高炉煤气是钢铁生产过程中主要的副产品，不仅数量大，而且利用价值也高，吨铁所产煤气热量约合160-200kg标煤，是钢铁厂最重要的二次能源。出炉时因为含尘量多，必须要净化处理，使含尘量降到10mg/m3以下才能有效地利用。高炉煤气布袋除尘技术具有节水、节能、环保、减少占地和提高劳动生产率等一系列突出优点，已经被国家列为冶金行业重点推广的“三干一电”（包括高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘、干熄焦和余压发电）首项先进技术。高炉煤气干法布袋除尘技术在我国经历了30多年的发展，技术已经日趋成熟，迄今为止已经广泛应用于国内多座大中型高炉。
虽然这项技术已经达到实用阶段，但在大型高炉上推广应用上还须要进一步创新和改进。为此，国家科技部委派首钢国际工程公司作为承担单位，负责“十一五”国家科技支撑计划项目中“特大型高炉煤气全干法除尘技术的开发”课题的研究，从工艺流程、煤气温度控制、除尘器类型选择、工艺参数优化、含尘量控制与检测、煤气灰浓相和长距离输送、自动化控制与检测、系统的安全与防护等内容和参加单位共同进行项目的攻关工作，并已取得一系列成果。结合特大型高炉煤气干法除尘技术研发，由首钢国际工程公司主编的《高炉煤气干法袋式除尘设计规范》国家标准(GB50505-2009)自2009年12月1日起正式颁布实施。该项国家标准的发布实施，奠定了首钢国际工程公司在国内高炉煤气全干法除尘技术研究应用领域的领先地位。
目前，首钢迁钢4000m3特大型高炉也采用高炉煤气全干法除尘技术，不设湿法除尘备用系统，再次将煤气全干法除尘技术成功推广到4000m3级高炉，为世界钢铁行业节能环保做出了突出贡献。
1首钢迁钢4000m3高炉煤气干法除尘的技术研究背景
高炉冶炼时产生大量煤气，除尘通常分两级处理：先用重力或旋风除尘器进行粗除尘，除去大部分粗颗粒后，再进行湿法或干法精除尘。
当时，国内外4000m3以上高炉绝大多数采用煤气湿法除尘，仅有日本少数高炉采用反吹布袋除尘且均配置了湿法除尘备用系统，其干法除尘年作业率仅为90%-93%，干法除尘系统故障或高炉休风、停开炉期间仍使用湿法除尘系统，尚未完全摆脱对湿法除尘的依赖。
本项目启动前，国内采用煤气全干法除尘最大的高炉是首钢迁钢2650m3高炉，尽管已经取得了成功经验，但很难将其技术直接放大应用在4000m3大型高炉上。
高炉煤气湿法除尘技术是传统工艺，尽管国内外都进行了诸多改进和完善，但仍存在诸多严重的技术缺陷，主要表现在：
1)煤气湿法除尘需要大量水作为清洗煤气的介质，水资源消耗大，一般每立方煤气循环水量为3-4L，4000m3高炉煤气湿法除尘系统的循环水量约为2040-2720m3/h，必须补充的新水量为循环水量的5%-8%，从根本上无法摆脱对水资源的依赖；
2)系统庞大复杂，能源动力消耗大，设备检修维护量大。传统湿法除尘的洗涤塔、文氏管、环缝式除尘器、污水处理系统、提升泵站等一系列设施使工程投资大、占地面积大；
3)煤气处理过程产生的二次污染和污泥对环境造成破坏。洗气污水中含有大量悬浮物、氰、酚类、重金属离子等有害化合物，污泥、污水无法实现“零排放”；
4)煤气含尘量较高，温度低、热值低，能源转换效率和TRT发电量比干法除尘低35%-40%。
高炉煤气采用干法除尘是炼铁技术发展的方向。国内外近30年来进行了电除尘、反吹风大布袋除尘、低压脉冲布袋除尘等各种探索和实践，首钢在该技术领域一直走在前列，从厂区的反吹风大布袋除尘开始，到首钢国际工程公司在中小高炉上发展低压脉冲布袋除尘，直到2004年首秦1200m3高炉成为业内当时投产的规模最大的全干式脉冲布袋除尘大型高炉后，在该技术领域内首钢一直处于领先地位。但如何实现全干法脉冲布袋除尘在特大型高炉上高效长寿、节能低耗、安全稳定运行是本项目必须重点攻关解决的问题。
2首钢迁钢4000m3高炉煤气干法除尘系统主要技术特点
首钢迁钢4000m3高炉采用煤气全干法脉冲布袋除尘技术，达到国际领先水平。该系统采用国际先进的三维协同设计软件进行三维设计，体现了设计的现代化和精准化；除尘器采用先进的应力和多维度流场分析，使其设备运行安全稳定可靠；系统自动化监测与控制达到先进水平，大大减少了岗位定员和运行成本；煤气管道综合防腐蚀技术的应用，提高了该项技术的运行寿命和使用效率。
2.1除尘器的高效、集约化研究
高炉煤气干法除尘系统的除尘器箱体是干法系统的主要设备之一，对于确保系统的安全、稳定运行有着重要作用。除尘器箱体直径的大小关系到干法除尘系统的整体布置。
为减少系统占地面积、布置美观，首钢迁钢特大型高炉干法除尘系统按双列布置，在过滤面积充分满足高炉煤气过滤、除尘器箱体数量充分满足生产维护检修的前提下，除尘器箱体采用大直径长袋双侧反吹技术。在减少占地面积的同时，减少了除尘器箱体的个数、除尘器箱体进出口的阀门，减少了生产人员巡检区域和设备维护量。
