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天津华能集团能源设备有限公司 （301900）

 摘要：本文介绍在炼铁高炉荒煤气布袋除尘系统中，降低荒煤气温度来满足布袋除尘器的许用温度的一项技术。该技术采用热管做传热元件，并用水做降温介质，利用水的相变吸收荒煤气的热量。

关键词：热管散热器     高炉煤气    相变降温

高炉煤气除尘净化在炼铁生产中有重要的作用，每吨生铁产出煤气约1600--2000 m³，是钢铁厂重要的二次能源。因为含尘量高必须净化，使含尘6-12g/m³除尘到10mg/m³以下才能使用。目前炼铁高炉的煤气除尘工艺分为干式和湿式两大类。高炉煤气的干法与湿法相比，不仅能合理利用煤气显热，提高煤气热效率，增加TRT发电量，而且系统基本不用水、电、从根本上解决了二次水污染及污泥处理问题。因而在国内500 m³以下高炉大多应用干法除尘工艺，自从2004年首秦1号（1200 m³）高炉干法除尘工艺成功运行后，我国大高炉开始采用该技术。

高炉干法除尘采用布袋除尘技术，分为反吹风布袋除尘和低压脉冲布袋除尘两种工艺。这两种工艺国内都有应用事例。但两种干法除尘工艺均需煤气降温。高炉正常工作时煤气进入布袋前温度150—220℃，这一温度满足布袋许用温度（布袋许用工作温度小于220℃），当高炉操作不正常时，煤气进入布袋前温度达300℃左右，特别在高炉故障时，瞬时温度高达550℃左右，远远超出了布袋所能承受的温度，造成布袋烧损，严重影响布袋除尘器的可靠运行。因此，高炉布除尘煤气降温问题亟待解决。本文通过首秦2号高炉（2000 m³）干法除尘项目的实例，介绍一种新型降温装置，它成功解决干法除尘中的煤气降温技术问题。

   2.1干法除尘范围

   干法除尘的范围是从重力除尘器出口到净煤气管网入口，包括：干法除尘工艺设备、土建结构、电气自动化检测控制等。

   2.2工艺流程

   来自重力除尘器的荒煤气（含尘6-10g/m³）经过总管进入多箱体低压脉冲布袋除尘过滤净化，净煤气含尘量约5 mg/m³（经实测含尘量为1-2 mg/m³），经箱体支管汇入净煤气主管输出。管网按干式煤气设计，进入高炉煤气柜前设喷水降温。

   箱体列式布置，共设14个箱体，生产时可全部投入或部分使用，以完成高炉煤气全部净化。滤布积灰定时由脉冲阀启动高压气体向滤袋内喷射，使滤袋急遽膨胀、抖动而掉落。灰斗中的干灰每天定时排放，采用气力排灰输送方法各箱体的灰输送至一个大灰仓储存，每天集中由罐车装车运出。（见工艺流程图）

   2.3工艺条件

（1）       高   炉   容  积：2000m³

（2）       煤  气  发  生量：400000Nm³/h

（3）       煤   气   压  力：0.2—0.25MPa

（4）       布袋入口煤气温度：120—220℃

（5）       荒 煤气 含尘 量：8—12g/m³

（6）       净 煤气 含尘 量：＜5mg/m³

3.3降温系统

布袋除尘器工作温度要求120—220℃,瞬时允许到260℃。因此温度调节和控制十分重要。本设计在布袋除尘入口前荒煤气主管道上并联一套热管降温器。正常生产时煤气温度在规定范围内，可以直接进入布袋，当高炉生产出现温度过高时，煤气经过换热降温使布袋入口煤气温度降至200℃左右。

    热管降温器是一种气――液换热装置，它主要通过传热元件——热管将荒煤气热量传递给软水，软水由液态相变为气态，带走荒煤气的热量，从而保证进入布袋室的荒煤气控制在一定的温度范围内。

