1.技術研發背景

高爐煉鐵生產成本占整個鋼鐵聯合企業生產成本約50%以上，煉鐵工序能耗占整個鋼鐵制造流程能源消耗約70%。因此，降低煉鐵生產環節的能耗，提高其二次能源回收利用率具有重要意義。

煉鐵生產的副產品高爐煤氣是鋼鐵聯合企業中很重要的二次能源。高爐煤氣必須經過凈化后才能利用，傳統的煤氣凈化方法是濕法除塵，濕法除塵之后采用爐頂煤氣余壓發電(TRT)技術回收高爐煤氣的壓力能和部分熱能，將其轉化為電能，該部分能量約為高爐鼓風機能耗的30%-40%，因此回收這部分能量具有顯著的經濟效益。

傳統的濕法除塵技術工藝成熟，運行穩定，除塵效率較高，可是使用過程中存在一系列弊病，例如耗水量大，耗電量高，降低煤氣熱值，TRT發電量低，占地大，還存在著水污染等環境污染。以上濕法除塵存在的一系列重大缺陷，是其所無法解決的。因此，采用高爐煤氣全干法除塵技術已是大勢所趨。

2、首鋼國際工程公司高爐煤氣干法除塵技術研發歷程

從20世紀90年代開始，首鋼國際工程公司就致力于高爐煤氣脈沖干法除塵技術的開發和設計。2004年，首鋼國際工程公司在首秦1200 m3高爐上成功設計應用高爐煤氣脈沖干法袋式除塵技術，帶動了國內鋼鐵行業大型高爐煤氣脈沖干法除塵技術的應用，大大提高了高爐煤氣能源的回收利用，帶來顯著的經濟效益和社會效益。之后，該技術又成功應用在遷鋼2650 m3高爐上，各項指標均達到設計標準，取得了節能、節水和環保效果。

目前，首鋼京唐5500 m3特大型高爐也采用了高爐煤氣全干法袋式除塵技術，摒棄了特大型高爐一直采用的濕法除塵工藝，創造了高爐煤氣全干法技術在特大型高爐上成功應用的世界新記錄，為世界鋼鐵行業節能環保做出了突出貢獻。

首鋼國際工程公司開展的長壽集約型冶金煤氣全干法除塵工藝技術開發課題，獲得了國家科技部“十一五”重點科技支撐計劃支持。國家住房和城鄉建設部批準了由首鋼國際工程公司主編的《高爐煤氣干法袋式除塵設計規范》國家標準，編號為GB50505-2009，該標準自2009年12月1日起實施。該項國家標準的發布實施，奠定了首鋼國際工程公司在國內高爐煤氣全干法除塵技術研究應用領域的領先地位，進一步提高了首鋼國際工程公司的核心競爭力。

3.高爐煤氣干法袋式除塵主要技術特點

高爐煤氣干法袋式除塵技術在大型乃至特大型高爐使用，并不僅僅單純的將小高爐的技術應用推廣，而是需要進行多項技術的研發、升級，以適應大型高爐煤氣流量大、壓力高、溫度變化范圍大的工況條件，滿足高爐系統穩定、安全運行的要求。典型高爐煤氣干法除塵工藝流程如圖1所示：

1-高爐，2-旋風除塵器，3-罐車，4-煤氣換熱器，5-布袋除塵器，6-灰倉，7-減壓閥組，8-TRT，9-噴堿脫氯裝置，10-管網放散塔

現代大型高爐煤氣干法袋式除塵技術特點主要包括以下幾個方面。

3.1 高爐煤氣溫度控制技術

高爐煤氣干法布袋除塵使用的是高溫濾料，但是它仍然有一定的溫度要求，比如當前使用的幾種濾布要求溫度在100-220℃范圍，最高不超過260-280℃，太高要損壞濾布，太低則要結露，都影響除塵器工作，所以布袋除塵器對凈化介質溫度有一定要求。

高爐爐頂煤氣溫度大部分在250℃以下，但是由于冶煉情況復雜，溫度過高過低是常有的事，比如爐況不順，有時會升高到500-600℃以上，這樣爐頂設備必須加以保護，并且干法除塵也無法使用，為此高爐煤氣除塵系統采用以下降溫措施：

