摘要对武钢6号高炉煤气清洗环缝洗涤塔工艺流程、设备组成、控制过程进行了阐述，并初步分析了环缝洗涤塔工艺及特点，阐明了大中型高炉煤气清洗工艺设计、设备选择思路。

关键词 高炉 煤气 环缝洗涤塔

1引言

     近年来，我国高炉大型化的趋势日趋明显，并促进了许多先进技术及设备在国内高炉工程上的应用。高炉煤气环缝洗涤塔工艺(比肖夫)在国内高炉工程上的推广应用就是一个很好的例证。但是，因对高炉煤气环缝洗涤塔工艺的配置及设备特点认识及经验不足，导致在实际运行过程中，经常出现一些问题，如：上段积灰较多时，上部预洗段循环水系统管路及阀门堵塞、磨损严重；下部清洗段就地循环水泵容易产生喘振、汽蚀现象；上段积灰严重时，灰块可能掉人中部环缝段导流管中，致使环缝元件卡死，影响高炉炉顶压力调节，从而影响高炉正常生产。

     本文结合国内实际运行效果较好的武钢6号高炉(炉容3200 m³，2004年7月投产)煤气环缝洗涤塔工艺，对高炉煤气环缝洗涤塔工艺特点及设备组成、控制过程进行阐述，探讨上述问题的解决方法，以促进这项新技术进一步的推广应用。

2武钢6号高炉煤气清洗主要设计参数

2．1  高炉有关设计参数

       炉顶煤气压力：最大250 kPa(g)，正常200～230kPa(g)；炉顶煤气发生量：最大648200 Nm³／h，正常570400 Nm³／h，最小508 000 Nm³／h；炉顶煤气温度：最大500℃(短时)，正常150～250℃；煤气含尘量：旋风除尘器(DC)出口2～5g/m³；煤气含湿量：DC出口为30～50g／m³(过热状态)。

2．2脱水器出口的主要设计参数

    煤气压力：13或23 kPa(TRT不工作时)，120～215kPa(TRT工作时)；煤气温度：45℃(TRT不工作时)，60℃(TRT工作时)；煤气含尘量：≤5mg／m³(TRT不工作时)，≤10 mg／m³(TRT工作时)；煤气机械水含量：≤5 g／m³(TRT不工作时)，≤10 g／m³(TRT工作时)。

3武钢6号高炉煤气清洗工艺

3．1  工艺选择

    目前，国内外大型高炉煤气清洗主要采用串联双文系统和比肖夫洗涤塔系统，武钢5号高炉首次采用了湿式一文系统，三种系统均能满足高炉煤气精除尘的质量要求。

    双文系统每级文氏管由收缩段、喉口、扩张段三部分组成，每级文氏管下部设有脱水器。为了适应高炉炉顶压力波动，文氏管喉口通常采用RD可调喉口，通过喉口定差压调节，保证煤气清洗质量。

    湿式一文系统将快速冷却塔置于单文喉口之上，下部为脱水器，单文喉口也采用RD可调喉口，通过喉口定差压调节，保证煤气清洗质量。

    串联双文系统，设备占地面积大，水耗量较大，无论是双文系统还是湿式一文系统，由于其喉口椭圆调节翻板在结构形式上的缺陷，导致气流水流分布很不均匀，喉口处冲刷磨损严重，容易积灰，使用寿命短。

    比肖夫系统将煤气净化、冷却、调节炉顶压力等功能集于一体。比肖夫洗涤塔本体为自立式焊接结构，塔体可分为三段：上部为预清洗段，内设有多层喷嘴，使煤气冷却和粗除尘；中部为环缝洗涤段，内设有三个并联的环缝洗涤元件(AGE)，使煤气进一步冷却和精除尘；下段内设有驱动环缝洗涤器的液压阀台及执行机构。比肖夫系统的这种环缝结构使得流经环缝元件的气流水流分布均匀，冲刷磨损小，不易积灰，操作简单，维护工作量小，使用寿命长。同样，由于这种独特的环缝结构，使得环缝元件的压差调节范围大，能适应高炉常压操作和高压操作时控制炉顶压力的功能，从而可取消减压阀组，相应地消除了减压阀组调节炉顶压力时造成的严重的噪声污染。

