高温除尘技术在电弧炉炼钢除尘中的应用.pdf

高温除尘技术在电弧炉炼钢除尘中的应用 刘贵琦 宝钢工程技术集团有限公司， 上海 201900 摘要 以目前电弧炉炼钢除尘系统中高温烟气的治理面临的尴尬局面为背景， 叙述了宝钢工程技术集团有限公司自主 研发的耐高温除尘器。以中试数据为依据， 着重介绍了金属滤料高温除尘器的现状和发展。 关键词 耐高温除尘器;电弧炉除尘;高温烟气;高温过滤材料 APPLICATION OF HIGH- TEMPERATURE DEDUSTING TECHNIQUE IN STEELMAKING DEDUSTING OF ELECTRIC ARC FURNACE Liu Guiqi Baosteel Engineering Technology Group Co． ， Ltd，Shanghai 201900， China AbstractIt is given that the current situation of treating the high-temperature exhaust gas in the electric arc furnace de- dusting system is somewhat embarrassing， this paper gives a introduction to the special high-temperature dust remover designed by Baosteel Engineering Technology Group Co． ，Ltd． Based on the pilot testing data，this paper presents the on-going and future development of the high-temperature dust remover with stainless steel filter material． Keywordshigh-temperature dust remover; removing dust of the electric arc furnace; high-temperature exhaust gas; filter malerial of high-temperature 0引言 根据国务院发改委国民经济和社会发展第十 一个五年规划纲要 ， 提出了“十一五” 期间， 我国单 位国内生产总值能耗降低 20 左右， 主要污染物排 放总量减少 10 的约束性指标。而高温烟气余热锅 炉的热回收技术已列入国家实行节能减排的主要措 施之一。 高温烟气的除尘技术正是高温烟气余热锅炉技术 发展的重要环节。目前尚无厂商能提供钢厂高温气体 在 300 ℃以上工况条件下连续运行的除尘器。这样， 使高温烟气除尘和余热回收及设备选用的范围受到限 制， 为此多采用一次和二次冷却设备或掺入大量的冷 风， 既浪费能源又多增加设备和维护管理费用。 1传统电弧炉高温烟气除尘方法 国内钢厂电弧炉高温烟气除尘技术主要采用先 降温后除尘的工艺。由于电炉熔炼时烟气温度很高， 粉尘浓度达 15 g/m3， 小于 10 μm 的灰占粉尘总量的 70 以上， 粉尘量大， 并且黏而细， 经水冷烟道冷却后 的烟气一般在 550 ℃ 左右， 二次冷却设备的任务是将 烟气温度降到 300 ℃ 左右 常用的冷却设备有 机力 冷却器换热、 喷雾冷却换热、 或采用余热锅炉换热 等 。先换热降温后除尘的方法存在诸多的缺点 1 机力冷却器换热， 进口烟气温度 500 ℃ 左右， 机冷器管壁容易堵灰， 系统阻力大并导致系统无法正 常运行。 2 喷雾冷却换热增加烟气中水的含量， 操作不 当使布袋板结， 造成输灰系统和设备堵塞。 3 余热锅炉换热由于烟气中含有大量的粉尘， 黏而细的粉尘在光管的热管元件上出现积灰、 堵塞现 象， 对于环向翅片管的热管元件积灰、 堵塞更加严重， 不仅影响换热效率， 余热锅炉产蒸汽量不足， 更为严 重的是由于余热锅炉堵灰， 系统运行不稳定， 造成冶 炼生产无法正常进行， 被迫停产检修。 由于以上缺点， 尽管工程中又采取许多吹灰防堵 的方法， 但由于粉尘细而黏且量大， 每生产一吨钢水 就会产生 12 ～ 18 kg 粉尘 ［2］， 因此这些清灰方法收效 甚微， 无法从根本上解决设备积灰、 堵塞问题。