高炉煤气清洗回收系统设计与操作(1)

1 摘要

高炉操作方面在以长寿与不断提高的利用系数及高燃料喷吹率相结合为特征的最新发展中，要求有高效的高炉煤气清洗设备来适应煤气成分，含尘量，压力及温度的波动,从而与高炉寿命相匹配。

本文阐述了环缝式洗气装置与其他文氏管式洗气装置相比所具有的优点，其中包括系统设计，操作以及性能特点。

2 概述

艾莫依登康力斯（原霍戈文）厂现有两座高炉在生产。6号高炉的炉缸直径为11m，年产铁水约300万t。七号高炉的炉缸直径为13.8m，年产铁水约400万t。喷煤率超过200kg/THM，炉料结构为烧结矿和球团各占50%。两座高炉都是配备重力除尘器，比肖夫环缝湿式除尘器和余压发电装置。

这两套煤气清洗系统共用水回收和冷却处理系统，在沉净之前，浊水在一个开放的反映器中被压缩空气喷淋，以除去其中的CO₂，从而把pH值由5-6提高到7。

沉净效果是通过运行三个沉净池中的两个来取得的。在沉净之前加入苛性纳，使pH值升高到锌和铅溶解度最低的7.8。沉净池溢流水中的固态悬浮物浓度不超过100mg/m³，其在温度为40℃时不经过冷却塔直接循环使用。

一个100m³/h的底滤流经过两个串联的“动态沙”过滤器处理后，出口处的固态悬浮物浓度降低到50mg/m³。

动态旋风分离器把浓缩池中的下部排出物分级成大颗粒和小颗粒。其中锌含量高的小颗粒部分暂存在临时存放池，以便将来进行过滤提取。

另外低锌高铁的大颗粒部分，根据锌负荷的允许值经由烧结厂回收到高炉。

3 高炉操作

作为高炉生产的一个重要的副产品，高炉煤气北用作加热热风炉中的鼓风的燃料以及生产蒸汽和发电的补充燃料。煤气清洗系统的主要功能是去除煤气中的尘粒。另外它还能冷却煤气以减少其水含量，从而提高其热值。在此煤气清洗中产生的铁和碳含量较高的污泥可通过烧结厂回收利用。

高炉工艺操作方面的知识是设计和操作好煤气清洗系统的必要条件。

炉料的准备和结构——球团或烧结矿，会影响炉尘的量和颗粒分布。另外熔剂的选择和准备也会影响煤气清洗系统中的水的化学性质。钙可以用作熔剂的石灰石中带入。焦炭和喷吹燃料可带入硫，氯化物，氨和氮的氧化物。某些有喷煤的高炉典型的煤气分析见表1。

表1 有PCI高炉煤气成分

高炉利用系数及鼓风量会影响煤气清洗系统中的粉尘负荷。炉顶压力及洗涤塔中的压力会影响除尘效率以及洗涤水中煤气的溶解量。

除了净化和冷却炉顶煤气的基本功能外，洗涤塔和/或余压发电装载还可以控制炉顶压力。为确保高炉的顺产和稳产，炉顶压力必须控制和保持的尽可能的稳定。因此煤气清洗系统的设计必须与高炉的操作完全结合在一起。

在诸如上料，出铁，均压及热风炉切换等操作过程中，煤气流量和压力会有不可避免的波动。波动常常持续时间很短，但是波动幅度较大，会影响到炉顶并通过煤气系统波及到下游流程。洗涤塔和/或余压发电装置必须设计得能够应对和控制这些波动。

4 煤气清洗系统设计

即使在恶劣的高炉操作条件下也能保证洗涤塔的无故障操作，是经济炼铁的先决条件。比肖夫环缝洗涤塔的设计已经充分优化，并在世界范围内的100多套设备中取得了丰富的经验，因而可以提供高的可靠性和优越的性能。单塔式结构由预洗涤/冷却段和RS或称为环缝洗涤段组成，其后面是一个高效的外部脱水器。

