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转炉干法除尘系统用金属滤袋除尘器阻力升高的原因分析及对策

范文

何西荣　沈建涛高燕军　曹春　胡绪升　邵宁

摘要：金属滤袋除尘器以其耐高温、耐腐蚀、强度高等特点，逐渐应用于国内外的转炉干法除尘系统中。但是调查研究发现，金属滤袋除尘器虽然可以长期稳定满足超低排放要求，但在运行一段时间后，系统阻力一直缓慢升高。本文结合典型案例，从滤袋结构、除尘器设计、清灰程序、使用工况等方面对金属滤袋除尘器系统阻力上升的原因及解决方案进行分析。

关键词：转炉干法除尘系统;金属滤袋除尘器;阻力上升;原因分析

1 概述

2018年5月7日，生态环境部发布《钢铁企业超低排放改造工作方案（征求意见稿）》，提出在未来几年内我国钢铁行业的颗粒物排放浓度应低于10mg/Nm3。为响应国家环境保护粉尘超低排放要求，金属滤袋除尘器应运而生，且由于其耐高温、耐酸碱腐蚀、除尘效率高等优势，近几年开始在国内各大冶金、电力、化工等行业逐步推广应用[1]。

但是在对国内某钢厂转炉一次烟气精除尘应用情况的调研中，发现虽然金属滤袋除尘器可以长期稳定满足超低排放要求，但当运行一段时间后，金属滤袋除尘系统的阻力会一直缓慢升高。因此，本文将结合现场情况，从滤袋结构、除尘器设计、清灰程序、使用工况等方面对金属滤袋除尘器系统阻力上升的原因及解决方案进行分析，为其进一步地推广应用提供改进依据。

2 案例介绍

某钢厂在投用金属滤袋除尘器半年后，出现明显的积灰问题。虽然运行人员采取了增强敲击振打频率、提高喷吹压力等方式，但除尘器的运行阻力仍然不断增加，影响系统的正常运行，不得不进行停机清灰操作。检查发现滤袋内部的积灰情况如图1所示。

3 除尘器运行阻力升高的原因及解决对策

3.1 上升CAN速度对重力落灰的影响

上升CAN速度是袋式除尘器重要的设计参数，它反映出在清灰过程中气流的上升速度对布袋表面粉尘落灰的影响[2]，如果上升CAN速度过高，上升气流会携带部分粉尘重新吸附到滤袋表面。

由于金属滤袋除尘器的透气性好、且入口粉尘的粒径较细，在同样的排放浓度下，过滤风速要比布袋除尘器高出2.6～4倍，因此其上升CAN速度也比较高，导致清灰过程中气流会再次将很大一部分粉尘携带到滤袋表面。此时除尘器内部的一部分粉尘将持续在滤袋附近发生“吸附—下落—气流携带—再次吸附”过程，造成部分粉尘无法落入灰斗，系统阻力越来越高。

解决对策：可采用离线清灰（在煤气回收阶段对金属滤袋进行清灰）的方式，以避免下落的粉尘被气流重新携带至滤袋表面。

3.2 超细粉尘堵塞金属滤袋纤维孔

金属滤袋除尘器设置在转炉放散杯阀与放散烟囱之间，该部分烟气是经过干法静电除尘器净化后的烟气，大部分粗颗粒粉尘已被静电除尘器捕集，剩余微细颗粒粉尘由金属滤袋除尘器进行拦截捕集。采用LS-609型激光粒度分析仪对某钢厂放散管道内的取样粉尘进行粒径分析，结果如图2所示。由图可知，粉尘的中位径仅有4μm左右，烟气中细微粉尘中50%体积量都在4μm以下。

含尘烟气在滤袋的过滤拦截过程中，有部分超细粉尘进入滤袋内部。由于布袋材质较软，在喷吹清灰过程中会有一定的膨胀量，压缩气团瞬间“撑开”布袋纤维层，纤维层内的大多数超细粉尘会从布袋脱离。但金属滤袋材质相对布袋材质较硬，在常规0.2～0.3MPa喷吹压力下无法有效将金属滤袋微孔层“撑开”，使得进入金属滤袋内的超细粉尘无法被清除，微孔层内粉尘的逐渐堆积导致金属滤袋除尘器的阻力越来越高。