    由于环缝洗涤塔系统具有适应工况范围广、除尘效率高、占地小、寿命长、环保好的特点，本工程高炉煤气清洗设计采用环缝洗涤塔工艺。

    武钢6号高炉投产将近两年，环缝系统运行状况良好，炉顶压力波动范围、出口煤气含尘量、出口煤气温度、循环水耗量等各项指标均达到设计要求。

3．2  工艺流程

    武钢6号高炉煤气清洗采用环缝洗涤塔流程，洗涤塔前配置轴流旋风除尘器，洗涤塔后配置立式旋流板脱水器。工艺流程如图1所示。

    粗煤气从高炉炉顶引出，经旋风除尘器后进入环缝洗涤塔上部预清洗段，在此煤气被喷人的洗涤水冷却和粗除尘；随后通过3根导流管进入洗涤塔中部环缝段，经过3个并联的环缝洗涤元件(AGE)，使煤气进一步冷却和精除尘。环缝元件锥体的升降通过液压装置驱动并由计算机进行控制。净煤气从洗涤塔中部引出，煤气含尘量降至5 mg／m³以下(TRT运行时10 mg／m³以下)。再经旋流板脱水器进一步脱除机械水后进入TRT机组，发电后去一、二净煤气总管，或经主旁通阀后(BV)去一、二净煤气总管。

    环缝洗涤塔(AGS)上部预清洗段，内设有11层喷嘴，在3个环缝元件(AGE)上部各设有1个喷嘴。煤气洗涤水总供水量为1950m³／h，其中经沉淀、加药处理后的循环水量为1 300 m³／h，直接供给预清洗段下层喷嘴和环缝元件(AGE)上部喷嘴。预清洗段排水量约l 300 m³／h，通过液位控制阀控制排入高架水槽自流到沉淀池处理。中部环缝段排水量约650m³／h，经就地循环水泵加压后供给预清洗段上层喷嘴循环使用。

3．3主要设备

    (1)环缝洗涤塔1套。直径6．5m，高度～35m，喷嘴14个，环缝元件3套。

    (2)脱水器(立式旋流板脱水器)1套。直径4．0m，高度～15m。

    (3)液压站1套。主要包括油箱、循环泵、轴流式活塞泵，高压过滤器、蓄能器、阀台等。比肖夫液压系统，控制对象为洗涤塔环形缝隙洗涤元件及水回路上的切断阀、调节阀。另外该液压站还为主旁通阀供液压油。

    (4)就地循环水泵2台。型式为离心泵，流量～650m³／h，扬程85 m。

    环缝元件和驱动环缝元件的阀台、液压执行机构以及喷嘴、水位液动控制阀、切断阀、水位连续测量装置、液位开关等由PW公司成套提供。就地循环水泵采用苏尔寿生产的专用浊循环水泵。环缝洗涤塔本体、干油密封系统、脱水器、液压站、电气、仪表及计算机控制系统国内配套。

4环缝洗涤塔工艺系统控制

    环缝洗涤塔系统采用DCS控制。

4．1预洗段水位调节

    预洗段的煤气压力最大为0．25 MPa，水位过低会引起煤气泄漏；但是水位过高会导致瓦斯泥沉淀以及上段水溢流至下部清洗段，破坏水平衡。因此，必须维持恒定的锥底水位。通过排水管道上的调节阀调节锥底水位。水位测量采用压差变送器；另外配备水位开关，用于后备安全连锁。

  正常情况下，预洗段水位仅由调节阀控制，水位降低，调节阀关小；排水切断阀常开，排水旁通阀常闭。如果水位达到高或高高，发出报警信号，同时排水旁通阀自动开启，直到水位回到正常水位。如果水位达到低或低低，发出报警信号，同时调节阀下游的排水切断阀自动关闭，直到水位回到正常水位。

4．2环缝段水位调节

  新水由喷嘴喷入环缝装置，喷入的水汇集到环缝段的锥底后排出，和脱水器的排水汇合后，作为内循环水。

       同样必须维持恒定的锥底水位。通过排水管道上的调节阀调节锥底水位。水位测量采用压差变送器；另外配备水位开关，用于后备安全连锁。正常情况下环缝段水位仅由调节阀控制，水位降低，调节阀关小；排水旁通阀常闭，排水阀常闭。

