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规技术对二氧化碳减排无能为力，如喷煤虽可有效降低焦炭消耗，但不能明显缓解整个系统的环境负荷。在此背景下，一些炼铁新技术已被提出或实际应用[14]，其中包括2个方向:一是用革新技术在高炉常规操作高效率的基础上，实现高炉的超高效率操作，通过高炉环节的高产低耗低污染来实现整个系统的高效和低环境负荷;二是将高炉炼铁与大规模发电相结合，优化整个钢铁流程的能量利用，实现系统节能。
1.3 高炉煤气
1.3.1 高炉煤气简介
高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，主要成分为:CO、CO2、N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量约占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2、 N2的含量分别占15%、55%，热值仅为3500KJ/m3左右。高炉煤气的成分和热值与高炉所用的燃料、所炼生铁的品种及冶炼工艺有关，现代的炼铁生产普遍采用大容积、高风温、高冶炼强度、高喷煤粉量的生产工艺，采用这些先进的生产工艺提高了劳动生产率并降低能耗，但所产的高炉煤气热值更低，增加了利用难度。高炉煤气中的CO2, N2既不参与燃烧产生热量，也不能助燃，相反，还吸收大量的燃烧过程中产生的热量，导致高炉煤气的理论燃烧温度偏低。高炉煤气的着火点并不高，似乎不存在着火的障碍，但在实际燃烧过程中，受各种因素的影响，混合气体的温度必须远大于着火点，才能确保燃烧的稳定性。高炉煤气的理论燃烧温度低，参与燃烧的高炉煤气的量很大，导致混合气体的升温速度很慢，温度不高，燃烧稳定性不好。
1.3.2 高炉煤气净化回收的必要性
钢铁企业的炼铁高炉在生产过程中产生一些副产品高炉煤气，这些煤气作为一种含有热值的能源，如果直接放散，将对环境造成污染。多年来，由于我国没有先进的技术将回收后的这些煤气进行充分利用，大量的富余煤气只能将其燃烧后排放，俗称“点天灯”，白白浪费了资源。高炉煤气净化除尘系统是一种对高炉荒煤气进行净化处理的循环利用的系统，通过长时间的使用和研究，现在高炉煤气净化除尘系统一般采用干法布袋除尘和湿法除尘两种技术手段，是典型的节能环保技术，特别对我国大型高炉煤气布袋除尘的推广与发展具有重要意义。
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高炉煤气净化后作为能源加以利用，既是炼铁生产工艺本身的要求(因炼铁工艺需要向高炉中鼓热风，而热风炉则用高炉煤气作能源)，也是保护环境的要求。就目前而言，我国高炉煤气绝大多数企业均巳回收利用，但在回收率或放散串上差距很大，先进企业放散率仅4%，而较差酌企业是百分之十几，全国平均为8%[12]。多年来，环保工作者为降低高炉煤气的放散串，提高回收率作了很大的努力，取得了一定的成绩。
近年来，随着对大气污染治理的加强，人们对固体颗粒、粉末和厌恶的物理和化学特性的认识比以前有了更深入的了解。在空气污染治理、化工、机械行业的除尘器已涌现出了许多新技术。但是总体来讲，气体除尘技术与其他工程科学相比，基础比较薄弱，往往还不能预测所选用的除尘装置的最终性能，主要是由于很难掌握粉尘例子的物理性质，以及他们在湍流气流中的基本行为。对粉尘粒子与除尘装置之间的关系，更多的还要依赖经验来判断。 1.3.3 高炉煤气净化工艺
目前，高炉煤气除尘工艺主要分湿法和干法两大类。湿法除尘工艺主要有：塔文工艺、双文工艺和高炉煤气还缝洗涤工艺（俗称比肖夫煤气清洗工艺）等。塔文工艺流程是高炉煤气从高炉炉顶排出后进入干式重力除尘器，再进入洗涤塔，然后进入文氏管，最后通过脱水器进行脱水后，再进入高炉煤气总管。而双文工艺流程所不同的是用溢流文氏管取代了洗涤塔。高炉煤气环缝洗涤技术是一种具有控制高炉炉顶压力功能的煤气清洗工艺，在西欧的高炉煤气除尘系统。煤气通过重力除尘器后，进入环缝洗涤塔内，然后进入高炉煤气总管。现在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。
