氧气高炉煤气高温除尘中间试验

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2002.01.034 第24卷第1期 北京科技大学学报 Vol.24 No.1 2002年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2002 氧气高炉煤气高温除尘中间试验 尹建威”况春江”高征铠》杨天钧) 1)钢铁研究总院工程中心，北京1000812)安泰套科技股份有限责任公司.北京000813)北京科技大学治金学院.北京100083 摘要高温煤（除尘半〔业试验采州了不锈钢树丝烧结材料作为滤材，整个试验过程出计 算机控制和监测.实按结果表明，新开发的高温煤气除尘技术可1作在550600℃，除尘效率 可达到99.9%以上，净化后煤气粉尘浓度低于10mgm',该技术可用于氧气高炉和传统高炉的 炉顶煤气除尘 关健调氧气高炉：高温除尘；煤气 分类号TF066.3'8 氧气高炉是为节约焦炭，强化治炼和提高 由此可见，现有高炉的除尘技术，难以满足 炉顶煤气热值而提出的全新炼铁工艺，其鼓风 氧气高炉对煤气除尘工艺的要求，有必要开发 富氧率在40%以上，喷煤量超过300 kg/THM. 新的满足氧气高炉条件的高温煤气除尘技术. 氧气高炉炉顶使煤气热值显著提高，如果 采用纯氧鼓风高炉炉顶煤气热值可以超过8MJ/ 1试验条件及试验过程 m',是传统高炉煤气热值的2-3倍.一部分氧气 1.1试验装量 高炉炉顶煤气需要返回高炉，以弥补由于全氧 装置的设计需要考虑在高温条件下实现气 鼓风造成的高炉炉身煤气量不足，其余的煤气 体的过滤、过滤元件的再生，收集粉尘的排御以 进人联合循环发电系统燃烧发电.无论是高炉 及过程的控制.采用6支中50mm×980mm的 煤气循环还是联合循环发电工艺，都需要保留 310S材质的烧结金属丝网过滤元件，过滤面积 煤气的显热，以提高能源的利用效率 0.93m,将其置于立式金属过滤容器中.采用气 高炉产生的炉顶煤气含有大量的粉尘，为 体脉冲反吹再生技术，反吹气体为高压氮气，通 了使燃气轮机和增压设备的止常工作，煤气必 过压差和反吹周期的合理设置实现最佳的再生 须预处理，粉尘浓度应控制在10mgm以下.月 效果.试验过程中，气体温度、压力、流量以及过 前高炉采用的煤气除尘方法有湿法除尘和干法 滤压差等参数通过传感元件由微机在线显示 除尘（布袋除尘）.湿法除尘消耗了煤气全部显 12试验用原煤气准备 热，导致高炉能耗增加：分外，湿法除尘还会产 流化床煤气化炉产生的高温煤气(800~950 生大量污水，造成二次污染.布袋除尘在高炉上 ℃)首先进人旋风除尘器，经过两级旋风除尘后 的应用发展较快，但只是局限于小高炉，大高炉 煤气温度降为570~620℃，通过分流管引入高 的应用只有太钢一家，其可靠性有待进一步验 温气体过滤除尘试验装置. 证.布袋除尘采用的织物滤材只能在80℃到 进入过滤器系统煤气工况条件：压力1.0~ 200℃之间长期正常汇作，而高炉炉顶煤气温 1.1MPa:煤气含尘浓度3700~9000mgm3;煤气 度的变化范围是30-650℃，因此在煤气进入布 含尘平均粒度5~7m;煤气含水量I0%~20%. 袋除尘器之前需要先采取调温措施，这不仅增 13试验过程 加了除尘系统的复杂程度和建设投资，而且浪 试验共进行了77h,处理了1.02×10m的高 费了煤气中部分显热 温煤气.过滤前后煤气中的粉尘浓度通过自制 取样装置来收集.取样时间间隔为1-3h,气体 收稿日期20010412尹址威月，38岁，工程师，博士 流量按照等速取样的原理来确定

