高炉煤气(blast   furnace   gas)

高炉炼铁生产过程中副产的可燃气体。是钢铁联合企业中一种重要的气体燃料。高炉煤气可以单独使用，也可以与其他种类煤气根据工艺要求按一定配比混合使用，主要供给热风炉、焦炉、加热炉、烧结机点火器和锅炉等。在高炉煤气有富余的炼铁厂还可用来发电。高炉煤气主要化学成分见表。高炉煤气发热值一般为3000～4000kJ／m³，可按下式计算：

Q_d=126．4CO+107．6H₂+359．2CH₄+231．5H₂S式中Qd为高炉煤气低发热量，kJ／m³；CO、H₂、CH₄、H₂S是煤气中各种成分的含量，%。高炉的装备水平、原、燃料质量、冶炼铁种和高炉运行状况等都影响高炉煤气成分，一般地说，高炉装备和操作技术水平愈高，由于煤气能量利用得好，高炉煤气中的CO含量就愈低，其发热量即同时下降。高炉煤气产量可以根据高炉配料计算和生铁产量计算(见高炉物料平衡)得到。此外，根据高炉鼓风量亦可粗略估算煤气产量：V_煤=(1．34～1．45)V_风式中V_煤为煤气量，m³／min或m³／t铁；V_风为鼓风量，m³／min或m³／t铁。高炉煤气的压力(炉顶煤气压力)在常压操作时为20～30kPa，高压操作时为80～250kPa。炉顶煤气温度正常操作时为200～250℃，最高(管道行程时)可达650～700℃。

从高炉炉顶排出的煤气中都含有大量炉尘，这些炉尘就是细小的焦炭、铁矿石和熔剂粉末，有时炉尘还附有随同煤气从炉中挥发出来的物质，如K₂O、Na₂O、MnO、Zn、S等。煤气中炉尘含量因原料性质、炉顶压力、高炉本身运行情况不同而有很大差别，一般含量为10～40g／m³，如果条件不好也有大于40g／m³的。炉尘粒度10～500μm，大于500μm和小于10μm的很少，其组成也因原料性质等的不同有很大差别。炉尘中含铁30%～50%，碳10%～20%，可以回收用作烧结原料。以上含尘煤气称为荒煤气，不能直接供给用户，必须经过除尘处理。因为荒煤气中的炉尘不但在输送过程中可能堵塞管路，而且由于炉尘中的碱性物质在燃烧时于高温状况下可能与酸性耐火材料融合(渣化)，从而降低焦炉燃烧室和热风炉蓄热室等设备的使用性能及使用寿命。至于除尘的程度，则由用户的要求和技术经济的可行性来决定，一般除尘后净煤气的含尘量应小于10～8mg／m³。此外，用户对除尘后的煤气含水量和温度也有一定要求。

除尘设备    为经济和有效地除去煤气中的炉尘，一般采用三级除尘：粗除尘(除去颗粒为60～100μm以上的炉尘)、半精除尘(除去20μm以上的炉尘)和精除尘。在方法上又分湿法除尘和干法除尘两种，大中型高炉多使用湿法除尘，大高炉的干法除尘还处在试验阶段。粗除尘常采用的设备为重力除尘器；半精除尘的湿法设备为洗涤塔、溢流文氏管；精除尘的设备湿法有高压文氏管、电除尘器，干法有布袋除尘器和板式电除尘器。

重力除尘器    干法粗除尘设备20世纪50年代前为一座高炉设有重力除尘器和离心除尘器各一个，生产实践表明重力除尘器已能完成粗除尘的目的，所以后来都将离心除尘器去掉只采用一个重力除尘器(图1)。荒煤气从中心管垂直进入除尘器，在中心管下端出口处，气流速度突然下降，流动方向由下而转向上，最后由除尘器上端出口流出。由于煤气流速的降低和180^o的转向，煤气中的大粒炉尘在重力和惯性力的作用下而向下沉降到除尘器的锥形底部，从而与煤气分离。除尘器底部设有出灰器，定时排出炉尘。重力除尘器除尘的效率达85%，可使高炉煤气中的含尘量降至1～10g／m³。

洗涤塔     (图2)属湿法半精除尘设备。可将煤气含尘量降到500mg／m³以下。洗涤塔主体设备是一个钢板焊成的简体，上顶和下底为圆锥形，下部有水封与排放污泥装置，空心塔体中安装三层水喷头，最高一层向下喷，下两层向上喷。经重力除尘后的煤气由洗涤塔下部引入，经分配器使其在洗涤塔截面上均匀分布，上升过程中与水滴相遇，煤气被冷却而炉尘被湿润，煤气温度愈接近露点，粉尘被润湿的也愈多，当温度降到露点以下时，煤气中过饱和的水便以被润湿的粉尘为核，冷凝成大水滴并相互集聚成大粒，由重力作用而沉降与上升的煤气流分离。水滴携同炉尘落入洗涤塔底部汇集成污水经水封排出；洗涤过的煤气由塔顶导出。