    正常情况下（来自重力除尘器的高炉煤气温度低于220℃），热管降温器的各种阀门处于关闭状态，来自重力除尘的高炉煤气直接进入布袋除尘器；当通过重力除尘器后荒煤气温度大于220℃的时候，程序会自动把换热器管道上的蝶阀打开，高温煤气通过热管散热器，将煤气温度降至200℃左右，然后进入布袋除尘器进行除尘。

热管降温器由热管散热器、汽包、上升管、下降管等组成。热管散热器是相变式热管降温装置的主要设备，它为直立圆筒结构，由外筒体、内筒体和热管三部分构成（首秦2号高炉两台并联）。热管径向斜置焊接在热管散热器的内筒体壁上，插入内筒体的是光管，内筒体外侧热管段镍基钎焊有纵翅片。工作时荒煤气走热管散热器外筒体与内筒体之间的夹套，软水走热管散热器内筒体里面，并和汽包自然循环，产生饱和蒸汽排向大气。

6.2.1  换热效果说明

本设备采用热管散热器应用热管作传热元件具有*的传热性能；气——液换热，一侧是具有一定流速的荒煤气另一侧是软水相变为蒸汽，换热时对流换热系数为40—60W/m².℃。260—300℃的高炉煤气经过热管散热器，温度降至200 ℃左右。同时产生0.2MPa的饱和蒸汽，排向大气。

6.2.2  应急降温效果

    正常情况下，热管散热器的各种阀门处于关闭状态，来自重力除尘的高炉煤气直接进入布袋除尘器，热管降温器不工作，处于冷态。当通过重力除尘器后荒煤气温度大于220℃的时候，程序会自动把换热器管道上的蝶阀打开，高温煤气通过热管散热器。这时高温煤气与冷态设备内的低温水进行换热。换热温差大，瞬时可将550℃的煤气降至200℃左右，实现应急降温，保证布袋除尘器稳定运行。

    6.2.3 设备运行及使用寿命分析

应用于该工段的换热设备在设计上需考虑三个方面的问题。一是设备冲刷问题；二是热应力造成设备损坏问题；三是积灰问题。

热管降温器(外筒体、内筒体两台并联)工作时荒煤气走热外筒体与内筒体之间的夹套，煤气通过热管降温器流速为8m/s，流速较低；煤气侧热管镍基钎焊有纵翅片，镍基合金厚度≥0.05mm，硬度HRC≥56。因此合理的解决煤气对设备的冲刷问题。

热管散热器的热管单支点焊接在内筒体壁上，其热涨冷缩变形不受约束，避免了应力破坏；外筒体与内件也没有约束点。因此热管降温器不存在热应力造成设备损坏问题。

热管具有单管作业性能，有一根热管（即使部分热管）损坏不会造成换热的煤气和水混淆，对换热的影响也不大。因此可保证设备长周期稳定运行。

热管降温器利用水的汽化相变吸收煤气的热量（水的汽化潜热2499KJ/Kg），运行时只需消耗少量软水。首秦2号高炉（2000m²）配套的热管降温器工作时每小时只消耗14吨的软水。没有其他消耗。

热管降温器换热效果好、体积非常小，占地也非常少。首秦2号高炉（2000m²）配套的设备占地36m²。

   列管式降温器结构是上下管板固定列管管束，煤气走列管内，靠风冷和喷水降温。其设备存在以下技术不足：

（1）       管板固定管束，存在严重的热应力造成设备损坏问题。

（2）       煤气与低温的空气或低温的水换热，管内煤气达到露点。不可避免的造成管内积灰。

（3）       管外喷水降温存在两个问题：一是水喷在管壁上很容易形成水垢；二是北方冬季冰冻问题无法解决。

见微机运行参数照片

热管降温器已在首秦1号高炉（1200 m²）、2号高炉（2000 m²）等干法除尘系统中应用， 降温效果良好, 没有发生布袋因高温烧损而引起高炉荒煤气放散的现象, 提高了干法布袋除尘器的可靠性。