1 概述
1.1 高爐煤氣是一種有回收價值的能源
高爐煤氣（簡稱BFG）是高爐冶煉過程中產(chǎn)生的一種副產(chǎn)品。正常冶煉時，噸鐵發(fā)生量約為1400～2000Nm3，壓力0.05～0.25MPa，溫度150～300℃，BFG中CO占20～30%，H2占2～5%，熱值3000～3800kJ/Nm3。含有豐富的物理能、化學能，具回收價值。
按2006年統(tǒng)計，我國現(xiàn)有高爐1250座，年產(chǎn)生鐵約4億噸，其中1000m3以上為120座，產(chǎn)量占40%，可見中小型高爐仍占較大份額。
1.2 高爐煤氣的回收利用
我國現(xiàn)役高爐煤氣的發(fā)生總量約計7.0×1010Nm3/a，大都設有處理回收裝置，但回收利用率差異較大，如寶鋼等新建大高爐大于99%，包鋼等大部分中型高爐大于90%，仍有不少中小型高爐只達到70～80%。
先期建設的高爐，大都采用文氏管濕法流程將爐頂荒煤氣處理為凈煤氣，用于熱風爐等加熱設備，繼后對1000m3以上高爐開發(fā)應用爐頂煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置（TOP GAS Pressure Recovery Turbine，簡稱TRT），利用BFG的壓力能及熱能經(jīng)透平膨脹做功，帶動發(fā)電機發(fā)電，噸鐵發(fā)電量可達20～40kwh。截至2004年底我國1000m3以上高爐共97座，配置TRT的有66套。“十五”期間我國發(fā)改委《節(jié)能長期專項規(guī)劃》規(guī)定，爐頂余壓大于0.1MPa的大中型高爐均應配置TRT裝置。上世紀九十年代瑞士BBC公司研制成功高爐煤氣燃氣輪機和燃氣蒸發(fā)聯(lián)合發(fā)電機組（CCPP），進一步提高BFG的利用熱效率。2003年寶鋼建成世界上首臺燃燒低熱值高爐煤氣的大型燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，熱電轉換效率達到45.5%。同期首套國產(chǎn)高爐煤氣燃氣輪機發(fā)電機組在通鋼投入運行，聯(lián)合循環(huán)熱效率達到40%。
1.3 高爐煤氣凈化的技術進步
傳統(tǒng)的BFG濕法凈化流程存在占地大、能耗高、凈煤氣質量差等問題。1912年德國首創(chuàng)BFG袋式干法除塵技術（簡稱BDC），50年代在歐美發(fā)達我國推廣應用。70年代日本住友金屬引進德國專利，與日立造船聯(lián)合進行二次開發(fā)，于1982年在小倉鋼廠1850m3高爐建成以化纖針刺氈濾袋和凈煤氣加壓反吹清灰為特征的BDC裝置，投入生產(chǎn)性運行，并獲得迅速推廣。據(jù)日本鋼聯(lián)對58座大中型現(xiàn)役高爐調(diào)查，采用全干法袋除塵的有11座，干濕兩用的有29座，兩項合計約占70%。其中不乏5000m3級的大高爐。
與以二文為特征的濕法流程相比，BDC具有多種性：
（1）具有而穩(wěn)定的凈化效能，凈煤氣含塵量低于5mg/Nm3，提高BFG的品質和熱值；
（2）充分利用BFG的壓力能、熱能，提高TRT發(fā)電量30～50%；
（3）從根本上免除了瓦斯泥和污水處理的龐大設施及其對環(huán)境的污染；
（4）節(jié)地40～50%，節(jié)水80～90%，節(jié)省投資30～40%，節(jié)省運行能耗70～80%，通常在項目投運1～2年內(nèi)即可回收全部投資，環(huán)境經(jīng)濟效益十分顯著。
