论高炉煤气环缝洗涤系统的工艺设计

张红磊

（中冶京诚工程技术有限公司，北京　100176）

论高炉煤气环缝洗涤系统的工艺设计

张红磊

（中冶京诚工程技术有限公司，北京100176）

环缝洗涤清洗系统作为一种先进的高炉煤气湿法除尘工艺，在国内外钢铁企业中被广泛应用，本文介绍了环缝洗涤设备在高炉煤气净化中的作用，并简述了环缝洗涤系统的工艺设计流程，结合生产实际列举了该系统易发生的故障点，为生产维护提出了指导建议。基于以上优点，经过几十年的实践检验，环缝洗涤工艺在国际钢铁市场上仍然被广泛应用。

环缝洗涤高炉煤气湿法除尘工艺设计

1　概述

高炉煤气作为一种炼铁生产的副产品，煤气含尘量在10～40g/ Nm3，作为燃料使用时，必须进行除尘处理，使高炉煤气含尘量达到≤5mg/Nm3，否则会影响到煤气热值，并造成点火器堵塞，管道磨损等现象。而大型高炉煤气净化工艺基本上有两种：即高炉煤气干式布袋除尘与湿法除尘。

为满足高炉生产的需要，同时为实现高效、安全、环保、节能的要求，环缝洗涤清洗工艺（又称比肖夫清洗工艺）已在国内外1000m3-3000m3等大中型高炉中较多应用，是比肖夫（Bischoff）公司成功开发的一种既能控制高炉炉顶压力，又能实现高炉煤气净化的工艺系统，该工艺实现对高炉冶炼过程中产生的荒煤气进行除尘降温，并同时实现稳定高炉顶压，首次在日本新制钢铁厂应用，21世纪开始在国内大型高压高炉中广泛采用［1］。

目前，国外的卢森堡保尔沃特（Paul Wurth）公司、GEA Bischoff GmbH公司等已掌握了成熟的环缝洗涤清洗技术，为适应国际钢铁市场需求，国内如中冶赛迪工程技术股份有限公司、中冶南方工程技术有限公司、中冶京诚工程技术有限公司也开展了相关的国产化工作。

2　环缝洗涤工艺主要设备及流程简述

设备组成：环缝洗涤系统中的主要设备包括旋风除尘器（重力除尘器）、环缝洗涤塔、脱水器、浊水处理系统、再循环水系统、液压系统等。

2.1环缝洗涤塔

环缝洗涤塔为自立式焊接结构，是重力除尘器（或旋风除尘器）后的半净煤气处理的关键设备，共分2段，即预洗段和环缝洗涤段。环缝洗涤塔从上到下根据处理煤气量的不同依次布置多层不同规格的喷嘴，喷嘴在塔体内同心布置，并有单向和双向两种喷淋方向，在预洗段靠喷嘴喷出的雾化水对高炉煤气进行除尘、降温，顶部3或4个喷嘴的水由再循环泵供给，预洗段的其他喷嘴由净环水系统供给。

环缝洗涤塔中的关键设备是环缝元件（Annular Gap Element，简写AGE），环缝元件由外部锥形壳体和内部锥形体组成，之间形成环形流通通道，并保持最小10mm的导流间隙，锥形壳体与导流管连接，内部锥体在液压杆的作用下可做上下调节，改变环缝间隙；在环缝洗涤段，通过文丘里管对高炉煤气进行精除尘，并可在高炉顶压控制模式下，靠调节三个环缝的开度实现稳定高炉顶压如图1所示。

图1　环缝元件（AGE）

2.2脱水器

煤气清洗系统还包括一个外部脱水器，它安装在紧临洗涤塔净煤气总管的下游。脱水器也是一种自立式焊接结构，顶部安装有旋流板，净煤气经过旋流板时产生漩涡气流，机械水在旋流离心力的作用下被甩到了脱水器内壁上，然后汇集在底部锥形斗中。

3　环缝洗涤清洗工艺流程

来自高炉炉顶的荒煤气经重力除尘器（或旋风除尘器）脱除大颗粒灰尘，然后从顶部进入环缝洗涤塔上部喷淋区，先后被再循环浊环水和供水系统来的净环水喷淋冷却并粗除尘。在该喷淋区，高炉煤气与喷嘴喷出的雾化水进行热交换，使煤气温度降低到60℃以下；煤气中较大颗粒的灰尘同时与雾化水相互撞击，灰尘被水滴捕集，大部分含尘水滴在重力作用下从煤气中分离出来，汇集在环缝洗涤塔中部的集水锥形斗，并经过排水系统排出，再经高架流槽到高效澄清器沉淀后，进入浊环水处理系统进行进一步的加压、加药处理，该段的除尘效率可达40-60%。