      如果水位达到高，发出报警信号，同时排水旁通阀自动开启，直到水位回到正常水位。如果水位达到高高，发出报警信号，同时排水阀自动开启，直到水位回到高水位。如果水位达到低或低低，发出报警信号，同时内循环泵自动关闭；如果水位回到正常水位，内循环泵自动开启。

4．3炉顶压力调节和洗涤塔定压差调节

       环缝洗涤塔由两种工作模式：即炉顶压力调节模式和定压差模式。当TRT未投入时，环缝洗涤塔应处于炉顶压力调节模式，同时完成炉顶压力调节和煤气清洗的双重任务；当TRT投入运行并负责调节炉顶压力时，环缝洗涤塔进定压差工作模式。

  两种工作模式的切换和过渡，由高炉主控室和煤气清洗／TRT操作室协同完成。

  为了保证煤气清洗质量，洗涤塔的压差必须大于0．03MPa。环缝压差与除尘效率关系曲线如图2所示。

  不论炉顶压力调节还是压差调节，执行器均为环缝装置。

  炉顶压力设定值在高炉主控室的：DCS设定；洗涤塔的压差设定值在煤气清洗和TRT。操作室的DCS设定。

  炉顶压力测量点可以选择为高炉侧的炉顶压力，也可以选择为洗涤塔的入口(即洗涤塔顶部)煤气压力；洗涤塔压差为洗涤塔顶部煤气压力和洗涤塔出口煤气压力的差。

    当炉顶压力超过设定值时，环缝装置的锥芯下降，环缝变大，从而增加煤气流量，使炉顶压力下降。

    当炉顶压力下降时，环缝装置的锥芯上升，环缝缩小，从而减少煤气流量，使炉顶压力回升。

5环缝洗涤塔系统特点分析

5．1环缝元件(AGE)

    洗涤塔环缝元件是控制高炉炉顶压力及保证煤气清洗质量的关键设备。每个环缝洗涤元件由一个文氏管和一个锥形件组成，锥形件由液压驱动，作垂直方向运动，从而改变锥形件和文氏管之间的环缝宽度，据此，可达到控制高炉炉顶压力及保证煤气清洗质量的目的。

    环缝元件结构特点之一是文氏管和锥形件这两个部件必须精确对中。如果这两个部件不对中，文氏管和锥形件周边之间的环缝宽度就不均匀，气流的分布也就不合理。但是，由于水的密度比气体高，其运动惯量也较高，因此，喷人的水分布不会改变。这就导致环隙周边上L／G(水的质量流量与煤气的质量流量之比)的改变。最佳净化效率的L/G是l，即每l Nm³煤气应当喷入1升水，当然这未包含降低煤气温度所需水耗量。若环隙锥与文式管对中不好，则L／G比在环隙宽度大的位置小于1，在环隙宽度小的位置大于1，从而导致煤气净化系统的性能恶化。因此为了获得最佳除尘效率，同时保持最低磨损，通过环隙元件的气流必须分布极其对称。这就意味着环隙锥和文氏管这两个部件必须精确对中。

    环缝元件结构特点之二是耐磨性能要好。环隙锥和文氏管间隙较小，煤气和细小水滴通过时，流速极高，特别是在大压差操作工况时尤其明显，因此，为了保证环隙元件使用寿命，环隙元件耐磨性能一定要好。PW公司提供的环缝元件文式管外壳材料为碳钢，环隙锥材料为不锈钢。整个阀锥表面涂覆有很薄一层碳化钨，它在芯部材料与耐磨保护材料之间实现晶间链接。具有非常高的耐磨性能，与其他厚而脆的耐磨保护材料相比，这种方法的优点是没有肉眼可见的裂纹，因而在高炉运行期间不会发生涂层脱落。环隙元件的预期寿命大约10至15年。

    环缝元件结构特点之三是环缝元件的固有开度特性是非线性的(如图3所示)。因此，为了提高炉顶压力控制精度，保证炉顶压力波动在允许的范围内，需要在．DCS中制作一个函数发生器。函数发生器的输入是PID调节器的调节输出，函数发生器的输出传送到液压比例阀的放大器。函数发生器的函数关系如图4所示。