1.4 我國BDC已走上快速發(fā)展道路
我國于1974年首先在河北涉縣鐵廠13m3小高爐上嘗試應用玻纖濾袋反吹風除塵技術，并逐步在300 m3以下小高爐上推廣。1984年作為我國重點節(jié)能項目，由太鋼引進日本住友技術，在1200m3高爐實施BFG袋式干法除塵技術的研究攻關，從1987年8月建成投入試運行，歷時十多年不懈探索、不斷改進，于1998年7月實現(xiàn)全干法正常運行，為我國BFG—BDC向中型高爐發(fā)展積累了有益的經(jīng)驗。
1990年我國自行研制開發(fā)的化纖濾袋脈沖袋式除塵器應用在淮南鋼廠75m3小高爐上獲得成功。用高壓氮氣脈沖清灰代替凈煤氣加壓反吹清灰，克服了BDC引進技術的清灰不足和缺陷，是我國BDC技術的一大進步，并迅速在一大批中小型高爐推廣運用。2004年8月鋼鐵協(xié)會在濟南召開全國高爐煤氣全干法除塵技術推廣研討會，積推動“新型干法”由小高爐向中大型高爐發(fā)展，在本年度就有重鋼、天管750、首鋼、阜寧1260、萊鋼1880等高爐的全干法除塵系統(tǒng)投入運行。
進入新世紀我國政府把“發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、保護生態(tài)環(huán)境、加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展”作為指導方針。中國鋼協(xié)把高爐煤氣干法除塵列為冶金工業(yè)“三干一電”工藝技術首推項目。這股強勁的東風，推動了我國高爐煤氣袋式干法除塵的快速發(fā)展，先后涌現(xiàn)了通鋼、承鋼、韶鋼、萊鋼、包鋼等一批高爐煤氣全部實現(xiàn)BDC的企業(yè)。繼2004年萊鋼1880、韶鋼2500高爐改造成功，2006年包鋼與有關單位合作開發(fā)應用大筒體及氣力輸灰等新技術，將六座高爐（1800～2500m3）全部改為BDC，在規(guī)模和技術上取得雙突破。2007年唐鋼、武鋼、漣鋼等一批3200高爐正在實施BFG-BDC，并且首鋼曹妃甸新建5500高爐，寶鋼一號高爐（5000m3）大修工程都已確認采用BDC技術方案。
2 BDC核心技術
BFG是高溫、高壓、可燃、易爆、有毒氣體，并且其參數(shù)是隨冶煉工況而波動的。BFG除塵裝置本身作為高爐冶煉工藝的有機組成部分，講究運行的可靠性、穩(wěn)定性。因此與環(huán)境除塵設備相比，在其設計、制造、配件選用及運行控制環(huán)節(jié)有其特殊要求。整個BDC工藝可拆解為參數(shù)調(diào)制、除塵凈化、卸灰輸灰、安全監(jiān)控等項核心技術。
2.1 荒煤氣參數(shù)調(diào)制
2.1.1荒煤氣降溫處理
高爐正常冶煉時，爐頂出口煤氣溫度150～250℃，按此進行除塵器的結構設計及濾料選配。但在高爐非正常工況，尤其在發(fā)生崩料、坐料時，短時間可上升到400～500℃，甚至600℃，需要進行降溫及控溫處理。
降溫方法有間接換熱冷卻和直接噴霧冷卻兩大類。間接冷卻又由殼管式水冷、熱管及機力空冷等形式。間接水冷方式存在熱惰性大、易腐蝕損漏、耗水量大等缺點。而直接噴霧冷卻具有反應迅速、控制方便、節(jié)水節(jié)能等特點。經(jīng)過十多年工程實踐，隨著噴霧技術的不斷提高與完善，逐步形成了以直接噴霧冷卻為主、以間接機力空冷為輔的技術方針。對300～500℃的高溫工況采用一次噴霧冷卻，將荒煤氣溫度直接降到260℃；對450～600℃的超高溫工況，為防止煤氣含濕量過大，在噴霧冷卻同時輔以機力空冷。