解决对策：将金属滤袋除尘器的喷吹压力设定为0.4～0.5MPa，且每隔24小时进行两个周期的0.6MPa压力喷吹。

3.3 烟温波动导致粉尘缓慢糊袋

下表所示为转炉干法系统用金属滤袋除尘器入口粉尘的成分分析结果。

由表可知，金属滤袋除尘器入口粉尘中SO3、CaO、K2O、Na2O等易潮解吸湿性成分的总质量占比达到11.2%。由于金属滤袋除尘器在起炉前是冷态，湿度较高的高温烟气进入冷的除尘器后，水分遇冷凝结，导致部分粉尘吸湿后糊在金属滤袋表面，即使清灰压力达到0.6MPa也很难被彻底清除。

解决对策：①在金属滤袋投产前进行预涂灰;②采用100mm厚的隔热层，加强金属滤袋除尘器的保温效果，避免因煤气回收过程中的温降导致粉尘的粘结。

3.4 清灰压力衰减对喷吹效果的影响

对于布袋除尘器，当气包内的压缩气体由喷吹管进入袋口时，在文丘里效应下会携带3～5倍的净气室空气，形成压力气团进入布袋。由于布袋的材质较软，在压力气团的冲击下会从袋口至袋底瞬间膨胀收缩，此时布袋表面的粉尘将与布袋脱离，在重力作用下呈片状或块状落入灰斗。但由于压力气团从袋口至袋底存在一定的衰减，因此一般工程应用中布袋的长度不超过9米。

对于金属滤袋除尘器，由于其材质较硬、柔性效果较差，在压力气团冲击下的膨胀量较小，且清灰过程中压力气团从滤袋口至滤袋底部的压力衰减更甚，导致滤袋下段的清灰效果很差，尤其是无法有效清除超细粉尘。因此除尘器阻力越来越大，长时间后金属滤袋下段出现阻塞，过滤性能失效。

解决对策：为保证金属滤袋的清灰效果，金属滤袋长度一般不超过5.5米。

3.5 滤袋支撑结构对清灰效果的影响

图3所示为常用的金属滤袋支撑结构，其由开孔不锈钢板经螺旋焊接制成，具有刚度强度高、结实耐用、耐酸碱腐蚀、耐高温等特点。但这种支撑结构的开孔率较低，很大一部分有效过滤面积被不锈钢板所遮挡，导致系统阻力升高，金属滤袋的实际有效过滤面积小于滤袋表面积，同时该支撑结构在脉冲清灰时会遮挡部分金属滤袋，导致滤袋表面的清灰效果不好，日积月累后造成系统阻力越来越高。

解决对策：为了提高金属滤袋的透气性，应尽量将金属微孔层的厚度控制地较薄，同时在金属膜内部设置支撑结构[3]，保证滤袋在高过滤风速、高压差下不至于被“压扁”。支撑结构在保证足够刚度和强度的同时应注意以下三点：

（1）支撑结构的阻力越小越好，有助于减小除尘器整体阻力;

（2）支撑结构在满足結构强度的同时，应尽可能地减小对脉冲清灰的影响;

（3）支撑结构应满足耐酸碱腐蚀、耐高温、防氧化等要求。

4 结论

随着钢铁企业超低排放改造工作的持续推进，将耐高温、耐腐蚀的金属滤袋除尘器嵌入现有转炉干法除尘系统成为重要的技术路线。针对金属滤袋除尘器在运行过程中阻力不断升高的问题，应从除尘器设计、滤袋结构、清灰程序、使用工况等方面进行综合调整优化，才能保证设备安全、高效、稳定运行。

参考文献：

[1]雷国鹏，高燕军，汪蓓，等.圆筒形金属滤袋除尘器在转炉干法除尘系统工艺中的应用研究[J].科技创新与应用，2019，（2）：121-122.

[2]陈奎续.电袋复合除尘器阻力特性研究[D].福州：福州大学，2016.

[3]谢敏.高温除尘用金属滤袋的设计要点[J].节能与环保，2018，286（4）：69-71.

作者简介：何西荣（1988— ），男，汉族，陕西西安人，本科，中级职称，研究方向：大气污染治理。

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