干法除尘的方法很多，如布袋除尘器、移动床颗粒层除尘、沸腾床反吹法颗粒层除尘和干法电除尘等，但是除布袋除尘器净化工艺已用于工业生产外，其余均处于工业试验和实验室阶段。武钢3200m高炉、邯钢1260m均采用了干法电除尘净化工艺，但均未能长期、 续、稳定运行，主要是由于使用的温度范围对电除尘器不合适时，运转就不稳定。
不同除尘设备只能除去某些粒子范围的灰尘。为了将煤气中的含尘量降到10mg/m3以下，宜采用多个或多种除尘设备组合的循序渐进的除尘形式。高炉煤气除尘一般分为两级完成，粗除尘采用惯性除尘器、重力除尘器、旋风除尘器，
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粗除尘后的煤气含尘量一般为1-10g/m3,从高炉出来的荒煤气首先经过除除尘设备，除去粒径较大的炉尘。精除尘采用布袋、静电除尘器，也有采用双文氏管或环缝洗涤器的湿式除尘器。精除尘后煤气含尘量小于10mg/m3[10]。由于干式除尘具有环保节能的优势，推荐采用干式除尘。 1.3.4 主要除尘器特点及除尘工艺比较
湿式除尘器的特点：湿式除尘器的构造简单，设备费用低，净化效率高，对细粒粉尘也有较好的除尘效率，但运行费用较高；湿式除尘器对疏水性粉尘的净化效率不高，一般不宜用于水硬性粉尘的净化；湿式除尘器可净化粘结性粉尘，但应考虑冲洗合情理，以防堵塞；净化腐蚀性气体时，应考虑增设防腐蚀设施；除尘器耗水，对排出的污水必须处理，冬季应有防冻措施。
袋式除尘器的特点：除尘效率高，对超细粉尘的捕集效率也可达99%以上，处理风量大，运行稳定可靠；处理烟气的含尘浓度范围广，可以从数百毫克至数百克；不宜用于净化含有油污的气体或粘结性粉尘，否则应作特殊处理；净化相对湿度大的含尘气体（包括湿度大的高温烟气）时，除尘设备的外壳应进行保温，必要时烟气应加热，以防结露；净化高温或腐蚀性气体时，应选择耐高温或抗腐蚀的滤料；净化有爆炸危险的含尘气体时，要选用防静电滤料并接地，外设防爆孔和传动机构，排灰阀要考虑防爆，并严格控制漏风率；净化吸湿性或潮解性粉尘时，滤袋应采用表面光滑的滤袋；对含有火花的烟气，除尘器要先进行预处理。
电除尘器的特点：电除尘是一种高效率的除尘设备，除尘器随效率的提高，设备的造价也随之提高；电除尘器压力损失小，耗电量小，运行费低；电除尘器适用于大风量的除尘系统，高温烟气及净化含尘浓度高的气体；电除尘器能捕集细粒径的粉尘，适用于捕集币电阻在104 ～ 531010Ω2m范围内的粉尘；电除尘器气流分布要均匀；对净化湿度大的气体或露点温度高的烟气，要求采取保温措施以防结露；粘结性粉尘可选用干式电除尘器，但应调振打强度；沥青与尘混合物的粘结粉尘，采用湿式电除尘器；捕集腐蚀性很强的粉尘时，应选用特殊结构和防腐蚀性能好的电除尘器；电机风速一般在0.4m/s～1.5m/s范围内，不宜过大，粒径和密度偏小的粉尘，电机风速不宜超过1.0m/s。 1.3.5 三种除尘器的比较
通过对以上三种除尘器特点的介绍，我们可以发现湿法除尘存在耗水量大﹑
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存在二次污染﹑能耗高﹑运行费用高的弊端。相对而言，干法除尘具有不耗水﹑无污染﹑能耗小﹑运行费低的优点，属于环保节能项目，符合社会发展的趋势，位于国家钢铁行业当前首要推广的“三干一电”（高炉煤气干法除尘﹑转炉煤气干法除尘﹑干熄焦和高炉煤气余压发电）之首。每一种除尘工艺都有其优势和弊端，但相比较而言，干法除尘比湿法除尘更具优势，与湿法相比，它具有节能﹑煤气质量好﹑运行费用低﹑投资省又能解决因煤气洗涤水对环境的污染问题等优点，有显著的经济和社会效益。