5．2轴流旋风除尘器

    国内许多高炉在环缝洗涤塔前设置的除尘器为重力除尘器，除尘效率不高，因此造成进入环缝洗涤塔的灰尘含量较高，导致其上部排水管堵塞严重，排水调节阀更换频繁，其就地循环水泵运行故障时有发生，减少使用寿命。

    武钢6号高炉采用轴流旋风除尘器，除尘效率较高，投产运行以来，环缝洗涤塔内部干净，无堵塞现象，排水系统正常，内循环泵工作良好，未更换任何备件。

5．3专用浊循环水泵

    环缝洗涤塔系统的就地循环水泵所加压的介质来源于系统中的两个设备，一是环缝元件，一是旋流板脱水器。环缝元件的来水，是经过高效喷嘴充分雾化与煤气流在环缝处充分接触沉降后进入就地循环水泵；旋流板脱水器来水，是剧烈湍流流动的煤气流中的机械水，经过物理分离后进入就地循环水泵。这两路水均夹带大量微气泡(体积比大约3％一10％)，可见，就地循环水泵所加压的介质为气水混合物，这种气水混合物在离心泵吸入口会因气泡急剧膨胀造成断流，在泵出口会因气泡被压缩破裂产生巨大冲击力而破坏泵的部件即汽蚀，故普通的清水泵或污水泵是不适应加压这种介质。

  本工程就地循环水泵采用专用浊循环水泵，此泵是针对这种介质专门设计生产的，使用效果良好。投产以来，未出现断流、喘振、汽蚀等故障。

5．4立式旋流板脱水器

  洗涤塔出口安装立式旋流板脱水器，可确保煤气中灰尘和水滴最佳分离后不会重新进入煤气中，灰尘和水滴在脱水器内分离后，流人循环水回路。最大限度保持水平衡，补充新水减少，节约用水。同时水气混合物得以缓冲，以利水中煤气释放，使就地循环水泵避免汽蚀、喘振。近两年以来运行实践证明，该脱水器脱水效率高，完全能满足热风炉等用户要求。

5．5喷嘴

    与国内通常使用的喷嘴相比，本工程引进的喷嘴具有流量大，雾化效果好，喷洒角度大，可单向也可双向喷洒(喷嘴性能曲线如图5所示)。预洗涤段布置11个喷嘴，每层仅布置1个，环隙涤段每个环缝元件上部布置1个，共3个。喷嘴布置如图6所示。

  本工程使用的喷嘴材质为铸铁，配有不锈钢芯部(不锈钢插件)。为了便于检修、更换插件，整个喷嘴可通过套筒抽出。

5．6节水措施

  预清洗段下部两层喷嘴由手动阀控制改为电动阀控制，便于操作者根据洗涤塔出口煤气温度选择开关1层或2层喷嘴。尤其当TRT运行时，适当提高环缝洗涤塔出口煤气温度即透平入口煤气温度(～60℃)，可节约用水，多发电。

5．7安全措施

    (1)AGS塔洗涤段下部、就地循环水泵房、“比肖夫”液压站内，设置了CO浓度在线检测仪，在超过0．0030％后发出可靠的声光报警信号。

    (2)在预清洗段上部将耐火涂料或耐火隔热材料用钢板包裹，以免干湿界面水汽侵蚀脱落，堵塞预清洗段出水口及环缝元件，引起事故。

    (3)从洗涤塔至沉淀池的高架水槽用盖板封闭，并每隔15 m设置排气筒，以免水中煤气聚集释放，引起现场操作维护施工人员煤气中毒。

6结语

    (1)投产近二年以来的实践证明，武钢6号高炉煤气清洗采用环缝洗涤塔流程，技术先进，设备选择配置合理，控制操作维护简单。

    (2)建议国内新建大中型高炉，煤气清洗采用环缝洗涤塔流程的同时，洗涤塔前采用除尘效率较高的轴流旋风除尘器，洗涤塔后采用脱水效率较高的立式旋流板脱水器，并注意采取安全、节水等措施。