水文氏管    文氏管是湿法除尘的重要设备，低压的溢流文氏管用于半精除尘，高压的文氏管则用于精除尘，高压高炉采用这两种串联文氏管可使煤气含尘量降到10mg／Nm³以下。文氏管(图3)主体由钢板焊成，有收缩管、喉口和扩张管三部分，在收缩管接近喉口处设有喷水装置。文氏管的除尘原理是，当煤气以高速通过喉口时，煤气与水剧烈冲击形成水雾，使煤气降温，尘粒被润湿在扩张管内互相集聚并进入水中，煤气得以除尘。文氏管按喉口部位有无溢流水和喉口通径是否可调，分为溢流定径文氏管、溢流调径文氏管、定径文氏管和调径文氏管。溢流文氏管接重力除尘器后代替洗涤塔。溢流的作用是使收缩管内壁形成流动的水膜，以防止炉尘在此处积存而堵塞管路。形成水膜的方法很多，有在收缩管入口处设置溢流水箱的，也有用喷嘴向管壁喷水等方法。高炉行程由于高压、常压或调节风量等原因常使煤气量变动，此时须相应调整喉口通径的大小以控制煤气流速而确保除尘效率。调节喉口通径的方法很多，有的钢厂在喉口中心安装一个截面为椭圆形的叶板，以叶板翻动角度控制通径大小。文氏管体积小，效率高，使用方便，并可代替调压阀组控制炉顶煤气压力，在现代高炉上已完全取代洗涤塔，成为湿法除尘的主要设备。

静电除尘器静电除尘原理是将煤气通过两极间的高压电场(电压15～80kV)，由于电晕现象使煤气发生离子化，带阴离子的气体一部分聚集在炉尘上，使炉尘带负电，而被阳极所吸引，炉尘沉积在阳极上失去电荷，可以用振动(干法除尘)或水冲洗(湿法除尘)的办法使炉尘脱落而被排除。静电除尘器的整体构造较为复杂，其主体元件结构有管式、板式和套筒式。沉淀极(阳极)为无缝管、钢板或套筒。电晕极(阴极)为紫铜线或黄铜线。主体设备简单地说就是将若干个上述元件并列排放在一个大箱体中，煤气从一端进入箱体，经分配器均匀地分流经过电除尘元件，除尘后净煤气从另一端流出。电除尘器效率高、安装在洗涤塔或文氏管后，可将煤气净化到含尘10mg／m³以下，高炉操作的波动对其影响较小，煤气压力损失小，耗电量少，一般为0.5度／10Nm³。但是设备较复杂，投资高，要求操作维护技术水平也高。

布袋除尘器用玻璃纤维布或耐热化纤绒布或耐热尼隆针刺毡做成布袋若干条装在箱体中，由几个箱体组成高炉布袋除尘器。含尘煤气以0.5～5.0m／min的速度进入箱体的布袋，尘粒在布袋纤维层里运动时间约为0.01～0.5s，在这个瞬间借助于筛滤、拦截、扩散、碰撞以及重力沉降和静电吸引等多种作用下，煤气中的粉尘被布袋分离出来。实际这种分离经历了两步，第一步是布袋纤维层对尘粒的捕集，并在布袋壁形成粉尘的初层，第二步是粉尘初层对粉尘的捕集。在实际生产中后一种机制具有更重要的作用，因为新布袋刚投入使用时，仅靠纤维层的捕集除尘效率并不高，煤气中含尘量达不到10mg／m³以下，在数秒钟内(有时负荷太小时要数分钟)形成初层后，通过粉尘层自身捕集1μm左右的微小尘粒，效率提高到99%，煤气含尘量达到6mg／m³以下。随着除尘的进行，布袋壁上的积尘变厚，箱体进出口的压差升高；除尘能力降低，这时需要将积尘层清理掉，将工作的箱体停下来用专门的加压机将净煤气加压后反方向吹进箱体，使布袋缩瘪，重复2～3次，使积存的粉尘层脱落。但是反吹时并不要将粉尘层全部去掉，而是要保留一定的粉尘层(相当于新布袋使用时形成的初层)，使除尘保持在高效水平。在使用玻璃纤维布袋时一般布袋壁积层使除尘器压差达到5～7kPa就要反吹，反吹后的剩余压差(保住初层用)为2．5kPa左右。而大型高炉上采用纤维毡布袋连续反吹时，压差控制在2．5kPa左右。布袋除尘器运行中，必须控制煤气温度，高温会烧坏布袋；温度低于露点会结露使炉尘堵塞布袋无法工作。一般玻璃纤维布袋的使用温度控制在120～250℃，瞬时高温不得超过300℃，耐热尼隆针刺毡布袋的使用温度控制在150～200℃，瞬时高温不得超过270℃。因此，布袋除尘器前要设置可靠的煤气控温设备。

除尘系统设备的选择根据用户(包括高炉煤气余压发电)对高炉煤气质量的要求以及技术经济的合理性来确定。中国20世纪50～60年代建造的高炉采用的除尘系统是：高炉一重力除尘器一洗涤塔一文氏管一静电除尘器。新建的大型高炉均采用高压炉顶，选用双文氏管串联的除尘系统，如高炉一重力除尘器一一级溢流调径文氏管一二级调径文氏管。这种系统的优点是设备简单、投资省、操作维护简便、用水少。高炉煤气经湿法除尘后所得净煤气温度降低，损失了部分物理热，这种经脱水处理的煤气中仍含有较多的水分，降低了煤气的发热值，由此使煤气损失约16%的热能。更重要的是清洗煤气的污水如果直接排放会造成环境污染，所以要花费很多的物力财力对污水进行处理，循环使用。此外，湿法除尘耗水量大，对缺水地区会造成困难。干法除尘可以解决以上问题，同时煤气的压力和温度物理能可以得到充分利用，对大型高炉高压炉顶配合余压发电装置将提高发电效率。中国300m³级以下高炉广泛采用干法除尘系统：高炉一重力除尘器一布袋除尘器。布袋除尘器在日本的1800m³和4000m³。高炉上试用成功，在中国太原钢铁公司1200m³高炉上也取得好的效果，但是三座高炉上还各另有一套湿式系统并联着。干法除尘设备还有颗粒砂过滤、多级旋风和干式电除尘等装置，因各种问题尚未得到广泛应用。