Высокотемпературное обеспыливание в металлургии

Когда говорят про высокотемпературное обеспыливание, многие сразу представляют себе просто некий ?горячий фильтр? на выходе из печи. Это, пожалуй, главное упрощение, которое мешает реальной работе. На деле — это вопрос сохранения всего газового тракта, рекуперации тепла и, в конечном счете, экономики передела. Если ты теряешь давление из-за забитых рукавов при 180°C — это полбеды. Но когда речь о 800-1000°C, и частицы не просто пыль, а часто спекшаяся, абразивная или даже начинающая проявлять коррозионную активность шлаковая взвесь, тут уже любая ошибка в выборе материала или схемы ведет не к замене фильтров, а к остановке агрегата на недели. Я видел такие случаи на одном из Уральских комбинатов, где попытались адаптировать коксовый газовый тракт под новые экологические нормы, не учтя конденсацию смол. Получили монолитную пробку из пыли и смолы в фильтрующих элементах — чистить было невозможно, только демонтаж.

Сердцевина проблемы: чем выше температура, тем ?злее? среда

Здесь нельзя говорить абстрактно. Возьмем, например, доменную печь или агрегат для прямого восстановления железа (DRI). Газы на выходе — это не просто N2 и CO2. Там CO, H2, пары щелочных металлов (калия, натрия), пары цинка. При охлаждении для стандартного рукавного фильтра эти пары конденсируются на частицах пыли и на самой ткани, действуя как клей. Фильтр быстро теряет проницаемость. Значит, нужно ловить пыль в ?горячей зоне?, до точки росы этих паров. Но тогда материал фильтра должен выдерживать не только температуру, но и химическую атаку.

Раньше часто шли по пути жаростойких металлических сеток или керамических картриджей. Сетки — низкая тонкость очистки, керамика — хрупкость, проблемы с термоциклированием и вибрацией. Провальная попытка на одной из установок плавки вторичного алюминия: поставили керамические соты. Через три месяца половина была в трещинах из-за постоянных тепловых ударов при регенерации импульсной обратной продувкой. Шум стоял, как от ружейной стрельбы — так срабатывали импульсные клапаны. А очистка упала катастрофически.

Сейчас, на мой взгляд, наиболее перспективный путь — это именно металлические пористые мембранные материалы. Не ткань, а спеченный металлический порошок или волокно. Почему? Они выдерживают термоциклирование, а главное — их можно чистить более агрессивно, вплоть до определенных методов продувки или даже мягкой промывки, если позволяет конструкция. Их ресурс определяется не столько температурой, сколько стойкостью к конкретному химическому ?коктейлю? в газе.

Ключевой выбор: материал мембраны под конкретный ?яд?

Вот здесь и кроется основная инженерная работа. Нержавейка AISI 316L хороша до 400-450°C в окислительной среде, но в восстановительной (богатой CO, H2) при высоких температурах она может терять стойкость. Нужны сплавы с высоким содержанием никеля, хрома, иногда алюминия (для формирования защитной оксидной пленки). Я слышал про интересные наработки в этом направлении у компании ООО Чэнду Итай Технология. Они, судя по их материалам на сайте https://www.yitaicd.ru, фокусируются именно на металлических мембранных материалах и технологиях очистки высокотемпературных и коррозионных газов. Их подход, если я правильно понял из описаний, заключается не в продаже стандартного фильтра, а в подборе или разработке материала мембраны под конкретный состав газа и пыли заказчика. Это правильный путь. Потому что универсального решения для высокотемпературного обеспыливания в металлургии нет и быть не может.

Например, для агломерационных машин или обжиговых печей, где в газе может быть SO2 и пары кислот, нужна одна стойкость. А для электродуговых печей (ЭДП) выплавки стали, где в уходящих газах летучая зола и пары цинка (если переплавляется оцинкованный лом) — совсем другая. Цинк, кстати, особая история — он может проникать в границы зерен металла мембраны, вызывая охрупчивание.

Поэтому разговоры с технологами должны начинаться не с ?какая у вас температура??, а с ?дайте полный химсостав газа и пыли, включая следовые элементы, и график ваших циклов ?разогрев-остановка?. Без этого любое предложение — гадание на кофейной гуще.

Система в сборе: мембрана — это только вершина айсберга

Допустим, материал подобран. Но система высокотемпературного обеспыливания — это еще корпус, система регенерации, бункер для пыли, затворы. Корпус при долгой работе в районе 800°C ?дышит?, термические расширения огромны. Нужны компенсаторы, правильное крепление фильтрующих элементов, чтобы они не напрягались. Система регенерации — обычно импульсная обратная продувка сжатым газом (азотом или очищенным воздухом). Но при высоких температурах импульс должен быть рассчитан иначе — энергия струи, длительность. Слишком слабый импульс — не очистит, слишком сильный — может повредить мембрану или, что чаще, разрушить слой пыли не полностью, создав ?слепые? закупоренные зоны.

Бункер — отдельная головная боль. Горячая пыль, особенно тонкодисперсная, может зависать, образовывать своды. Нужны вибраторы, аэрационные решетки. И все это должно работать в непрерывном режиме годами. Одна из самых удачных, на мой взгляд, систем, которую я видел в работе на заводе ферросплавов, как раз использовала кассеты с металломембранными элементами. Там была реализована clever-система регенерации, которая отслеживала не просто перепад давления, а его динамику, и адаптировала силу и частоту импульсов. И главное — доступ к кассетам был организован так, что можно было за сутки остановки заменить одну-две штуки, не разбирая весь корпус. Это критически важно для непрерывных производств.

Экономика и экология: два в одном

Сейчас уже все понимают, что высокотемпературное обеспыливание — это не расходная статья, а инвестиция. Во-первых, это выполнение все ужесточающихся нормативов по выбросам. Но есть и прямая экономия. Если очистить газ при высокой температуре, его можно сразу направлять на рекуперацию тепла — в теплообменник или на выработку электроэнергии в турбине. Терять сотни градусов на охлаждение для очистки, а потом снова нагревать газ для использования — это расточительство.

Во-вторых, уловленная пыль часто представляет ценность. Тот же цинк из газов ЭДП, оксиды редких металлов — это уже сырье. Значит, система обеспыливания становится звеном в рециклинге. Здесь опять же преимущество металлических мембран — они, как правило, дают более сухой и легко стекающий слой пыли, который проще транспортировать и утилизировать, чем влажный шлам из скрубберов или липкую массу с охлажденных тканевых фильтров.

Компании, которые делают ставку на комплексные решения, объединяющие материал, технологию и инженерию, как та же ООО Чэнду Итай Технология (если судить по их заявлению о пионерских экологически чистых процессах очистки), по-моему, смотрят в суть проблемы. Их профиль — это не просто фильтры, а именно процессы. А в нашей работе процесс — это все.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что, возвращаясь к началу. Высокотемпературное обеспыливание — это не узел, а система, интегрированная в технологическую цепочку. Ее нельзя купить по каталогу. Ее нужно проектировать и подбирать, как ключ к замку. И самый важный компонент — не сталь корпуса и не программный код для управления, а тот самый пористый металлический ?пирог? — мембрана, которая день за днем стоит между агрегатом и атмосферой. Ее правильный выбор — это и есть признак профессионального подхода. Все остальное — инженерная рутина, хоть и сложная. Но без правильного сердца система не живет. А нам нужны именно живые, работающие решения, а не музейные экспонаты из нержавейки после первой же плавки.