除此， 靠掺混野风降低烟气温度来满足常温除尘器的运行， 28 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 由此带来了除尘风量增大和风机风量压头的白白浪 费。耐高温除尘器正是基于这种现状而研发的。 2高温过滤材料简介 高温除尘技术的核心是高温过滤材料， 由于工作 温度高、 气体腐蚀性强等特点， 对高温过滤材料有很 高的要求。过滤材料必须同时满足过滤特性、 使用寿 命、 价格低廉等特点。它需要具有 1 高除尘效率、 良好的气体渗透性; 2 较高的强度、 韧性和耐热性， 以及优良的抗热震性; 3 优良的耐高温气体腐蚀能 力和化学相对稳定性; 4 再生性能好， 使用寿命长; 5 良好的经济性。目前， 高温除尘过滤介质一般采 用多孔陶瓷材料和多孔金属材料。其主要特点和分 类如下 2. 1多孔陶瓷材料 陶瓷材料因具有优良的热稳定性和化学稳定性， 可在高达 1 000 ℃ 温度下工作， 并且在氧化、 还原等 高温环境下具有很好的抗腐蚀性而成为高温气体除 尘的优良选材之一。但陶瓷过滤材料有一个严重的 缺点就是脆性、 延展性， 韧性很差。普通单质陶瓷过 滤材料在产生小量变形时其强度就达到最大值， 然后 突然破裂。这种特点以及陶瓷材料固有的热传导性 差的特点使得陶瓷过滤材料难以承受大的热负荷波 动， 即抗热震性差。此特性也严重的限制了陶瓷过滤 材料的发展。 2. 2烧结金属过滤材料 烧结金属粉末是依靠熔融金属雾化制粉后压制 成形和烧结而得。烧结金属粉末可制成各种复杂形 状， 并且有较高的过滤精度， 具有突出的抗高温氧化 和耐硫腐蚀性能。烧结金属过滤材料是一种常用的 刚性过滤介质， 包括烧结金属粉末、 烧结金属丝网以 及烧 结 金 属 纤 维 等， 其 过 滤 精 度 从 0. 05 μm 到 100 μm。金属过滤材料具有良好的导热性、 韧性和 优异的抗热震性能以及高温耐腐蚀能力。另外， 金属 材料还具有很好的加工性和焊接性能。这些优异性 能使得金属过滤材料在高温气体除尘应用中较之陶 瓷材料具有更好的适应性和优越性。 2. 3金属纤维毡 金属纤维毡是一种将金属熔化后， 通过真空喷丝 制成的金属织物。它兼具金属耐高温和织物高精度 的特性， 经过结构优化后， 能够有效滤除细微颗粒。 金属纤维毡采用直径为微米级的金属纤维经无纺铺 制、 不同丝纤网多层叠加经高温烧结而成。因此， 金 属纤维毡具有不同孔径梯度， 可控制得到极高的过滤 精度和较单层毡有更大的纳污容量。金属纤维毡孔 径分布均匀， 具有渗透性能好、 强度高、 耐高温、 可折 叠、 可再生、 寿命长、 可多次使用、 可焊接加工等特点， 适合于高温、 高压及腐蚀环境中使用的新一代高效金 属过滤材料。 从 20 世纪 70 年代开始， 国外公司开始生产金属 纤维毡， 产品质量达到了世界先进水平。近年来， 我 国在金属纤维毡的研制及产业化开发方面也取得了 突破性的进展。这种材料在化工、 化纤、 冶金等领域 具有广泛的应用。 3耐高温除尘器的研发 3. 1设计背景 本项目计划开发拥有自主知识产权的耐高温除 尘器， 在电炉烟气一次除尘上进行中试， 以取得耐高 温除尘器在电炉烟气实际工况中的运行数据， 为电炉 负能除尘节能技术推扩应用打下基础。成果可推广 应用到其他高温烟气除尘领域， 如 转炉、 电石炉、 AOD 以及铁水脱磷等除尘项目， 该高温除尘器采用 金属纤维毡过滤材料。 耐高温除尘器样机适用处理烟气温度 550 ℃ 的 要求， 技术指标满足 JB /T 85322008脉冲喷吹类 袋式除尘器 和 GB /T 68862008烧结不锈钢过滤 元件 标准要求， 排放浓度标准达到≤20 mg/m3。 3. 2设计内容 耐高温除尘器试验样机设计， 包括 高温条件下 设备结构形式; 耐温材质及防止热变形措施; 密封材 料; 脉冲清灰装置及过滤元件的结构形式等， 其次样 机中试测试数据的确定和分析， 将为下一步的负能除 尘建立数据基础资料。 高温除尘器中试项目是从除尘水冷烟道上接出 1 根除尘管道， 以引入耐高温除尘器样机中进行中 试。为防止管道散热产生温降， 引入的除尘管道采取 保温的措施。净化后的气体由高温风机送入临时排 气筒排放。为满足风机运行对气体温度的要求， 风机 入口前管路上设置手动野风阀， 混入野风。在系统管 路上及除尘器、 风机进出口设置必要的温度、 压力、 流 量检测仪表并现场显示。