冶金炉窑强化供热关键技术及应用

1、前言

冶金炉窑烟尘是一个重要的大气污染源，袋式除尘器是冶金炉窑烟气净化中大量应用的设备。对于冶金炉窑烟尘治理技术，我国已探索多年，取得长足进步。但仍有许多炉窑除尘系统效果欠佳。主要表现在烟气处理量远远低于设计值，烟尘不能排除，炉前操作环境恶劣，有的除尘系统几乎完全不起作用。其原因，主要不在于烟尘捕集装置，而多由于所用袋式除尘器的性能不适应炉窑烟尘的特性。

2、清灰方式的确定

(1)袋式除尘器的性能主要表现在过滤和清灰两方面。以袋式除尘技术现有水平，使过滤效果达到和优于环保标准不是难事，而将袋式除尘设备的阻力控制在预定限度内，则相对较难。纵观袋式除尘系统出现的运行效果差的问题，绝大多数都与清灰效果不好导致阻力上升有关，故“清灰”是关系到袋式除尘系统成败的决定性因素。

(2)冶金炉窑烟尘多由化学途径产生。烟尘颗粒微细、粘性强，从而给袋式除尘器的清灰带来困难。同时，炉窑烟尘形成的粉尘层质地细密，在容尘量相同时，其设备阻力将显著高于处理其它粉尘。以炼钢电弧炉为例，粉尘颗粒绝大部分都在10um以下。在吹氧期，小于5um的尘粒几乎占100％(表1)。它属于强粘性粉尘，以拉伸断裂法测定的拉断应力>600Pa。其清灰的困难程度很高。

(3)最近20年中，我国炉窑烟尘治理采用反吹风袋式除尘器居多。较普通的情况是设备阻力居高不下，低者约3000Pa，高者达4000～5000Pa。这种应用失败的例子在中、小炼钢电炉和新建的100～150t超高功率电炉工程中都屡见不鲜，在出铁场、转炉二次烟尘等治理系统也很普通。一些用户为了勉强维持运行，不得不定期派人敲击滤袋，以改善清灰效果。

上述情况的出现同反吹清灰的特点有关。大量研究证明，积附于滤袋表面的粉尘层不是被反向气流“吹”掉的。要吹掉滤袋上的粉尘层，反向气流的速度必须达到16m/s以上，而包括脉冲喷吹在内的所有清灰方式都远远做不到这点。决定滤袋清灰效果的主要因素是清灰时滤袋所获得的压力峰值、压力上升速度，以及袋壁获得的最大反向加速度。反吹气流穿过除尘滤袋壁时的速度只有0.5～1.0m/min，不可能将粉尘层“吹”掉。另一方面，反吹气流在滤袋内产生的压力峰值很低，压力上升速度很小，更不能令袋壁获得有效的反向加速度。反吹清灰方式主要靠滤袋变形对粉尘的挤压作用，这一清灰方式只能产生微弱的清灰强度。这一认识在稍后进行的菱形袋式除尘器清灰性能试验中得到证实。

试验在反吹风速2.0m/min(4倍于实际应用的反吹风速)条件下进行。滤袋各点的最大压力峰值为55Pa，压力上升速度0.86Pa/ms。而对于清灰起重要作用的最大反向加速度则为零。

由于除尘布袋形状的原因，菱形扁袋的清灰强度低于圆袋。但据资料报导，反吹清灰获得的最大反向加速度最高不超过3～5g(g=0.81ms2)。这样弱的清灰强度，显然难以去掉具有强粘性炉窑烟尘，其阻力过高的原因也就不难理解。

(4)对于冶金炉窑的烟尘治理，脉冲喷吹清灰是最为合理的选择。

脉冲喷吹用压缩空气作气源，以瞬间释放的方式在滤袋内产生很高的压力峰值和压力上升速度，从而使袋壁获得很大的反向加速度。

在喷吹(气源)压力0.55MPa条件下，袋内不同部位的平均压力峰值可达1869～4252Pa，压力上升速度达277～995Pa/ms，最大反向加速度达65～195g(g=0.81m/s2)。其清灰强度为反吹清灰的数十倍至上百倍。

在同一喷吹压力下，测得MC型中心喷吹的袋壁最大反向加速度为15～43g(g=0.81m/s2)，虽然明显小于环隙喷吹，但仍比反吹清灰高得多。

在实际应用中，脉冲袋式除尘器有着很好的事例。以较早采用长袋低压脉冲袋式除尘器的攀钢密地机修厂2台5t炼钢电炉为例，自1989年12月和1990年11月以来，一直运行正常，设备阻力平稳，实际过滤风速比设计值1.55m/min提高1.33％～22.7％。由于系统通畅，冶炼时的烟尘可完全被捕集。鞍钢10”和110高炉出铁场，武钢、马钢、鞍钢多座转炉的二次烟尘系统相继采用长袋低压脉冲袋式除尘器，都取得良好的清灰效果，从而保证了很高的烟尘捕集率。

