1 問題的提出

濟南鋼鐵集團總公司第二煉鐵廠(簡稱濟鋼第二煉鐵廠)原2座高爐煤氣凈化系統，分別采用串聯文氏管電除塵濕法除塵工藝，煤氣處理能力按120m³高爐，利用系數1.6t/m³d，單爐煤氣發生量按2.2×104m³/h設計。

原煤氣凈化系統除塵效率低且沒有高效精細脫水裝置，造成凈煤氣含水量高達80g/m³,含塵量大于80mg/m³。隨著生產技術水平不斷提高，高爐利用系數已超過3.5t/m³.d，單爐煤氣發生量已達3×104m³/h以上，煤氣凈化綜合質量進一步劣化，凈煤氣含水量大于100g/m³，含塵量為100～150mg/m³。給(gei)煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)用戶帶來的(de)主要(yao)危害是：熱風(feng)爐格子磚渣(zha)化(hua)速度(du)快，渣(zha)化(hua)程度(du)嚴重，壽命(ming)低(di)，煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)理論燃燒(shao)溫(wen)(wen)度(du)低(di)，熱風(feng)爐送風(feng)溫(wen)(wen)度(du)低(di)。為提(ti)高(gao)煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)凈(jing)化(hua)綜合質量(liang)，提(ti)高(gao)熱風(feng)爐送風(feng)溫(wen)(wen)度(du)，對原(yuan)煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)凈(jing)化(hua)系(xi)統(tong)進行(xing)改(gai)造，研制出了新的(de)煤(mei)氣(qi)(qi)(qi)凈(jing)化(hua)系(xi)統(tong)。

2 新系統的研制

2.1設計原理

高爐荒煤氣經重力除塵器粗除塵后(含塵量在6～8g/m³)，進入文氏管清洗降溫，再進入花環脫水器進行半精細脫水除塵，主要脫去煤氣中直徑大于0.1mm含塵水滴，然后進入絲網脫水器進行精細脫水除塵，脫去煤氣中直徑為0.1mm及小于該尺寸的含塵水滴，確保煤氣含塵量小于15mg/m³，機械水含量小于5g/m³。

2.2設計要求

對(dui)煤(mei)氣(qi)(qi)管(guan)網(wang)進(jin)行改造(zao)，降低(di)煤(mei)氣(qi)(qi)流(liu)速；系統控制自(zi)動化(hua)；多余煤(mei)氣(qi)(qi)不(bu)外(wai)排(pai)，架設管(guan)網(wang)供中(zhong)型軋鋼廠加(jia)熱爐(lu)使用(yong)(yong)；煤(mei)氣(qi)(qi)洗滌水循環(huan)使用(yong)(yong)，不(bu)外(wai)排(pai)；系統計量設施完善，準確(que)可靠；系統安全、環(huan)保，工業衛生按國家規范要求設計、施工。

2.3工藝技術參數的確定

高爐爐頂煤氣壓力為0.03～0.05MPa；文氏管入口煤氣溫度正常時250～300℃，事故時500℃；煤氣處理量(2.5～4.0)×104m³/h；文氏管入口含塵量6～10g/m³；系統循環水量170m³/h；凈煤氣含塵量當爐頂煤氣壓力大于0.03MPa時，不大于10mg/m³，當爐頂煤氣壓力不大于0.03MPa時，不大于15mg/m³；凈煤氣機械水含量不大于5g/m³。

2.4關鍵(jian)技術研究與(yu)應用

2.4.1可調喉(hou)口(kou)(kou)文氏管可調喉(hou)口(kou)(kou)的“RD”翻板，由1臺防(fang)爆電(dian)機驅動，通過角度(du)(du)發(fa)生器顯示翻板角度(du)(du)，可在操作(zuo)室內(nei)遙控(kong)操作(zuo)，可調喉(hou)口(kou)(kou)除塵效率(lv)高低(di)決定于(yu)“RD”翻板調節角度(du)(du)及喉(hou)口(kou)(kou)處噴水量。

