Источник: Proc. of the 5th International Congress on the Science and Technology of Ironmanking, Osaka, China, 2009, p. 612-616..
Аннотация: технология очистки доменного газа в рукавном фильтре является важным техническим новшеством для экономии энергии, сокращения выбросов и чистого производства в 21 столетии. Она может значительно уменьшить потребление пресной воды во время производства чугуна и сократить загрязнение окружающей среды. Это стало руководством развития современной технологии доменного производства чугуна. В настоящее время сухая технология очистки газа под пониженным импульсным давлением, которая зародилась в Китае, успешно применяется в большой доменной печи, а резервная система очистки газа мокрого типа, была отменена. Были также развиты несколько ключевых технологий, таких как температурный контроль газа, плотная фазовая пневматическая транспортировка собранной пыли, антикоррозийные трубы, измерение содержания пыли в газе и т.д. Полностью сухой тип технологии очистки газа в рукавном фильтре достиг интернационально передового уровня. Ключевые слова: доменная печь, сухой рукавный фильтр, температурный контроль, плотная фазовая транспортировка, измерение содержания пыли.
Технология очистки доменного газа в рукавном фильтре является важным техническим новшеством для экономии энергии, сокращения эмиссии и чистого производства в 21 столетии. Это может значительно уменьшить потребление пресной воды во время процесса производства чугуна, улучшить эффективность использования вторичной энергии и уменьшить экологическое загрязнение. Это — важный технический подход для достижения экономии, и устойчивого развития в черной металлургии, это стало руководством к развитию современной технологии производства чугуна в доменной печи.
В 80-ых годах китайские специалисты по производству чугуна получили опыт по усовершенствованию технологии очистки доменного газа в сухом рукавном фильтре и осуществили усовершенствованную технологию очистки газа в рукавном фильтре импульсной продувкой. Данная технология очистки была успешно применена в доменных печах объёмом 300 мм³ в Китае, что в дальнейшем послужило толчком к реализации промышленного применения этой технологии. С годами развитие технологии продолжалось и она начала применяться в средних и маленьких доменных печах. Технология была применена в печи объёмом 1000 мм³, которая была построена в начале 21–го столетия, и была расширена на несколько большие доменные печи на 2000–3200 мм³.
Прорыв в развитии технологии очистки доменного газа в рукавном фильтре был достигнут в Китае за счет инженерии, научных исследований, применения технических новшеств, проектной интеграции и т.д. С развитием технологии очистки доменного газа в рукавном фильтре, резервная система очистки влажного типа была отменена. С развитием других ключевых технологий, таких как газовый температурный контроль, плотная фазовая пневматическая транспортировка собранной пыли, антикоррозийных труб и т.д., технология очистки доменного газа стала более зрелой.
В таблице 1 показаны параметры технологии очистки доменного газа сухого типа для некоторых больших доменных печей в Китае.
Таблица 1 — Технологические параметры рукавного фильтра сухого типа для некоторых больших доменных печей в Китае
| Объем ДП, м³ | 1200 | 1800 | 2650 | 5500 |
| Расход газа, м³/ч | 230000 | 350000 | 500000 | 870000 |
| Давление, МПа | 0,17 | 0,25 | 0,25 | 0,28 |
| Температура газа,°С | 100-250 | 100-250 | 100-250 | 100-250 |
| Номер резервуара | 10 | 14 | 14 | 15 |
| Диаметр резервуара, мм | 4000 | 4000 | 4600 | 6200 |
| Размер рукава, л/мм | 248 | 248 | 250 | 409 |
| Номер рукава по резервуару | 130-6000 | 130-6000 | 160-7000 | 160-7000 |
| Общая фильтр. поверхность, м² | 6080 | 8512 | 12320 | 21586 |
| Скорость фильтрации, м/мин | 0,63/0,40 | 0,69/0,32 | 0,68/0,31 | 0.59/0.23 |
| Содержание пыли в очищенном газе, мг/м³ | 5 | 5 | 5 | 5 |
Технология очистки в рукавном фильтре была первоначально применена для борьбы с загрязнением окружающей среды при сборе пыли. Поскольку газ доменной печи огнеопасный, взрывчатый и ядовитый, а также из–за больших температурных колебаний и высокого давления, применение рукавного фильтра было сопряжено с техническими трудностями и высокими рисками. Основанная на волоконном фильтрующем принципе, технология очистки с помощью рукавного фильтра была применена в системе очистки газа доменной печи, а технология очистки сухого типа для больших доменных печей с применением низкого импульсного давления еще развивалась.