3、喷吹装置的确定

3.1“低压脉冲”和“高压脉冲”

(1)通常所称的“低压”或“高压”，系指脉冲喷吹装置要求的气源压力，这同清灰气流在滤袋内的压力“低”或“高”完全是两回事。

(2)存在一种误解，“高压脉冲清灰力量大，低压脉冲清灰力量小”。持此观点是由于不了解脉冲袋式除尘技术的发展过程。

传统的脉冲喷吹装置(国内以MC型中心喷吹为代表)属于“高压脉冲”，要求气源压力0.65MPa。经测试，此条件下2m长滤袋底部的压力峰值为168Pa。鉴于MC型除尘器曾获得广泛应用，其清灰能力强的特点已被公认，可以确定。只要袋底压力峰值达到此水平，在实际应用中便可获得良好的清灰效果。CD系列长袋低压脉冲袋式除尘器的开发便是以此清灰强度为标准而确定清灰气源的最低压力。压力0.15MPa时，其6m长滤袋便获得这种清灰强度。在其实际应用的喷吹压力（0.2MPa）下，袋底压力峰值为1940～2341Pa，比MC型0.7MPa时的清灰强度还要高。

由此可知，“低压脉冲”是以保持甚至适当提高滤袋所获清灰强度为前提，实现大幅度降低喷吹(气源)压力的目标。而其途径，是用自身阻力低的直通式脉冲阀取代压力消耗高达0.2～0.3MPa的直角式脉冲阀。同时尽量降低喷吹系统每一部件的阻力。并且使脉冲阀的启闭变得更加快速。它所降低的是脉冲喷吹系统自身的消耗，由此而降低所需的气源压力，使能耗下降，适应性更强。清灰强度却反而提高。因此，这是对“高压脉冲”的一种进步。

(3)气源压力大幅度降低，而清灰强度不削弱甚至还得以增加，不是靠提高耗气量来弥补。同MC型除尘器相比，CD型的耗气量大致相同。

3.2脉冲阀的确定

对于脉冲阀的要求是自身结构简单、对气流的阻力小、开启和关闭迅速、能以最短的时间释放最大量的压缩气体。同时，要求气源压力低，从而使清灰能耗减少，这也是一项重要条件。从满足以上要求出发，具有快速启闭功能的直通式脉冲阀明显优于直角式脉冲阀。

3.3管式喷吹和箱式喷吹

(1)脉冲喷吹装置有“管式”和“箱式”喷吹2种型式。

管式脉冲喷吹装置是在每排滤袋上方设喷吹管，通过管上的喷嘴向滤袋内输送清灰气流。喷嘴孔径各不相同，可保证各条滤袋清灰强度均匀。

箱式脉冲喷吹装置则不设喷吹管，清灰气流喷入上箱体并使之增压，进而将能量传递至滤袋以实现清灰。

(2)对箱式脉冲喷吹的试验表明，其中各条滤袋的清灰强度存在较大差异。

试验对象是一种带有集中引射器的喷吹装置，每排12条滤袋。当引射器出口距第一条滤袋中心线110mm时，首、末两端滤袋的袋底压力峰值之比为1：4.94～13.44。将引射器位置移向远处，此种差距可以缩小。当其出口距第一条滤袋中心线470mm时，上述比值为1：1.93～2.20。即便如此，位置靠前的滤袋仍嫌清灰能力不足。

(3)实际应用的箱式喷吹袋式除尘器还存在以下不足，如压气耗量较大、滤袋长度受到限制、清灰效果对停风(离线)阀的气密性依赖较大。

(4)箱式喷吹的优点是换袋操作省去了拆、装喷吹管的工序。

(5)综上所述，在清灰效果、耗气量、滤袋长度等长期起作用的因素方面，箱式喷吹存在着明显的缺点。而其换袋操作更简便的优点，只在一年至数年才出现一次的换袋时体现出来。因此，采用管式喷吹更为合理。

冶金炉窑烟尘细而粘，只有采用强力清灰方式，才能将设备阻力这一关系到袋式除尘设备成败的参数控制在预定限度内。长袋低压大型脉冲袋式除尘器实现了这一目标，在电炉、出铁场和转炉二次烟尘系统的应用效果都良好。

长袋低压大型脉冲袋式除尘器在过滤、清灰、主要部件工况等方面都获得良好结果，受到用户和有关方面的好评。该设备过滤风速高、设备阻力低、清灰周期长、设备投资少、运行费用低。这种大型除尘系统的经济效益、社会效益和环境效益都相当显著。