當具有一定壓力的荒煤氣由重力除塵器粗除塵后，進入可調喉口清洗、降溫，喉口“RD”翻板截面形狀為橢圓形。根據流體力學計算，翻板角度在30～70°范圍內，開度與過流面積基本為線性關系，此時喉口調節作用最明顯，稱為有效調節區。根據計算，在有效調節區內控制喉口煤氣阻力在16.8～21.0kPa，可使煤氣含塵量小于15mg/m³。在生產(chan)中(zhong)通(tong)過取樣(yang)分(fen)析和對操作數據(ju)的統計結果表明，計算值與(yu)實際效果吻合。

喉口處噴水量是影響凈化質量的另一個重要因素。根據計算，當喉口水氣比為1.6L/m³時，煤氣除塵達最佳效果。此時喉口處煤氣阻力△P為21.1kPa，煤氣流速V為100m/s。在生產操作中應根據煤氣流量變化，調節喉口噴水量，使煤氣凈化達到最佳效果。生產中的試驗表明，當煤氣發生量在(3.0～3.7)×104m³/h，調節喉口噴水量在50～60m³/h，對煤氣取樣分析，含塵量小于8mg/m³，與(yu)理論計算值吻合(he)。

2.4.2花環脫水器(qi)花環脫水器(qi)是半精(jing)細脫水除塵(chen)設備，主要(yao)脫去煤氣中大(da)于0.1mm的含塵(chen)水滴(di)(di)。工作原(yuan)理(li)是在設備內填充(chong)厚(hou)1000mm、直徑為(wei)100mm的鋁合(he)金花環狀填料層，當(dang)煤氣由下(xia)至(zhi)上經(jing)過填料層時(shi)，將煤氣中大(da)于0.1mm含塵(chen)水滴(di)(di)脫除。

主要設計參數為：煤氣處理量(3.5～4.0)×104m³/h；煤氣(qi)溫度30～50℃；工作壓力10～50kPa；花環填料(liao)層阻力損失小于(yu)2kPa。

為防止花(hua)環(huan)堵塞而造(zao)成煤氣阻損(sun)增大，設計了反沖(chong)裝置(zhi)：一(yi)般每(mei)(mei)8h沖(chong)洗2次(ci)，每(mei)(mei)次(ci)沖(chong)洗時(shi)間10～15mim。花(hua)環(huan)阻力損(sun)失達到2kPa時(shi)，連續沖(chong)洗2次(ci)，每(mei)(mei)次(ci)10～15mim，同樣取(qu)得較好效(xiao)果。

2.4.3絲網脫水器主要設計參數為：處理煤氣量(3.5～4.0)×104m³/h；入(ru)口煤氣溫度(du)(du)30～50℃；工作壓力10～20kPa；填料層(ceng)厚度(du)(du)花環500mm，絲(si)網(wang)100mm；填料層(ceng)阻(zu)損(sun)小(xiao)于2kPa。

絲(si)(si)(si)(si)網(wang)脫(tuo)水(shui)器的絲(si)(si)(si)(si)網(wang)用直徑為0.25～0.27mm的不(bu)銹鋼絲(si)(si)(si)(si)，編織成(cheng)網(wang)且制(zhi)成(cheng)波形(xing)，成(cheng)型后(hou)(hou)具有(you)一定通道(dao)，水(shui)滴碰撞絲(si)(si)(si)(si)網(wang)后(hou)(hou)，在(zai)通道(dao)形(xing)成(cheng)水(shui)流(liu)而(er)流(liu)出絲(si)(si)(si)(si)網(wang)。絲(si)(si)(si)(si)網(wang)擺(bai)(bai)放方式非常嚴格，它(ta)決定絲(si)(si)(si)(si)網(wang)脫(tuo)水(shui)效率(lv)高低。擺(bai)(bai)放不(bu)當，絲(si)(si)(si)(si)網(wang)的水(shui)滴形(xing)不(bu)成(cheng)水(shui)流(liu)，而(er)被煤氣帶走。在(zai)安裝絲(si)(si)(si)(si)網(wang)時，尤其(qi)要(yao)注意。絲(si)(si)(si)(si)網(wang)脫(tuo)水(shui)器工作時，煤氣由(you)下(xia)經過(guo)花環、絲(si)(si)(si)(si)網(wang)填料(liao)層后(hou)(hou)，向上流(liu)動，進入凈煤氣總管。