4.1 预洗涤/冷却段

预洗涤/冷却段位于洗涤塔上半部。中心不止的喷嘴安装在9层不同的标高处，其对煤气流几乎不产生阻碍，并且由于其宽大的内腔而形成90^o空心圆锥形喷流。

喷嘴设计成向两个方向（向上和向下）喷射，使其在洗涤塔断面1/2半径处截击相邻喷嘴的空心圆锥形喷流。这样产生的微细水滴就能取得高效的冷却和除尘。

几乎所有的冷却以及炉尘中较粗颗粒的去除都发生在预洗涤/冷却段。大约80%的煤气粉尘在这里被清除，这里的压降非常小，大约100mm水柱。

喷嘴由铸铁外壳及安装在其内部的可更换不锈钢孔板插入件组成。腔体处的最小截面是切线入口处的40mm宽150mm高。孔板插入件的开口介于40-65mm之间。这些大的开口不产生堵塞并使喷嘴对循环洗涤水口的固态悬浮物含量不敏感。

预洗涤段和粗煤气总管之间的连接段是使煤气在干湿段之间的过渡段充分润湿。这防止了由于干湿界面不断漂移所经常出现的结壳。在过渡段不能被恒久润湿的情况下，炉尘中的高石灰含量以及碳酸钙饱和的洗涤水都会不可避免地造成渣壳的形成，此渣壳可长的相当大。

4.2 环缝（RS）洗涤器

RS或城为环缝洗涤器是一种特殊的文氏管洗涤器，它被设计成脱除粉尘中的细粒部分。在这一部位煤气的绝热膨胀提供了额外的冷却。

一般会在洗涤塔的下段安装3套环缝洗涤器。这些环缝洗涤器由环型煤气导入管，先收缩再扩张的外壳以及其内部可调节的圆锥型RS元件组成。固定扩张段和可调节元件之间的非对称锥角使之在气流方向上开度越来越小，并使在RS元件移动较小量的情况下产生流通截面的较大变化。

RS元件由一个非润滑的衬套导想并由液压缸驱动。穿过洗涤塔壳体的驱动杆由有润滑的衬套支撑并由填料盒和填充脂密封。

安装在中心的与用于预洗涤/冷却段相同的喷嘴向环缝洗涤器提供洗涤水。一个耐磨环承受水流的冲刷然后水被导向洗涤器喉口，在那里与预洗过的煤气充分混合。

由于较长的喉口，较长的接触通路及较长的保持时间，在较低的煤气流速下就达到了精除尘，因而与其它形式的文氏管洗涤器相比，环缝吸毒器的能耗是最低的。

4.3 脱水器

煤气清洗系统还包括一个外部脱水器，它安装在紧临洗涤塔净煤气总管的下游。通常早于1982年建造的洗涤塔的内部脱水器有很多缺点，它或者效率不高，或者对净煤气和洗涤水的质量及化学成分过于敏感。外部脱水器效率高且不堵塞免维护的内部结构组成，因而其可以达到与高炉同样长的寿命。

5 建筑材料

高炉操作的最新发展，即煤粉和天然气以及某些情况下粒化的废塑料的高喷吹率与闭路循环水系统的受限的底滤相结合，因而导致煤气及洗涤水中氯化物和硫化物浓度的增高。在湿法除尘系统设计中选用结构及保护层材料时必须充分考虑煤气及水的化学成分的这些变化。

例如，预除尘器的壳体，除尘器的入口管选用不锈钢材料或是安装抗酸瓦。在预除尘器内部的喷嘴供水管由不锈钢制成，而环缝洗涤处的先收缩后扩张的外壳以及RS元件是由抗化学侵蚀和机械磨损的合金铸造而成，其硬度可达到600BH。

其它组件如驱动及导向杆，导向衬套腔，填料盒等等，是由不锈钢材料制做的。