经过预洗段洗涤的半净煤气再经过位于环缝洗涤塔中部的3根并列的导流管进入环缝元件中，环缝元件上方各设一个喷嘴再次喷水，并在内锥表面形成一层水膜，喷淋水被充分雾化，含有较小颗粒尘埃的半净煤气经过环缝元件时，煤气流速大大提高，可达约100m/s，由于煤气流速和流向在文氏管处发生较大变化，较小的灰尘颗粒在雾化水中被再次捕获，从而实现半净煤气的精除尘，并在差压≥30KPa的情况下使煤气含尘量达到≤5mg/Nm3。由这3个喷嘴喷出的水汇集在筒体底端的锥形斗中，并通过连通管道与脱水器底部锥形集水斗中的水汇集在一起，然后通过再循环泵将此部分水加压，输送到环缝洗涤塔预洗段的最上端喷嘴，进行再循环利用。

为了保持预洗段和环缝洗涤段的水位，防止煤气泄漏，两端排水均设有自动水位控制的排水系统，排水阀门均为液动阀门，并设有可调节开度的调节阀，反应灵敏，功能可靠。

图2　环缝洗涤清洗工艺系统图

当TRT系统不运行时，高炉顶压靠环缝元件进行自动调节。当高炉顶压高时，内锥体向下移动，增大环缝间隙，增大流通面积，起到降低高炉顶压的作用；当高炉顶压低时，内锥体向上移动，减小环缝间隙，减小流通面积，起到提高高炉顶压的作用。

从环缝洗涤塔出来的高炉净煤气机械水含量较高，同样会影响到煤气热值，对高炉煤气用户不利，尤其当环缝洗涤塔处于大差压工作状态时更为显著。因此，使用脱水器脱除净煤气中的大部分机械水就显得尤为重要。净煤气中的机械水在旋流板的作用下形成漩涡气流，机械水在离心力的作用下被甩到脱水器内壁上，再流到脱水器底部锥形集水斗中。经过脱除机械水的高炉煤气机械水含量降低到≤7g/Nm3，满足生产要求。从脱水器处理的高炉煤气经TRT进行压力发电或直接进入煤气主管网，供各用户使用，保证高炉的正常运行如图2所示。

4　运行中可能出现的故障

4.1管道腐蚀

高炉煤气中因含有氯离子而显酸性，对设备和管道有一定的腐蚀性，因此净环给水PH值要求：7-9，呈弱碱性的洗涤水可与煤气中的氯离子发生中和反应，最大限度的减小洗涤水对管道的腐蚀，同时设备和管道尽量考虑耐磨损和耐腐蚀处理。

4.2堵塞现象

洗涤水中含尘泥量大，易造成液位开关堵塞，导致液位控制失调，报警和调节信号不能正常发出，所以改用压力变送器代替液位开关，可有效防止液位信号远传失效现象。

4.3液压系统比例阀故障

由于环缝元件执行机构和排水系统阀门都是采用液压驱动，必须对液压系统进行酸洗和循环冲洗，将油路中的残留物清洗干净，尤其是有焊接点的位置，使油路设计精度达到NAS7级，防止由于小颗粒焊渣造成油路堵塞，并损坏比例阀［3］。

4.4环缝元件（AGE）密封漏水

环缝元件联接杆和筒体之间设有干油密封函，但工艺中如果没有自动补油系统，长时间运行后，常会出现AGE支撑杆密封部位漏水现象，随时会出现煤气泄漏，给生产安全带来严重影响，因此设置自动补油设备并在油缸中及时补充损失的干油，可有效防止密封函漏水。

5　结语

环缝洗涤煤气净化工艺代表当今高炉煤气清洗的先进工艺，正日趋成熟、可靠，其耗水量约为2.0-2.25Ltr/m3，实现节水功能的主要原因是设置了再循环泵，使含尘量小的洗涤水得到充分利用，降低了水消耗，节约了投资和运行成本；环缝洗涤工艺总的除尘效率可达95%以上，净煤气含尘量可达≤5mg/Nm3，满足了高炉正常生产要求；环缝洗涤塔的噪音级别在框架5米外不大于85dB，有效防止了系统的噪音污染，另外，在搞自动化的运行模式下，环缝洗涤清洗系统的日常维护工作量小，最大限度的降低了工人的劳动强度。基于以上优点，经过几十年的实践检验，环缝洗涤工艺在国际钢铁市场上仍然被广泛应用［2］。

［1］庞显鹤.环缝洗涤工艺在邯宝公司3200m3高炉煤气除尘中的应用［J］.冶金之家，201 0.

［2］谢虹.环缝洗涤工艺在1350m3高炉煤气除尘中的应用［J］.钢铁技术，2005.

［3］张辉.2000m3高炉比肖夫系统的使用与维护实践［J］.南钢科技与管理，2007.