為防止絲(si)網(wang)堵(du)塞(sai)，應定期對(dui)絲(si)網(wang)進行(xing)反(fan)沖，一(yi)般每8h連(lian)(lian)續(xu)沖洗2次(ci)，每次(ci)10～15min。當絲(si)網(wang)脫水器阻(zu)損達到2kPa時，連(lian)(lian)續(xu)沖洗2次(ci)，每次(ci)10～15min，同樣取得較好效果。

絲網脫水器是精細脫水除塵設備，只能安裝在填料脫水器后使用，必須先把煤氣在清洗中帶出來的大量水分脫掉，絲網脫水器再脫去不大于0.1mm的含塵水滴，脫水效益可達99.9%，但脫去機械水滴的總重量不能超過114g/m³。

2.4.4絲網脫水器(qi)能除去最(zui)小(xiao)水滴的計算

脫水效率η可按下式計算(suan)：

η＝1－(1－ηT)s(1)

式中ηT——目標靶效率;

s——撞擊次數[1>。

絲網編織成型后厚100mm，用英國32號標準鋼絲織成。100mm厚成型絲網密度為192kg/m³,空隙率97.6%，絲徑0.27mm；1m長絲網的體積為5.72×10-8m³；1m³絲網中的絲長419580.4m，絲網投影面積113m²。

根據以上(shang)數據和撞擊理論(lun)[1>求出s為(wei)11，代入(ru)公式(1)中，可得ηT為(wei)46.6%。

根(gen)據設計(ji)參數查圖(tu)得知：

D.g/V.f=1.5(2)

式中D——障(zhang)礙物直徑(絲網絲徑0.27mm)，m；

g——重力(li)加速度(du),m/s2；

V——氣(qi)體(ti)流速(su)，m/s,設計參數V不(bu)大于(yu)4.8m/s；

f——水(shui)滴自由落體(ti)速度,m/s[1>。

對于(yu)厚(hou)100mm、絲(si)徑為(wei)0.27mm的成型絲(si)網水滴自由(you)降落速度由(you)式(2)得(de)知f為(wei)0.0003675m/s。

根據斯托克斯定律：

f=6πηrV(3)

則r為4.0×10-3mm，而(er)D為2r，即(ji)D為8.0×10-3mm。

因(yin)此絲網(wang)脫水器(qi)能脫去直徑不小于8.×10-3mm的(de)含塵水滴。

3 使用效果

新系統共用3套設(she)備取代原(yuan)系統定徑文氏管(guan)、彎(wan)頭(tou)脫(tuo)水器、可(ke)調文氏管(guan)、旋風脫(tuo)水器、電除塵(chen)、重力(li)灰泥捕集器6套設(she)備。煤氣(qi)凈化(hua)能力(li)比過去提高82%，具有投資(zi)小、能力(li)大、占地面(mian)積小等顯著特(te)點。

在系統中文氏管“RD”翻板角度和洗滌水可根據煤氣(qi)發(fa)生(sheng)(sheng)量(liang)自(zi)動調節，凈(jing)化(hua)質(zhi)(zhi)量(liang)不(bu)受(shou)煤氣(qi)發(fa)生(sheng)(sheng)量(liang)變化(hua)的影響，凈(jing)化(hua)效(xiao)果時刻(ke)處于高效(xiao)狀態。花環和絲網脫(tuo)水器(qi)是填料脫(tuo)水器(qi)，脫(tuo)水效(xiao)率不(bu)受(shou)煤氣(qi)發(fa)生(sheng)(sheng)量(liang)變化(hua)影響。煤氣(qi)凈(jing)化(hua)綜合質(zhi)(zhi)量(liang)高，可滿足各(ge)類高爐煤氣(qi)用戶需求(qiu)。

該系統自1999年4月投運至今，生產崗位檢測報告統計表明，凈煤氣最高含塵量小于10mg/m³，含水量小于2.8g/m³。熱風爐送風溫度提高90℃以上，高爐增產節焦效果顯著，且熱風爐格子磚渣化速度顯著下降，可有效延長熱風爐使用壽命，長壽效益顯著。此外,在安全、環保、工業衛生、自動化控制等經濟技術指標達到和超過預期設計要求。
 

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