呂 勇，張向陽(yáng)，賈冬穎，胥中平，茍嘉川

（攀枝花攀鋼集團(tuán)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川攀枝花 617000）

【摘 要】 對(duì)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(jìn)行分析，制定和實(shí)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(yùn)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(kāi)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(jiàn)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(yùn)后，2010 年至2013年間8套系統(tǒng)先后出現(xiàn)以下問(wèn)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(yùn)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(dá)到10 kPa，造成布袋拉裂、脫落等問(wèn)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(shí)，往往伴隨著半凈煤氣管道積灰、結(jié)垢，具體見(jiàn)圖4，嚴(yán)重時(shí)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(xiǎn)增大，有時(shí)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(jiàn)圖5。

2 原因分析

經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行觀察，當(dāng)高爐煤氣水分含量超過(guò)25g/m³ 后，問(wèn)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(shí)，沉積的瓦斯灰會(huì)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(wèn)題。

通過(guò)對(duì)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(guò)高、瓦斯灰鋅含量過(guò)高以及管道設(shè)計(jì)缺陷。

2.1 煤氣中水分含量過(guò)高

對(duì)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(dá) 50 g/m³ ，對(duì)應(yīng)冷凝水析出溫度在 30 ℃~40 ℃。對(duì)煤氣水分來(lái)源分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致煤氣中水分含量過(guò)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(duì)高爐煤氣水分波動(dòng)影響較小。濕法熄焦焦炭含水率一般為 4.5%~8%，波動(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(shí)，部分高爐會(huì)采用爐頂噴水或重力除塵器中噴水的方式來(lái)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(huì)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(shí)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(shí)，一部分水會(huì)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(rùn)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(rùn)滑，蒸汽在起到密封、潤(rùn)滑作用的同時(shí)會(huì)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(rùn)滑的設(shè)備泄漏，就會(huì)進(jìn)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(mén)沒(méi)有可靠切斷，泄漏蒸汽直接進(jìn)入高爐煤氣中導(dǎo)致其水分含量高。

2.2 瓦斯灰鋅含量過(guò)高

燒結(jié)礦在燒結(jié)時(shí)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(gè)月對(duì)高爐原料進(jìn)行鋅含量取樣分析的結(jié)果。

鋅元素富集會(huì)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(shí)也會(huì)對(duì)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(yuǎn)，無(wú)保溫措施，管壁處煤氣溫度低，在管道低點(diǎn)、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(guó)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(lái)提取鋅。當(dāng)瓦斯灰鋅含量高時(shí)，瓦斯灰更加容易粘附在布袋上。

對(duì)攀鋼布袋上的黏結(jié)物和布袋除塵灰進(jìn)行化驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)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(jì)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(mén)和支管接點(diǎn)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(duì)管壁的磨損加劇，縮短管道使用壽命。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)以上問(wèn)題，采取了以下改進(jìn)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(huì)減少因用焦化廢水濕熄焦而帶進(jìn)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(duì)高爐煤氣溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡量提高高爐煤氣溫度，進(jìn)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(shí)，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(shí)打水，同時(shí)需采取減風(fēng)等措施。

（4）高爐爐頂設(shè)備采用氮?dú)饷芊?、?rùn)滑代替蒸汽密封、潤(rùn)滑，同時(shí)使用氮?dú)庵脫Q替代蒸汽置換。

（5）對(duì)設(shè)備管道增加保溫。為防止管壁溫度過(guò)低造成冷凝水析出，盡量穩(wěn)定高爐頂溫在 120 ℃以上，同時(shí)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(yàn)制度。關(guān)注瓦斯灰鋅含量，當(dāng)鋅含量>4%后，將瓦斯灰外賣(mài)，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(wèn)題。

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）優(yōu)化管網(wǎng)布置設(shè)計(jì)。針對(duì)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(mén)、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(jì)。管徑選擇時(shí)，要根據(jù)煤氣流量進(jìn)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(shí)在核算半凈煤氣管道支架的載荷時(shí)應(yīng)考慮高爐爐灰沉積所造成的載荷。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)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(wèn)題進(jìn)行原因分析，通過(guò)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(lái) 1.5年左右，延長(zhǎng)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(yùn)行 。

參考文獻(xiàn)

[1] 伍世輝，劉三林，李鮮明 . 韶鋼 6 號(hào)高爐堿金屬的危害及其控制 ［J］.南方金屬，2009（1）：38-40.

[2] 黃清榮 . 重金屬及堿金屬對(duì)萍鋼高爐的影響［J］. 江西冶金， 2014，34（3）：9-12+45.

[3] 沈家學(xué)，許虎，賈建山 .信鋼 1#爐荒煤氣支管堵塞原因分析［C］. 中國(guó)河南西峽：2008年河南省煉鐵專(zhuān)業(yè)委員會(huì)年會(huì)暨煉鐵學(xué)術(shù)交流會(huì)文集，2008：92-94．