图1除尘器壳体结构应力分析
图2除尘器关键界面速度场分布
通过对除尘器壳体进行应力分析(见图1)，研究除尘器结构的局部薄弱点，进行局部调整降低应力集中，提高设备安全与稳定性。除尘器箱体内部采用特殊的导流结构，使得除尘器箱体煤气气流分布均匀，降低了流速(见图2)，大大减少了滤袋异常破损的发生。
2.2滤料过滤性能研究
滤袋是干法除尘的核心元件，决定了煤气质量是否合格，过滤风速高低、抗高温能力、抗低温结露性能、使用寿命长短以及成本如何等，可以说只要保持滤袋安全正常工作，干法除尘生产就基本正常，所以滤袋性能研究非常重要。
高炉煤气干法除尘现在采用的滤料多为NOMEX和玻纤复合等两种主要类型。根据这两种基本滤料，进行不同生产厂商产品的VDI3926滤料对比试验。
VDI3926是由德国工程师协会制定，为评估滤料的过滤性能提供标准的测试方案。根据已有工程中使用的NOMEX和玻纤复合滤料样品，通过VDI3926试验对比两种滤料的性能（见图3）。
图3VDI3926滤料对比试验结果
通过实验结果对比，NOMEX滤料压力损失和运行阻力均较小，清灰周期稳定，具有更好的过滤性能。从滤料的价格和使用温度来说，玻纤复合滤料更占有一定优势，根据试验数据并结合已进行的工业试验，最后选取NOMEX化纤滤料应用到本工程。
2.3高炉煤气管道防腐研究
近几年，煤气干法除尘系统开始在国内大高炉上推广普及，但是由于对煤气中HCl等酸性气体的存在缺少认识，因此，大型高炉煤气除尘在由湿法向干法转型期间，很多都没有充分考虑到由酸性气体带来的严重腐蚀现象。另外，高炉原料越来越多地使用进口矿，进口矿尤其是澳矿中氯元素含量普遍高于地方矿，导致高炉煤气中的HCl含量更高，这也是大高炉干法系统腐蚀严重的重要背景条件。据了解，国内济钢、莱钢、太钢、韶钢、首秦等企业的高炉干法煤气系统都普遍存在腐蚀问题。腐蚀问题在首钢迁钢2号2650m3高炉上也尤为突出。
首钢国际工程公司在迁钢2号高炉中进行喷水喷碱液工厂试验，并进行多种防腐蚀涂料的实验室实验，深入分析腐蚀原因，找出相应的解决方法与措施。
喷碱工厂试验装置实施后，对煤气冷凝水及系统腐蚀情况进行跟踪和进一步分析后，优化工艺参数与结构，并进一步在迁钢工程中实施应用。
高炉煤气管道内防腐及喷碱除氯装置随首钢迁钢4000m3高炉同步建设，并投入运行。随着高炉生产情况调整喷碱除氯装置运行参数。目前高炉煤气冷凝水PH值均大于6.5，运行效果良好，有效遏制了管道及设备的腐蚀。
3首钢迁钢4000m3高炉煤气干法除尘技术经济效益和应用前景
首钢迁钢4000m3高炉干法除尘自2010年1月投产一年多来，尚无滤袋更换，净煤气出口含尘量稳定在5mg/m3以下。相对湿法而言，干法除尘可以省掉几乎全部水电。和同级别的高炉湿法除尘相比，首钢迁钢4000m3高炉干法除尘每年可以节约循环水量约2000万t，节约新水约100万t，节电1600×104kWh，大大减少了运行费用；采用煤气干法除尘技术，TRT出电已达到50kWh/t，比煤气湿法除尘增加发电量30%以上，每年干法除尘比湿法除尘多发电约4500×104kWh；此外还可以省去污泥、污水处理费用等。
对于特大型高炉，由于高炉容积大，炼铁工艺生产更加稳定，平稳的炉顶压力和煤气温度为全干法除尘工艺系统顺行创造了更好的外部环境。而特大型高炉煤气采用全干法除尘工艺，其效益更加显著，是值得大力推广的工艺技术。
首钢国际工程公司高炉煤气干法除尘技术研发团队
首钢国际工程公司在冶金工艺技术上坚持不断创新，在煤气干法除尘技术领域一直走在国际前沿，锻炼了一支以教授级高级工程师张福明、高鲁平、张建、毛庆武、韩渝京，高级工程师郑传和等一批专家为主导，多名中青年工程师陈玉敏、章启夫、侯健等为骨干的高炉煤气干法除尘技术团队。他们先后组织并承担了多个高炉煤气干法除尘技术研发课题和设计总包工程共20余项。近年来，该团队通过大量生产调研、科学计算和反复论证，连续完成了高炉煤气低压脉冲布袋除尘技术的不断升级和产品创新。2004年，由首钢国际工程公司总承包的首秦1200m3高炉煤气干法除尘率先在1000m3以上高炉获得成功，开创了国内外大型高炉煤气全干法除尘的先河，获首钢科技进步奖；2006年，首钢迁钢2号2650m3高炉煤气干法除尘工程获得优秀工程总承包奖；同时为国家和企业培养了多名青年技术骨干。这支由老中青三代技术专家组成的技术团队共完成22项具有自主知识产权的相关专利技术。
高炉煤气全干法除尘技术作为一项新技术，仍然需要不断创新和改进。首钢国际工程公司高炉煤气干法除尘技术团队将认真做好该项国标实施后的技术跟踪和调研工作，继续发扬创新精神，在新型滤袋反吹清灰、新型材料过滤等工艺上进行大胆创新，以期降低系统氮气消耗并减轻干法布袋工艺所带来的滤袋大量更换的工作量，使该项技术不断创新发展，为钢铁行业节能减排发挥更大的作用。