1)爐頂噴水：爐頂噴水是必要的手段，防止出現高溫損壞爐頂設備，降溫幅度可達數百度。

2)煤氣換熱器：針對特大型高爐的工藝技術特點，在高爐煤氣袋式除塵系統前置熱管式煤氣換熱器作為高爐煤氣降溫裝置，該裝置可以根據高爐煤氣溫度的變化情況進行自動切換，以保證干法除塵濾袋在合適的溫度下運行，采用熱管式換熱器進行換熱不僅節約電能，而且不產生二次污染，設備簡單，操作維護方便。

熱管換熱器利用熱管原理將高溫熱量傳遞到水中從而降低煤氣溫度，是一種高效冷卻設備。為減少磨損，熱管表面釬焊了鎳鉻合金材料。這種設備傳熱效率高，體積小。在首鋼京唐高爐投產初期，爐頂溫度偏高，高爐煤氣溫度多次出現干法除塵入口超過260℃甚至300℃的情況，降溫裝置長期投入使用，溫降可達70℃以上，運行效果好，滿足了生產要求。

3.2 緊湊化工藝技術

伴隨著高爐容積的不斷增大，高爐煤氣發生量也大幅增加。1000m3級別至5500m3級別高爐煤氣發生量差別巨大，除塵器箱體直徑的大小關系到干法除塵系統的整體布置，要求干法袋式除塵系統箱體配置應與工藝參數同步，直徑與單箱體煤氣處理量系列化，保持合理的箱體數量配置，使工藝流程緊湊化，達到最佳的性價比配置。緊湊化工藝技術主要有以下幾點：

1)與高爐容積匹配的除塵器直徑與數量：應根據不同容積高爐煤氣量的變化選擇相適宜的除塵器直徑和除塵器數量。除塵器箱體數量一般為10-16臺之間，數量太少，不能滿足維護檢修的倒箱操作，一旦因為偶發事故造成布袋破損，會造成系統負荷過大，難以保持穩定;數量太多，投資和占地面積大幅增加，設備日常維護量大，造成資源浪費。

2)除塵器結構優化及流場分析：除塵器箱體是高爐煤氣干法除塵系統主要設備之一，對于確保系統的安全、穩定運行有著重要作用。通過對除塵器殼體進行應力分析，研究除塵器結構的局部薄弱點，進行局部調整降低應力集中，提高設備安全與穩定性。除塵器箱體內部采用特殊的導流結構，使得除塵器箱體煤氣氣流分布均勻，降低了流速，大大減少了濾袋異常破損的發生，保證整個系統滿足高爐的持續穩定生產。

3)合理進行工藝布局：根據除塵器數量和總圖情況，合理進行工藝布局。工藝布置應滿足以下幾點要求：占地長寬比列合適、美觀;操作巡檢方便，吊裝范圍合理;煤氣氣流分布合理，減少荒煤氣主管道積灰的可能;主框架受力合理，各層平臺寬闊，有效利用空間;脈沖設備布置(布袋、袋籠更換)平臺開闊，吊裝和更換布袋、袋籠方便。

3.3 煤氣系統綜合防腐技術

近幾年，煤氣干法除塵系統開始在國內大高爐上推廣普及，但是由于小高爐干法系統腐蝕的矛盾不突出，又沿襲了大高爐傳統濕法除塵的習慣，對煤氣中HCl等酸性氣體的存在缺少認識，因此，大型高爐煤氣除塵在由濕法向干法轉型期間，很多都沒有充分考慮到由酸性氣體帶來的嚴重腐蝕現象。另外，高爐原料越來越多地使用進口礦，進口礦尤其是澳礦中氯元素含量普遍高于地方礦，導致高爐煤氣中的HCl含量更高，這也是大高爐干法系統腐蝕嚴重的重要背景條件。目前，濟鋼、萊鋼、太鋼、遷鋼、首秦等企業的高爐干法煤氣系統都普遍存在腐蝕問題。