Перед фильтрованием имеются частицы пыли различной формы и размеров, содержащиеся в газе доменной печи, который представляет собой типичную аэрозольную систему. Фильтрация газа доменной печи осуществляется в два шага: внутренняя фильтрация и поверхностная фильтрация. Когда запыленный газ проходит через рукавный фильтр, пыль собирается на волокне. Данный процесс называется внутренним фильтрованием. Когда пыль на волокне рукавного фильтра достигает определенного количества, т.е. пыль осаждается на поверхности рукавного волокна, фильтрование будет главным образом закончено очисткой слоя пыли с поверхности рукава. Данная фильтрация будет называться поверхностной. В работе очистительной системы рукавного типа поверхностное фильтрование — ведущий метод и имеет важный смысл для технологии очистки с применением рукавного фильтра.
При работе рукавного фильтра, сопротивление проходящему газу увеличивается с увеличением толщины слоя пыли на поверхности рукава. Когда сопротивление достигнет установленного значения, пыль должна быть удалена. Основная идея удаления пыли состоит в том, чтобы удалить задержанную пыль на рукаве быстро и равномерно, но при этом сохранить определенный слой пыли. Удаление пыли важно для нормальной работы рукавного фильтра. Методы очистки включают в себя механические, реверсивные и импульсные. Среди них реверсивные и импульсные главным образом используются в очистительной системе доменной печи. Для процесса удаления пыли с помощью реверсивной технологии, использовали обратный газовый поток для удаления слоя пыли. Все очистительные системы доменных печей в Японии использовали метод реверсивной очистки. В 1980 году в Китае была использована технология импульсной инжекции (продувки) для очистки пыли с поверхности рукава, которая в дальнейшем широко распространилась. Для процесса удаления пыли импульсной продувкой, используют азот или газа (0.15–0.6 MПа), который вводится в рукав импульсами за очень короткое время (меньше чем 0.2 с). Большое количество газа вызывает формирование газовой волны в рукавном фильтре, быстрое расширение и вибрацию, происходящую от рукава. Таким образом, пыль удаляется в отверстие внизу рукава. Благодаря импульсу регулируемой силы и частоты, данный способ сопровождается улучшенным эффектом, низкой потерей сопротивления системы и низким расходом энергии. Этот способ может также использоваться для удаления пыли одновременно во время рукавной фильтрации. Для такого же самого количества газа фильтрующая область рукава при импульсной продувке меньше, чем при реверсивном способе.
Газ в доменной печи проходит через внешний пылеуловитель, восходящий пылеуловитель, нисходящий пылеуловитель, и наконец, поступает в гравитационный пылеуловитель или циклонный пылеуловитель. После гравитационного пылеуловителя полуочищенный газ поступает в рукавные фильтры. После очистки в рукавных фильтрах, очищенный газ поступает через клапан, регулирующий давление, в газопровод доменного и сталеплавильного цеха для вторичной утилизации (вторичного использования) энергии.
Очистительная технология сухого типа рукавного фильтра доменной печи, является комплексной технологией. Чтобы улучшить ее надежность, исследовались и развивались также другие ключевые технологии. Многие проблемы во время проектных работ и экспериментов были решены, технологическое оснащение и контроль были улучшены, и осуществлено применение в больших доменных печах.
Резервуары для доменного газа с рукавным фильтром расположены на двух параллельных линиях. Газопровод, содержащий газ с пылью и газопровод, содержащий очищенный газ, расположены между двумя резервуарами и соединяются с рукавным фильтром. Газовая труба выполнена на основе уравнительного принципа, чтобы объем газа в каждом резервуаре рукавного фильтра был одинаковым. В соответствии с таким расположением, система является компактной, технология короткой и гладкой, и обслуживание оборудования удобно. В случае фильтрации по скоростному принципу, при исследовании распределения потока внутри фильтра, достаточная скорость потока и сечение могут быть определены. Отклоняющие пластины расположены внутри фильтра, за счет чего достигается равное распределение потока внутри фильтра, что соответственно гарантирует работу фильтра в условии равномерного газового потока и является ключевой технологией фильтрации доменного газа рукавным фильтром. Для большой доменной печи с высоким давлением, определение технических параметров, включая газовую скорость потока, давление, температуру и скорость фильтрования в рабочем режиме является основополагающим фактором, чтобы гарантировать надежную работу системы.
Волокно фильтра — это очень важная часть для фильтрации с помощью рукавного фильтра. Качество волокна фильтра и его технические характеристики имеют прямое влияние на работу системы. Температура газа доменной печи высока и неустойчива, влагосодержание и относительная влажность газа сильно изменяется при работе доменной печи. К тому же газ доменной печи обладает коррозийными свойствами, таким образом, может использоваться только подходящее волокно фильтра. У волокна фильтра должна быть высокая пылезахватывающая эффективность, волокно должно быть рассчитано для работы при высоких температурах, иметь сопротивление коррозии, хорошее сопротивление гидролизу и длительный срок службы. Типичными волокна, подходящими для газового рукавного фильтра доменной печи, являются стекловолокно, NOMEX, FMS, P84 и PTFE и т.д. Для специфического применения волокно фильтра должно быть выбрано согласно различному газовому эксплуатационному режиму и особенностям пыли.