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 助 奋 “ 卜 例盯 。 、 氧气高炉煤气高温除尘 中间试验 尹建威 ” 况春江 ” 高征铭 ” 杨 天钧 ” 钠铁研究总院工程中心 ， 北 、 安秦科技股份有限责任公 司 ， 北京 名 北京科技大学 冶金学院 ， 北京 摘 要 高温煤气除尘 半 〔 业试验采用 了不锈钢网丝烧结材料作为滤材 ， 整个 试验过程 由计 算机控制和监测 实验结果表明 ， 新开发的 高温煤气除尘技术可 一 作在 卜 ℃ ， 除尘 效率 可达到 以 」 ， 净化后 煤气粉尘浓 度低于 留’ 该技 术可 用 于 氧气 高炉 和传统 高炉 的 炉 顶煤气除尘 关位询 氧气高炉 高温除尘 煤气 分类号 氧气高炉是 为节 约焦 炭 、 强 化冶炼和提高 炉 顶 煤气热值而提 出 的全新炼 铁工艺 其鼓风 富 氧率在 以上” ’ ， 喷煤量超过 目了 氧气 高炉 炉 顶使煤气热值显 著提高 ， 如 果 采用纯氧鼓风高炉 炉顶煤气 热 值可 以超过 ，， 是 传统高炉煤气热值的 一 倍 一部分氧气 高炉 炉顶煤气需要 返 回高炉 ， 以弥补 由于 全 氧 鼓风造成的高炉炉 身煤气 量不 足 ， 其余的煤气 进 人联合循环发 电系统燃烧发 电俐 无论是高炉 煤 气循 环 还 是联合循 环 发 电 ’ 艺 ， 都需要 保 留 煤气的 显 热 ， 以提 高能源 的利 用效率 高炉 产 生 的炉 顶煤气 含有大量 的粉尘 ， 为 了使燃气轮 机和增压 设 备 的正 常工 作 ， 煤气 必 须预处 理 ， 粉尘浓度 应控制在 创耐 以下 目 前高炉采用的煤气除尘 方法有湿法除尘和 干法 除尘 布袋除尘 湿法 除尘 消耗 了煤气全部显 热 ， 导致高炉能耗增加 另 外 ， 湿法 除尘 还 会 产 生 大量污水 ， 造成二 次污染 布袋除尘在高炉 卜 的应 用发 展较快 ， 但只是局 限于小高炉 ， 大高炉 的应 用 只有太钢一 家 ， 其 可靠性有待进一 步验 证 布袋除尘 采用 的织 物 滤材 只 能在 ℃ 到 军 之 间长期正 常 〔 作 ’叼 ， 而 高炉 炉 顶煤气 温 度 的 变化范围是 一 ℃ ， 因此在煤气进人 布 袋除尘器之前需要 先采取 调温措施 ， 这不 仅增 加 了除尘 系统的 复杂程 度 和建设投 资 ， 而 且浪 费 了煤气 中部分显 热 由此可 见 ， 现有高炉 的除尘技术 ， 难 以满足 氧气高炉对 煤气除尘 艺的要求 ， 有必要 开发 新 的满足氧气高炉 条件的高温煤气除尘技术 收 稿 日期 刁 尹 建威 男 、 岁 ， 工程师 ， 博士 试验条件及试验过程 试脸装 装置 的设计需要考虑在 高温 条件下 实现气 体的过滤 、 过滤元件的再生 、 收集粉尘 的排卸 以 及 过 程 的控制 采用 支中 四 的 材质 的烧结金属 丝 网过 滤 元 件 ， 过 滤 面 积 ， 将其置 于立 式金属过 滤容器 中 采用气 体脉 冲反 吹再生技 术 ， 反 吹气体为高压 氮气 通 过压 差和反 吹周期的合理设置 实现最佳的再生 效果 试验过程 中 ， 气体温度 、 压 力 、 流量 以 及过 滤压差 等参数通过 传感元件 由微机在线 显 示 试脸用原煤气准备 流化床煤气化炉 产生 的高温煤气 一 ℃ 首先进人旋风除尘器 ， 经过两 级旋风除尘后 煤气温度降为 一 ℃ ， 通过分流管引人 高 温气体过滤除尘试 验装置 进入过滤器 系统煤气 工 况条件 压 力 煤气 含尘 浓度 一 ， 煤气 含尘 平均粒度 一 脚 煤气 含水量 一 试脸过程 试验共进行 了 ， 处理 了 ‘ ， 耐 的高 温煤气 过滤前后煤气 中的粉尘浓度通 过 自制 取样装 置 来收集 取样时间 间隔为 一 ， 气体 流量按 照 等速 取样 的原理 来确定 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2002．01．034

