)重威脅高爐的正常生產(chǎn)。
（3）高爐設(shè)備蒸汽密封、潤滑
高爐爐頂?shù)牟糠指邷卦O(shè)備為了保持其自身的密封性常常采用蒸汽密封、潤滑，蒸汽在起到密封、潤滑作用的同時會產(chǎn)生大量的冷凝水，冷凝水一旦排放不暢或者蒸汽密封、潤滑的設(shè)備泄漏，就會進入高爐煤氣中，造成煤氣水分含量上升［2］ 。
（4）高爐設(shè)備用蒸汽泄漏
蒸汽閥門沒有可靠切斷，泄漏蒸汽直接進入高爐煤氣中導(dǎo)致其水分含量高。
2.2 瓦斯灰鋅含量過高
燒結(jié)礦在燒結(jié)時需要添加部分堿金屬，且鐵礦石原料中含有鋅，為了方便處理，企業(yè)常常將瓦斯灰作為燒結(jié)原料返回使用，使得鋅在循環(huán)使用中形成富集［1］ 。圖 6為攀鋼連續(xù)三個月對高爐原料進行鋅含量取樣分析的結(jié)果。
鋅元素富集會引起高爐出現(xiàn)結(jié)瘤、高爐砌體膨脹、風(fēng)口套變形［2］ ，同時也會對煤氣系統(tǒng)產(chǎn)生以下不利影響：
（1）瓦斯灰結(jié)垢
半凈煤氣管道距離高爐較遠，無保溫措施，管壁處煤氣溫度低，在管道低點、彎管、水平管和支管等處瓦斯灰易沉積，析出冷凝水。鋅含量高使得瓦斯灰更加容易結(jié)垢和板結(jié)，從而造成半凈煤氣管道堵塞、結(jié)垢［3］ ，管道氣體流速或流向發(fā)生變化，增加管道阻損、磨損，造成煤氣泄漏。
（2）瓦斯灰附袋
國內(nèi)很多鋅冶煉企業(yè)，是利用鋅容易富集在布袋上的特性來提取鋅。當(dāng)瓦斯灰鋅含量高時，瓦斯灰更加容易粘附在布袋上。
對攀鋼布袋上的黏結(jié)物和布袋除塵灰進行化驗對比，結(jié)果見表 1。其中 1# 瓦斯灰為布袋黏結(jié)物樣，2# 瓦斯灰為布袋除塵灰（瓦斯灰鋅含量一般在8%~15%）。
從表 1 可以看出，布袋黏結(jié)物中鋅元素含量明顯高于布袋除塵灰鋅元素含量。
2.3 管道設(shè)計缺陷
管道內(nèi)煤氣流速選擇不當(dāng)和存在氣流渦旋區(qū)造成半凈煤氣管道的三通、死區(qū)、末端、閥門和支管接點處出現(xiàn)堵塞、結(jié)垢或磨損現(xiàn)象。管道內(nèi)的氣體流速需要根據(jù)情況合理地確定。 氣體流速太小，氣體中的粉塵易沉積堵塞和結(jié)垢；氣體流速太大，粉塵對管壁的磨損加劇，縮短管道使用壽命。
3 改進措施
針對以上問題，采取了以下改進措施。
3.1 控制高爐煤氣水分主要措施
（1）采用干法熄焦焦炭，可大幅度減少高爐煤氣水分含量，還會減少因用焦化廢水濕熄焦而帶進爐內(nèi)的其他雜質(zhì)，如硫等。
（2）采取間接冷卻高爐煤氣方式控制煤氣水分。采用間接冷卻后，還可以對高爐煤氣溫度進行調(diào)節(jié)，盡量提高高爐煤氣溫度，進而提高 TRT 發(fā)電量。
（3）制定高爐爐頂溫度控制應(yīng)急預(yù)案。煤氣溫度偏高時，采取減風(fēng)措施或加大上料頻次加厚料層控制煤氣溫度，減少使用高爐爐頂上升管打水冷卻煤氣的方式。只有爐內(nèi)料柱穿孔，上升管溫度高于450 ℃才能少量短時打水，同時需采取減風(fēng)等措施。
（4）高爐爐頂設(shè)備采用氮氣密封、潤滑代替蒸汽密封、潤滑，同時使用氮氣置換替代蒸汽置換。
（5）對設(shè)備管道增加保溫。為防止管壁溫度過低造成冷凝水析出，盡量穩(wěn)定高爐頂溫在 120 ℃以上，同時在半凈煤氣管道、布袋筒體和排灰系統(tǒng)上設(shè)置保溫層。采取以上措施后，高爐煤氣水分基本控制在12~22 g/m3 。
3.2 控制瓦斯灰鋅含量措施
（1）控制燒結(jié)原料鋅含量，從而減少瓦斯灰鋅含量。
（2）建立了瓦斯灰鋅含量定期化驗制度。關(guān)注瓦斯灰鋅含量，當(dāng)鋅含量>4%后，將瓦斯灰外賣，防止鋅循環(huán)富集。此舉基本解決了布袋附灰、半凈煤氣管道積灰、結(jié)垢、流向改變和磨損等問題。
3.3 優(yōu)化設(shè)計
（1）優(yōu)化管網(wǎng)布置設(shè)計。針對管道積灰，優(yōu)化半凈煤氣管道死區(qū)、U型彎管、水平管的設(shè)置。支管取出口盡量布置在主管底部，如條件不具備，則選擇支管底部與主管底部在同一水平面上。在水平管道上盡量減少閥門、彎頭和三通等管件的設(shè)置，如需設(shè)置彎頭和三通等管件則需合理設(shè)置導(dǎo)流板， 或選用低阻損管件。
（2）優(yōu)化管道流速等設(shè)計。管徑選擇時，要根據(jù)煤氣流量進行管道縮徑，盡量使煤氣流速維持在14~16 m/s。在末端、水平管段、位置較低位置設(shè)置人孔，方便定期清理積灰。在半凈煤氣管內(nèi)易磨損處增加鑄鋼襯板或者粘貼耐磨陶瓷內(nèi)襯。同時在核算半凈煤氣管道支架的載荷時應(yīng)考慮高爐爐灰沉積所造成的載荷。
4 結(jié)語
針對高爐煤氣全干法布袋除塵系統(tǒng)存在的布袋附灰和管道結(jié)垢堵塞的問題進行原因分析，通過采取控制高爐煤氣水分、減少瓦斯灰鋅含量以及優(yōu)化管網(wǎng)等措施，使布袋更換周期由原來 1.5年左右，延長至 3 年左右，保證了攀鋼高爐全干法布袋除塵系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行 。
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