机械式压力输灰技术在高炉煤气干法除尘系统的应用

吴建霖，赵泽文，鄢 明，徐正西，银雪斌

（1.广西华锐钢铁工程设计咨询有限责任公司，广西柳州 545002；2.广西钢铁集团有限公司，广西防城港 538002）

前言

经过近20年的发展，高炉煤气干法除尘技术已经逐步成熟，越来越受到钢铁企业的重视，并从小型高炉逐步推广应用到大型高炉，为企业节能降耗、节约资源及提升环保效果带来积极影响。近年来高炉炼铁为追求低耗，炉顶煤气温度越来越低，高炉煤气干法除尘灰易结露板结，高炉煤气干法除尘输灰系统逐步成为生产限制性环节。目前高炉煤气干法除尘输灰工艺一般采用传统机械式输灰或气力输灰两种输灰工艺。

1 传统机械式输灰与气力输灰工艺介绍

1.1 传统机械式输灰工艺

传统机械式输灰工艺采用普通埋刮板机链条刮板的机械运动进行卸灰，除尘箱体与埋刮板输送机间设有中间灰仓，除尘箱体和中间灰尘中的除尘灰依靠重力和仓壁振动方式排出[1],其工艺流程如图1所示。

图1 传统机械式输灰工艺图

除尘箱体灰仓的容积大于中间灰仓的容积，以使除尘箱体卸灰时能保证部分灰封，防止煤气窜入中间灰仓内。除尘箱体卸灰和中间灰仓卸灰分开进行，保证煤气在卸灰过程中不外泄。机械式输灰为防止煤气泄漏而设置中间灰仓，在卸灰操作时需进行反复倒罐操作才能将除尘箱体内除尘灰卸出，操作过程反复繁多，阀门动作频次高，卸灰效率低，阀门寿命短。操作经验表明在除尘箱体内煤气温度稍低（＜80 ℃），除尘灰潮湿时仅依靠除尘灰的重力无法把除尘灰卸尽，一段时间后将会出现除尘灰板结情况。同时，普通埋刮板机链条刮板不能将除尘灰全部刮出，容易积灰，积灰易冷却板结，造成刮板机链条起拱甚至破坏。

目前国内很多配置传统机械式输灰工艺的高炉煤气干法操作工为使卸灰过程顺畅，在卸灰操作过程中不再进行倒罐操作，而中间灰仓沦为一段卸灰短管，已失去原设置的意义。这种操作虽能提高卸灰效率，但存在煤气和粉尘外漏的风险，安全隐患较大。

1.2 气力输灰工艺

气力输灰是利用高速气流在管道中输送除尘灰，按固气比不同分为浓相输送和稀相输送。浓相气力输灰需在每个除尘箱体下部设置一台容积1 m3左右的仓式泵，该工艺系统配置复杂，投资大，虽能缓解管道磨损，但仍存在流化板及管道“堵灰”现象，目前已很少采用。稀相气力输灰是利用除尘箱体内高炉煤气自身的压力来进行卸灰，以净高炉煤气或氮气为输送载体，把除尘灰输送到集中灰仓中[2]。因省去了仓式泵及动力装置，使得整套系统设备大大简化，故现采用气力输灰工艺一般均采用稀相输灰工艺，稀相气力输灰工艺流程如图2所示。

图2 稀相气力输灰工艺流程图

稀相气力输灰工艺对除尘灰温度及输送气体的压力、流速、气固比等参数要求严格，且配套检测及自动化程度要求高，操作过程需要辅助气源。实际操作中，由于单个箱体的排灰是间隔且短暂的过程，在排灰的前期和后期不可避免地存在气固比达不到合理参数的情况，会造成阀门、管道弯头等设备磨损或造成输灰系统水平管道及弯头等部位堵塞；根据生产经验,在煤气温度偏低（＜80 ℃）时易发生输灰管道堵塞，影响布袋正常运行[3]。

2 机械式压力输灰技术的研发

通过对两种卸输灰方式的原理和效果进行分析，参照现有高炉煤气重力除尘器的卸灰方式，提出了机械式压力输灰工艺。该工艺是一种采用机械动力的同时利用除尘箱体内煤气压力进行输灰，用于压力输灰的煤气通过煤气卸压管并经布袋过滤后回收至调压阀组后低压净煤气总管。机械式压力输灰工艺需配置耐压埋刮板机或耐压斗式提升机，无需中间灰仓；卸灰阀门为偏置自锁卸灰钟阀、手动盲板阀和专用星型卸灰阀，其工艺流程如图3所示[4]。耐压埋刮板机实物照片如图4所示。

图3 机械式压力输灰工艺流程图

图4 耐压埋刮板机实物照片

机械式压力输灰技术是一项全新的技术，是将传统机械式输灰与稀相气力输灰的优势相结合，其系统煤气流与以净煤气为输灰介质的稀相气力输灰一致，都是将输灰尾气净化后引入低压煤气管网回收。该系统可实现一键式操作，根据生产实际需要选择在线或离线卸灰模式，通过箱体内压力和星型卸灰阀控制卸灰速度。

机械式压力输灰工艺输送物料的流速、气固比的调节范围宽，以除尘箱体集灰量确定的卸灰间隔周期大幅延长，卸灰效率高，单个除尘箱体2～3 天的贮灰量只需要3～6 min 便可以卸完，并解决了设备磨损或管道堵塞等问题。同时利用带压煤气流对偏置自锁卸灰钟阀的密封副及卸灰通道进行自清洁，能有效保证阀门密封效果并延长使用寿命。

3 机械式压力输灰技术的应用

目前，机械式压力输灰技术已成功运用于珠海粤钢1 号高炉（530 m3）、广西钢铁1 号高炉（3 800 m3）、柳钢中金1 680 m3高炉。目前，柳钢2 号高炉（2 650 m3）干法除尘卸灰系统也拟采用该技术进行改造，基本情况详见表1。

表1 各高炉干法除尘卸灰系统基本情况

粤钢1 号高炉于2017 年5 月大修投产至今已有4 年，是国内首次采用机械式压力输灰技术的高炉。该卸灰系统运行稳定，卸灰效率高，设备故障率低，只出现少量埋刮板机叶片变形，但不影响使用。

广西钢铁1 号高炉于2020 年6 月投产后一直稳定顺行，但于2021 年2 月初至3 月中旬高炉顶温持续偏低，进入干法除尘箱体高炉煤气日平均温度持续在85 ℃左右，最低时已接近75 ℃，个别极限时段低于70 ℃，2021 年2 月至3 月高炉煤气干法除尘箱体运行温度如图5所示。在低温生产期间卸灰系统运行顺畅，未出现“堵管”现象，卸出除尘灰潮湿。生产1年时间内耐压埋刮板机和耐压斗式提升机未出现设备故障。

图5 广西钢铁1号高炉煤气干法除尘系统运行温度

柳钢中金1 680 m3高炉于2021 年5 月点火投产，高炉铁水为全铸铁，受上游供料系统和下游铸铁工序影响，该高炉投产至今1 个多月的时间内一直处于慢风操作，顶温波动大，炉顶打水频繁，卸灰系统仍运行顺畅，卸出除尘灰较湿润。

4 结语

机械式压力输灰技术在各级别高炉煤气干法除尘系统上均取得了非常好的效果，卸灰效率高、设备故障率低，特别是对低温和含湿量高工况表现突出。为其他高炉煤气干法除尘卸灰系统改造提供了参考。