·20 北京科技大学学报 2002年第1期 试验主要分为3个阶段：热煤气过滤除尘 2试验结果讨论 预试验阶段，稳定试验阶段和变参数试验阶段. 21试验参数的变化对过滤和再生效果的影响 预试验主要完成过程的自动控制调试和找 图1给出了在不同再生周期条件下和不同 出合理气体采样方法.在稳定试验阶段，气体流 气流速度对系统过滤压差的影响.在反吹再生 速保持在130mh,反吹周期为30min.在变参 阶段气体流量有5%~10%变化，温度有5~10 数过滤试验阶段，完成了不同气流速度下的高 ℃徽小波动；过滤器的再生周期为30-45mi山 温煤气过滤试验，气体流速从130mh变化至 时，过滤压差保持在15kPa以下，再生周期提高 220mh,同时还完成了不同再生周期条件下的 到60min时，过滤乐差仍然保持在20kPa以下 过滤试验，再生周期从20min变化至60min. 的较低水平，说明滤材具有很好的再生效果. (a)煤气流量130mh,反吹期30 (b)煤气流量130mh,反吹周期60min 20 10 640 670 700730760790820 280310340 370400430 460 t/min t/min (c)煤气流量180m'h,反吹周期30min (d)煤气流量220m'h,反吹周期20min 30 20 20 9 10 ◆ 0 210240270300330360390 130150170190210230250270290310 t/min t/min 图1热煤气过滤过程中压差的变化 Fig.1 Variation of pressure difference daring hot coal gas filtering 由图中可以看出，当煤气流量或过滤速度 表1高温煤气除尘中试试验不同试验条件下气相中啊 提高时，过滤压差增加变快，如果以相同的过滤 粒被度测试结果 压差值作自动反吹判据，则反吹周期缩短.但在 Table 1 Size distribution of dust at different hot coal gas 煤气流量为180mh,反吹周期为30min,或者 filtering experlment condition 煤气流量为220mh,反吹周期为20min的操作 煤气流量/m.h- 130 180 220 煤气温度/℃ 570-620600-620 600-620 条件下，过滤压差仍小于30kPa,能保持很好的 煤气压力MPa 1.01.1 1.0-1.1 1.0-1.1 反吹再生效果.气体脉冲反吹再生每次反吹气 滤后含尘浓度/mgm37.81 9.68 9.68 体用量为0.5~0.7m.在低流速条件下，反吹气 滤前含尘浓度/mgm’5777 7047 6569 除尘效率% 99.86 99.86 99.85 体的用量为过滤气量（体积分数）的0.5%以下， 在过滤速度较高的情况下，反吹气体的用量仍 从测试结果来看，通过高温除尘，煤气中的 保持在过滤气量的1%以下的低用量水平，反 含尘浓度由5-70g/m降至10mg/m3以下.连续 吹的时间也很短(0.5~1s),因此，再生过程对煤 几十个小时不间断取样的测试结果表明，高温 气的稀释作用很小 过滤除尘可使净化后的煤气含尘浓度稳定控制 2.2高温煤气的除尘效果 在7~10mg/m.捕集样品的化学分析表明，捕集 表1给出了高温煤气除尘试验过程中，不 的粉尘中含有以N,H为主的气相沉积物，其质 同过滤条件下煤气中粉尘浓度的变化情况以及 量分数占到收集粉尘的45%~90%.计算时已扣 净化除尘效果. 除这些挥发分的影响.高温除尘器的过滤效率 接近99.9%，优于布袋除尘器的过滤效率(99%)

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 试验 主要分为 个 阶段 热煤气过 滤 除尘 预试验阶段 ， 稳定试验阶段和变参数试验阶段 预试验主要完成过程的 自动控制调试和找 出合理气体采样方法 在稳定试验阶段 ， 气体流 速 保持在 爪 ， 反 吹周期为 在 变参 数过滤试验阶段 ， 完成 了不 同气流速度下 的高 温 煤气过滤 试验 ， 气体流速从 爪 变 化至 小 ， 同时还完成 了不 同再生 周 期 条件下 的 过滤试验 ， 再生 周期从 变化 至 试验结果讨论 试验参数的变化对过淞和再生效果的影响 图 给出 了在不 同再生 周期条件下 和不 同 气流速度 对系统过 滤 压差 的影 响 在反 吹再生 阶段气体流 量有 一 变 化 ， 温度有 一 ℃ 微小波动 过 滤器 的再生 周期 为 礴 时 ， 过滤压差保持在 沙 以下 ， 再生周期提高 到 时 ， 过滤压差仍然保持在 沙 以 下 的较低水平 ， 说 明滤材具有很好的再生效果 基 煤气流 解 反吹周期 冷洲一 窦 煤气流量 角 ， 反吹周期 尹 份 了 户 。 ‘ “ ，煤气流最 ‘ ” ， 反吹周期 ， ， 墨 鬓 讯 圈 热煤气过施过程 中压理 的变化 物 概 件 川 由 由图 中可 以看 出 ， 当煤气 流量或过滤速度 提 高时 ， 过滤压差增加 变快 ， 如果 以 相 同的过滤 仄差值作 自动反 吹判 据 ， 则反 吹周期缩 短 但在 煤气流量 为 小 ， 反 吹周期 为 ， 或者 煤气流量 为 小 ， 反 吹周期为 的操作 条件下 ， 过滤压差 仍小 于 沙 ， 能保持很好的 反 吹再生效果 气体脉 冲反吹再生 每次反 吹气 体用 量 为 司 耐 在低流速条件下 ， 反 吹 气 体 的 用 量 为过滤气量 体积 分数 的 以下 ， 在 过 滤速度 较 高的情况 下 ， 反 吹 气体的用 量仍 保持在过滤 气量 的 以 下 的低用 量 水平 ， 反 吹 的 时间 也很 短 一 ， 因 此 ， 再生 过程对煤 气的稀释作用 很小 高温煤气的除尘效果 表 给出了高温煤气除尘试验过程 中 ， 不 同过滤条件下煤气 中粉尘 浓度 的变化情况 以 及 净化除尘效果 表 ， 离纽煤气除尘 中试试脸不 同试脸条件下气相 中箱 粒浓度侧试结 果 卜 肠 二 到’ 邝 即 川 血 通 煤气流 ， · 一 ， 煤气温度 ℃ 一 煤气压力 一 小 一 滤后含尘浓度 · 一 ， 滤前含尘浓度 · ’ 除尘效率 从测试结果来看 ， 通过高温除尘 ， 煤气 中的 含尘 浓度 由 一 降至 以 下 连续 几 十个小 时不 间 断取样 的测 试结果 表 明 ， 高温 过滤除尘可使净化后 的煤气含尘浓度稳定控制 在 一 ， 捕集样品的化学分析表 明 ， 捕集 的粉尘 中含有 以 ， 为主 的气相沉 积物 ， 其质 量分数 占到收集粉尘 的 一 计算时 已扣 除这些 挥发分的影 响 高温 除尘器 的过滤效率 接近 ， 优于布袋除尘器的过滤效率

Vol.24 No.1 井建威等：轧（高炉煤（高温除小中间试羚 ·21· 从图2看到，净化后煤气中大粒度的粉尘颗粒 颗粒粒度分布，可确定净化煤气中10~20μm粉 减少，20μm以上.的粒子全部被拦截下来.根据 尘粒子浓度低于5mgm'. 100 20 (a)过滤前 3结论 80 累积 16 是 新开发的以不锈钢网丝烧结材料作为滤材 60 2 的高温煤气除尘装置可在550-600℃下正常运 8 行，除尘效率接近999%，净煤气粉尘浓度小于 ,区创 10mgm,反吹气用量为滤气量的1%以下，能 20 4 够满足氧气高炉煤气高温除尘：艺的要求 0 该技术用于现有高炉将有利于简化高炉煤 0 10 20 吃 % 气除尘工艺，避免二次污染.随着高炉煤气发电 粒度μm 100 120 技术的兴起，保存高炉煤气显热变将越来越受 (b)过滤后i 80 16 重视，高炉煤气高温除尘的优势将进一步显现. 累积 参考文献 60 尔 1秦民生，张建良，高炉何煤炼铁T工艺J儿.钢铁，1993,28 红回 (9):9 1 区间 2秦民生，高征铠，王过伦.高炉全氧鼓风操作的研究 20 g 1钢铁，1987,22(12)：1 OL 0 3 护建威，齐渊洪，杨天钧.何气高炉作为GC℃发电流 0 10 20 0 40 程造气岛的探讨小钢铁，2001,36(11)：9 粒度/μm 4高清举，涂继炜.高炉煤气布袋除尘与球式热风炉技 图2过滤前后煤气中粉尘的粒度分布 术及发展[M.北京：冶金工业出版杜，I991 Fig.2 Size distribution of dust before and after filtering 5牛福安.