高炉采用全干法除尘技术后，不用水洗和冷却，每吨节水7～9 m3，其中节约新水0.2 m3，并省掉了湿法除尘所需要的大型水洗塔和沉淀池等投资及所占空间，同时杜绝了大量有毒污水、泥的产生。干法除尘比湿法节电60%～70%，具有能量损失小、透平压力高的特点，配以TRT余压发电设备后，每吨铁发电量比湿法提高30%，并能够把高达140分贝的噪音降低到85分贝以下，有效减少了环境噪音污染。布袋除尘煤气出口温度比湿法除尘高100℃左右且含尘量低，有利于提高高炉风温。从长远看，大中型高炉采用煤气干法除尘取代湿法除尘是技术发展的方向，目前的关键问题是如何提高和完善干法除尘技术，而布袋除尘技术与静电除尘技术相比，虽然电除尘工艺效率高，所收集粉粒粒径范围大，电能消耗少等优点，但是，电除尘对粉尘敏感度大，一次投资高，运行技术要求严格，，占地面积大，因此布袋除尘与电除尘相比仍有许多无可替代的优越性。布袋除尘似乎特别适用于高炉煤气的净化，不论使用何种滤布，不论煤气入口含尘浓度高低，净化后含尘量均小于10mg/ m3，以较低的投资和较小的阻力损失或价格达到电除尘器相同的效果，不能不说是一大进步。高炉煤气干法除尘技术是系统的环保节能工艺，也是冶金行业清洁生产技术主要推荐项目，是国家钢铁协会重点推荐的高炉煤气除尘技术。随着这项新技术在全国高炉上的推广应用，对我国钢铁工业可持续发展和提高竞争力具有重要意义。 1.3.6 布袋除尘结构和除尘机理
布袋除尘器是一种干式除尘器。含尘煤气通过滤袋，煤气中的尘粒附着在织孔和袋壁上，并逐渐形成灰膜。当煤气通过灰袋和灰膜时得到净化。随着过滤的不断进行，灰膜增厚，阻力增加，达到一定数值时要进行反吹，抖落大部分灰膜使阻力降低，恢复正常的过滤。反吹是利用自身的连续性和工艺上的要求，一个
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除尘系统要设置多个箱体（一般4～10个），反吹时分箱体轮流进行。反吹后的灰尘落到箱体下部的灰斗中，经卸灰﹑输灰装置排出外运。
含尘气体由下面进口管进入中箱体，其中装有若干排滤袋。含尘气体由袋外进入袋内，粉尘被阻留在滤袋外表面。净化的气体经过文氏管进入上箱体，最后由排气管排出。滤袋通过钢丝枢架固定在文氏管上。每排滤袋上部均装有一喷吹管，喷吹管上有6.4mm的喷射孔与每条滤袋相对应。喷吹管前装有与压缩空气包相连的脉冲阀，控制仪不停地发出短促的脉冲信号，通过控制阀有序地控制各脉冲阀之开启。当脉冲阀开启（只需0.1～0.12s）时，与脉冲阀相连的喷吹管与气包相通，高压空气从喷吹孔以极高的速度喷吹，在高速气流周围形成一个比自己体积大5～7倍的诱导气流一起进入滤袋，使滤袋急剧膨胀引起冲击振动，同时在瞬时内产生由外向内的气流，使粘在袋外及吸入袋内的粉粒被吹扫下来，吹扫下来的粉粒落入下箱体及灰斗，最后经卸灰阀排出。
布袋材质有两种，一种是我国自行研制的无碱玻璃纤维滤袋，广泛应用于中小高炉（目前规格有Φ230、Φ250、Φ300mm），另一种是合成纤维滤袋（又称尼龙针刺毡，简称BDC）。玻璃纤维滤料可耐高温（280～300℃），使用寿命一般在1.5年以上，价格便宜，其缺点是抗折性较差。合成纤维滤料的特点是过滤网速高，是玻璃纤维的2倍左右，抗折性好，但耐温低，一般为240℃，瞬时可达270℃，且价格较高，是玻璃纤维的3～4倍，所以目前反在大型高炉上使用。
1.4 设计方案确定
本设计是宝山地区原料条件下2200m3高炉煤气净化系统。经过大量的文献查阅及调查研究，决定采用高压氮气反吹脉冲喷吹类袋式除尘器。过滤方式采用外滤式，滤筒形状为圆筒形，滤料为氟美斯复合针刺毡，进气方式为下进气，并有先进的煤气检漏、自动控温及煤气降温装置、灰位自动控制装置。此次毕业设计方案如下：
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