按照除尘粒度范围,高炉煤气除尘包括粗除尘和精除尘。粗除尘主要设备是重力除尘器和旋风除尘器,精除尘设备包括洗涤塔和溢流文丘里管、布袋除尘器或干式静电除尘器等。高炉煤气中含有许多细小颗粒的炉尘,一般每标准立方米含尘量为10~40克,粗煤气经粗除尘后,高炉煤气中的大部分粗颗粒粉尘被去除,粉尘含量可降至6~12克。但经粗除尘的高炉炉顶煤气,仍不能直接回收使用,会造成煤气管道和炉顶煤气余压回收设备的磨损和煤气管道和燃烧器的堵塞,侵蚀耐火材料、缩短耐火材料使用寿命,降低换热器或蓄热器效率,因此必须经过进一步的精除尘净化处理,使高炉煤气含尘量降低到10毫克/米3以下。
高炉煤气除尘系统有湿法除尘和干法除尘两类工艺流程,两类流程装置通常与高炉炉顶煤气余压发电设备(TRT)配合运行。
主要是用水作为高炉煤气清洗净化的介质,利用雾化后的液滴捕集煤气中的尘粒,从而脱除煤气中的粉尘。20世纪50年代至80年代初期,高炉煤气除尘主要以湿法除尘为主,在精除尘阶段由最初的洗涤塔、电除尘器和减压阀组系统演变为以文丘里管为精除尘设备的洗涤塔-文丘里管或双文丘里管(串级文丘里管)系统。后又出现用串级文丘里管系统中的第二级文丘里管代替减压阀组控制高炉炉顶压力的比肖夫(Bischoff)装置,此系统又称为环缝洗涤系统(图1)。环缝洗涤系统包括环缝洗涤塔和旋流脱水器及相关的给排水设施。环缝洗涤塔分为煤气预洗涤段和环缝段(煤气精洗涤段)。供水分两路供给环缝段和预洗涤段下部,通过再循环全部由预洗涤段排入沉淀池,污水经过处理后再循环使用。环缝洗涤塔的阻力损失大于25千帕,耗水量为1.8~2.2升/米3。经过环缝洗涤塔净化处理后的净煤气每标准立方米含尘量小于5毫克,含水量小于10克,温度约为55℃。
图1 环缝洗涤系统工艺流程图
由于高炉煤气湿法除尘耗水量大、动力消耗高、需要污水污泥二次处理等问题,新建或大修改造的高炉已较少采用湿法除尘。
在精除尘阶段采用无水的干式除尘装置脱除煤气中的粉尘,在20世纪80年代初开始研究开发并应用,分为高炉煤气干法布袋除尘和干法静电除尘工艺,其中高炉煤气干法布袋除尘得到广泛推广。典型工艺流程如图2所示。
图2 典型高炉煤气干法除尘工艺流程图
布袋除尘器内设置若干条由高孔隙率的织布或滤毡制作而成的布袋,以布袋作为滤料,当高炉煤气流经除尘器时,布袋对高炉煤气进行过滤净化,捕集煤气中的粉尘和颗粒,附着在布袋上的粉尘通过脉冲反吹或加压反吹等方式进行清灰,以保证布袋的正常工作。布袋除尘器的除尘效率在99%以上,阻力损失小于1000~3000帕,净煤气每标准立方米含尘量可达到5毫克以下,温度为80~150℃,在高炉煤气干法除尘中被广泛使用。
静电除尘器由产生电晕电流的放电极和收集带电尘料的集电极组成。高炉煤气流经除尘器在两个电极之间通过时,在强电场的作用下高炉煤气中的粉尘被静电吸附,从而达到除尘净化的目的。静电除尘器的除尘效率可达99%以上,阻力损失小于500帕。由于技术等原因,静电除尘器在高炉煤气除尘中采用得较少。
高炉煤气除尘系统的技术发展是推广应用干法除尘方法,进一步降低水耗和能耗,减少环境污染,提高能源回收利用效率,具体包括延长除尘布袋的使用寿命,开发研制新型过滤材料,除尘灰高值转化和资源化利用等。