高炉煤（发电项H的评价方法和推广前筑 [J月中国能源，19993)：1 Pilot Experiment of Filtration System of Blast Furnace Hot Gas YIN Jianwei".KUANG Cunjiang,GAO Zhengkai,YANG Tianjun 1)Engineering Center,Beijing General Institute of Iron and Steel,Beijing 100081.China 2)Antai Science and Technology Corporation.Beijing.100081,China 3)Mctallurgy School.UST Beijing.Beijing.100083,China ABSTRACT A pilot experiment of hot coal gas filtration,which using sintered metallic woven mesh as filter, is completed and the whole experiment process is controlled and detected by computer.The test results show that the new developed hot gas filtration system can be used at a temperature range of 550 C~600C while the filtration efficiency is 99.9%.The dust contentration of the gas after the filtration is below 10 mg/m'.So the hot gas filtration system can be used in the oxygen blast fumnace process. KEY WORDS oxygen blast furnace;hot gas filteration;coal gas

︸ 一 】 一 尹 建威等 氧 产 〔高炉 煤气 高温 除尘 中间 试验 从 图 看 到 ， 净化后 煤气 中大粒度 的粉尘颗粒 减少 ， 卿以 上 的粒 子 个部被拦截下来 根 据 颗粒粒度 分 布 ， 可 确定 净化煤气 中 一 林 粉 尘粒子浓度低 于 创 ， 姆求侧拐宜因芝 二 ‘ 累积 面而丽 ’ 。 刁 呀︸月 ，‘ ︸ “ 且 户 一 、 汀 ， ， 产川， 万 户 月 尸 口才 ， ，‘ 一 僻较哟彩暇划芝 一一 小 粒度 林 结论 新 开 发 的 以 不 锈钢 网丝 烧结 材料 作 为滤 材 的高温 煤 气除尘装置 可在 一 ℃ 下 正 常运 行 ， 除尘效率接 近 ， 净煤气粉尘 浓 度小 于 创 ， 反 吹 气用 量 为滤 气 量 的 以 下 ， 能 够 满足 氧气高炉 煤气 高温 除尘 艺的要 求 该技术用 于 现 有高炉 将有利 于简化高炉煤 气除尘 上艺 ， 避 免二 次 污染 随着高炉 煤气发 电 技术的兴起 ‘，，， 保存高炉 煤气显 热变将越来越受 重视 ， 高炉 煤气高温 除尘 的优势将进 一 步 显现 参 考 文 献 秦民生 ， 张建 良 高炉 氧煤炼铁 一 艺 月 钢铁 ， ， 秦 民生 ， 高征 恺 ， 王 冠伦 高炉 全 氧鼓风操 作 的研 究 【 钢铁 ， ， 尹 建威 ， 齐 渊 洪 杨 大 钧 氧气高炉 作 为 发 电流 程 造气岛的探讨【 钢铁 ， ， 高清举 涂继 炜 高炉 煤气布袋除 ’ ” 球式 热风炉 技 术 及发 展 【 北 京 冶金 一 业 出版社 ， 引 牛 福 安 高炉 煤 气发 电项 卜的评 价 方法 和 推广 前景 中国能源 ， 累彩 姆众刨娜亘因芝 声 一 、 面面而司 ’ 、“尸 卜‘ ·”。， 目皿 瓣梢瀚彩略划芝 日 “ 、 半众度二卜 圈 过诊前后煤气 中粉尘 的粒度分 布 七 坛 刀四 ，’ ， ’ 耐 ， ， 引 月砂召 ，，， ，， 抚， 二 ， ， ， ， ， ， ， ， ， 一 ， 服