受原料條件限制，控制入爐料中氯元素和高爐內部氯元素不進入煤氣也有很大難度。首鋼國際工程公司根據高爐生產操作實際情況，在遷鋼2號高爐中進行噴水噴堿液工廠試驗，并進行多種防腐蝕涂料的實驗室實驗，進一步深入分析腐蝕的原因，找出了相應的解決方法與措施。噴堿工廠試驗裝置實施后，對煤氣冷凝水及系統腐蝕情況進行跟蹤和進一步分析后，優化了工藝參數與結構，并進一步在京唐工程中實施應用。目前高爐煤氣冷凝水PH值均大于6.5，運行效果良好。

4.干法除塵技術經濟效益及應用前景

干法袋式除塵技術與濕法除塵技術相比，具有煤氣凈化質量高、節水、節電、運行費用低、無污水排放、提高TRT發電等優點，經濟效益和社會效益顯著(經濟效益計算以2500m3高爐為例)。

1)煤氣潔凈度高：采用全干法布袋除塵技術處理后的凈煤氣潔凈度高，正常情況下凈煤氣含塵量≤ 5mg/m3，煤氣含塵量低可減少加熱爐用戶等堵塞，提高加熱設備的熱效率和使用壽命。

2)煤氣熱值高：干法后煤氣溫度高，含水量低，顯著提高了煤氣熱值，可提供熱風爐理論燃燒溫度約40℃。熱風溫度提高，降低了燃料比、提高回收利用水平，降低了工序能耗，每年減少CO2排放約2萬t。

3)生產能耗下降：采用全干法除塵工藝，與濕法除塵相比，噸鐵新水消耗降低約0.40 m3，噸鐵電量消耗降低約4-6 kWh。年節約新水約80萬t，節電1000×104 kWh，大大減少了運行成本。

4)TRT發電量顯著提高：干法除塵后凈煤氣溫度(約150℃)，比濕法除塵煤氣溫度(約50℃)提高100℃以上，且煤氣含水量低，阻力損失小，可相應提高TRT發電量35%-40%以上。年可增加發電量約2000×104 kWh。

5)社會和環境效益良好：采用全干法布袋除塵工藝，經濟效益顯著，社會效益良好。濕法除塵產生大量污水，水中含有有毒物質，經處理后排放的水中仍含有氰、硫、酚和重金屬等有害物質，造成土壤和水污染，形成毒害作用。采用全干法袋式除塵技術，完全避免了濕法除塵過程中大量有毒污水、污泥的產生，從根本上解決了二次水污染及污泥的處理問題。

干法除塵顯著提高了TRT發電量，提高了高爐煤氣熱值，對提高熱風溫度具有重要意義，為企業創造了巨大的經濟效益、社會效益和環境效益。該項目是創建環境友好型、資源節約型循環社會經濟的成功范例，完全符合低碳、循環經濟的發展要求。目前高爐煤氣干法袋式除塵技術已應用在京唐、宣鋼、濟鋼等多座高爐上，推廣前景良好。

5、首鋼國際工程公司高爐煤氣干法除塵技術研發團隊

首鋼國際工程公司在冶金工藝技術上堅持不斷創新，在高爐煤氣干法除塵技術領域一直走在國際前沿，鍛煉了一支以教授級高級工程師張福明、高魯平、張建、毛慶武、韓渝京，高級工程師鄭傳和等一批專家為主導，多名中青年工程師陳玉敏、章啟夫、侯健等為骨干的高爐煤氣干法除塵技術團隊。他們先后組織并承擔了多個高爐煤氣干法除塵技術研發課題和設計總包工程共20余項。近年來，該團隊通過大量生產調研、科學計算和反復論證，連續完成了高爐煤氣低壓脈沖布袋除塵技術的不斷升級和產品創新。這支由老中青三代技術專家組成的技術團隊共完成22項具有自主知識產權的相關專利技術。

高爐煤氣全干法除塵技術作為一項新技術，仍然需要不斷創新和改進。首鋼國際工程公司高爐煤氣干法除塵技術團隊將認真做好該項國標實施后的技術跟蹤和調研工作，繼續發揚創新精神，在新型濾袋反吹清灰、新型材料過濾等工藝上進行大膽創新，以期降低系統氮氣消耗并減輕干法布袋工藝所帶來的濾袋大量更換的工作量，使該項技術不斷創新發展，為鋼鐵行業節能減排發揮更大的作用。