除尘器样机、 阀门、 检测仪 表处设置平台以便操作维护。高温除尘系统工艺流 程见图 1。 耐高温除尘器样机采用 3 个独立的单元过滤室， 每个单元采用不同的过滤元件 短圆袋、 长圆袋、 扁 38 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期 图 1高温除尘系统工艺流程 袋 进行中试。每个单元过滤室入口管道上设置一 个手动插板阀进行风量调节。 耐高温除尘器样机的每个单元过滤室设有若干 条金属烧结毡过滤元件， 分为多排布置。每排设一根 压缩空气喷吹管和一个脉冲阀控制过滤元件的清灰。 4耐高温除尘器的优点及存在的问题 耐高温除尘器可以实现高温条件下气体的除尘 和净化， 其突出优点是可以对除尘烟气进行余热回 收， 最大程度地利用气体的物理显热， 提高锅炉的换 热效率， 延长其寿命， 从而提高能源利用率。另外， 除 尘后的高温烟气可以克服目前电炉除尘系统余热锅 炉所遇到的尴尬; 同时也可以简化除尘工艺， 取消二 次冷却 设 备 如 机 冷 器节 省 投 资 和 冷 却 设 备 的 电耗。 耐高温除尘器尚处于研发初期， 其测试运行情况 如下 1金属过滤材料由于本体的刚性结构， 在压缩 空气脉冲喷吹时的滤袋震动小于传统的滤袋， 使得其 消灰效果差于传统滤料， 系统运行时， 除尘器本体阻 力高于普通除尘器。 2金属过滤材料在 1. 2 m/min 的过滤风速下， 排放浓度经测试 ＜ 10 mg/m3， 完全满足国家的排放 浓度标准 50 mg/m3 。 3金属过滤材料制成的滤筒由于加工工艺问 题， 使用滤筒长度较短， 致使除尘器占地面积过大。 所以在未来此类高温除尘器的推广中， 可以逐步增长 金属滤筒的长度 建议可以增长至 4 m ， 也可以采用 双层除尘器的工艺来克服此缺陷。 5结论与展望 自 20 世纪 80 年代， 西方国家开展了高温气体过 滤除尘技术的开发， 其主要目标是实现被称之为跨世 纪新技术的煤的洁净燃烧联合循环发电工艺技术 IGCC， PFBC 的商业化。在高温过滤材料的研制、 高温除尘技术开发以及工程化应用等方面取得了很 大进展。我国自 20 世纪 90 年代开展了高温气体过 滤除尘技术的开发， 根据能源工业洁净能源技术发展 的需要以及制造工业技术进步和节能减排的需要， 进 一步发展我国高温除尘过滤材料制备技术和高温除 尘工程应用技术是非常必要的。 此次耐高温除尘器的研发中试应用属于行业首 创， 由于耐高温除尘器的中试需要较长的时间来考 察， 从而全面的评价高温除尘器的运行寿命， 经济价 值与投资成本的回收期等诸多因素。而目前的中试 尚处在初步阶段， 相信在今后的研发中还会遇到更多 技术问题， 由于作者的经验和水平有限， 希望广大同 仁能积极与我们合作来完善高温除尘技术。 参考文献 ［1］廉乐明， 李力能． 工程热力学［M］． 北京 中国建筑工业出版社， 1999． ［2］王永忠， 宋七棣． 电炉炼钢除尘［M］． 北京 冶金工业出版社， 2003． ［3］郑岩， 谈庆． 电弧炉内排烟气降温余热利用回收系统及其除尘 工艺［P］． 发明专利申请公开说明书 申请号 200610088072. 1． ［4］涂国强． 超 高 温 袋 式 除 尘 器 的 实 验 系 统中 国 ［P］． 200510028085． 5 ［5］况春江， 李强， 王浩． 高温除尘技术与节能减排［J］． 新材料产 业，2007 12 34- 37． ［6］周翔， 隋贤栋， 黄肖容． 高温气体过滤除尘材 料 的研究进展 ［J］． 材料开发与应用，2008 12 99- 102． ［7］高根树， 杨云． 新型高温除尘技术的应用［J］． 矿业工程，2005， 3 1 45- 46． ［8］顾福明． 冶金炉烟气负能除尘余热回收方法及专用设备 中国 ［P］ ， 200810025075． X． ［9］邢毅， 况春江． 高温除尘过滤材料的研究［J］． 过滤与分离， 2004， 14 2 1- 3． ［ 10］顾临， 邱世庭， 赵杨． 烧结金属多孔滤材技术综述［J］． 流体机 械， 2002 2 30- 34． 作者通信处刘贵琦201900上海宝山铁力路 2510 号宝钢工程技 术集团有限公司 E- mailbingche 126． com 2012 － 03 － 01 收稿 48 环境工程 2012 年 12 月第 30 卷第 6 期