Газовый температурный контроль — одна из ключевых технологий фильтрации доменного газа. Обычно газовый температурный контроль осуществляется в диапазоне 100–250 °C. Более высокая или более низкая температура будет влиять на нормальную работу системы. Если газовая температура достигает 250 °C и выше, рукавные фильтры могут разрушаться или сгорать при длительной работе при высокой температуре. Так как в газе есть влажность, то работая при температуре ниже нижнего предела, у пара в газе произойдет изменение фазы и образовавшийся конденсат приведет к сглаживанию фильтра. Для технологии очистки доменного газа рукавным фильтром точное осуществление температурного контроля является очень важным работы доменной печи.
Когда температура газа доменной печи повышается, используется водный метод распыления и испарения для ее понижения. Данные теплообменники используют смягченную воду как охлаждающий агент, чтобы поглотить газовую теплоту. Это способствует эффективному снижению температуры газа. Чтобы предотвратить низкую газовую температуру, нужно принять несколько защитных мер. Это повышение качества сырья и качества топлива, уменьшение влагосодержания в сырье и топливе, улучшение качества наблюдения за системой охлаждения доменной печи, осуществление контроля за температурой и изоляция полуочищеного газа. Главным образом во время вдувания газа и пуска, газовый температурный контроль должен осуществляться с достаточной точностью, чтобы уменьшить влагосодержание в газе и управлять газовой температурой в районе 20–30°С выше температуры конденсации. В настоящее время КПД быстрого нагревания для газа при низкой температуре изучается, чтобы эффективно управлять температурой газа при неблагоприятных условиях.
Устройство онлайн наблюдения за содержанием пыли в газе является важным звеном в работе рукавного фильтра. Устройство онлайн наблюдения за содержанием пыли использует принцип индукции электрического заряда. Частицы пыли в доменном газе создают электростатический заряд и стук. Изменение статического поля отразит содержание пыли в газе. Измеряя электростатический заряд, рабочие условия рукавного фильтра могут быть оценены. Если есть повреждения в рукавном фильтре, то содержание пыли в очищенном газе пыли увеличится, электростатический заряд увеличится. Величина заряда измеряется специальным датчиком, пересылается на передатчик и контроль за содержанием пыли в газе может осуществляться автоматически.
В системе очистки газа доменной печи сухого типа содержание хлорида в очищенном газе намного выше, чем при влажной системе очистки. Хлорид, который содержится в сырье и топливе, преобразуется в газообразный HCl во время работы доменной печи. Когда температура газа достигает температуры конденсации, газообразный HCI вместе с конденсированной водой формирует кислотный водный раствор, который приводит к коррозии. При влажных условиях хлорид приводит к коррозии пятнами, механической коррозии и частичной коррозии на пыли и нержавеющем компенсаторе. В технологии очистки газа влажного типа — хлорид разбавленный. Содержание хлорида в очищенном газе весьма низко, коррозия на пыли уменьшена. После исследования конденсации воды очищенного газа при сухой системе очистки, содержание хлорида в конденсированной воде было выявлено на уровне l000 мг/л, величина рH ниже чем 7 и даже достигает 2–3, что говорит о высокой кислотности, что ведет к сильной коррозии на трубах и компенсаторе.
Чтобы контролировать коррозию газовой трубы, был исследован механизм коррозии, что позволило улучшить материал и структуру нержавеющей стали. Защитная антикоррозийная обработка была применена на внутренней стене газовой трубы для отделения трубы от коррозийного агента и соответственно уменьшила коррозию трубы. Для удаления хлорида было создано устройство, которое использует химический и физический поглотительный принцип, чтобы эффективно удалить хлорид из газа доменной печи. В газовой трубе с очищенным газом распыляющее щелок устройство расположено так, чтобы иметь достаточный контакт щелка и газа доменной печи для уменьшения содержание хлорида в газе.
Есть много технических неудобств для обычной механической технологии транспортировки пыли. Соответственно была развита пневматическая технология транспортировки собранной пыли. Азот или очищенный газ используются, чтобы транспортировать собранную пыль от каждого фильтра через трубу к агломерационной установке для утилизации. Собранная пыль транспортируется в закрытых условиях, что решает проблему обычной механической технологии транспортировки пыли, оптимизирует технологию, уменьшает расход энергии, препятствует вторичному загрязнению и решает технические трудности изнашивания трубы и т.д.
[1] ZHANG Fu–ming. Study and Innovation of the Key Technologies on Modern Large Blast Furnace [j] Iron and Steel, April 2009, 44(4): 1-5.
[2] XIANO Xiao–dong Modern Aerosol Collection Theory and Technology [M]. Beijing metallurgical Industry Press. 2002.
[3] ZHANG Dian–yin. WANG Chen. YU Fei–lu Technology of Bag Filter Dedusting [M ]. Beijing metallurgical Industry Press. 2008.