王玉興，劉繼云
（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200）
【摘要】介紹了目前常用的轉(zhuǎn)爐煤氣回收方法；闡明了轉(zhuǎn)爐煤氣回收機(jī)理及研究方向；總結(jié)了轉(zhuǎn)氣回收的影響因素和實(shí)際生產(chǎn)中存在的問題，同時(shí)提出了解決問題的辦法。
【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)爐煤氣；回收；影響因素；措施
1 前言
目前鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)成本的不斷增加，競(jìng)爭加劇，同時(shí)環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，因此提高余能利用效率和零污染成為行業(yè)共同追求的目標(biāo)。其中煉鋼工序的噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的提高和如何高效地利用轉(zhuǎn)爐煤氣，達(dá)到“負(fù)能煉鋼”和“轉(zhuǎn)氣零放散”是當(dāng)前行業(yè)共同研究的課題。
2 轉(zhuǎn)爐煤氣回收方法介紹
當(dāng)前鋼鐵廠使用的轉(zhuǎn)爐煤氣回收方法有兩種，一是源自日本的OG（Oxygen converter Gas recovery）法，它是采用雙級(jí)文氏管為主流程的煤氣回收方法，俗稱“濕法”；二是源自德國L-T 法，它是采用干式靜電除塵器處理回收煤氣的方法，俗稱“干法”。
2.1 OG 法
OG 法是以雙級(jí)文氏管為主，又稱濕法。OG 法主要由煙氣冷卻系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、回收系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，見圖1。鋼鐵冶煉中生成的煤氣，在除塵風(fēng)機(jī)作用下，煤氣從活動(dòng)煙罩進(jìn)入全封閉的回收系統(tǒng)。一級(jí)文氏管進(jìn)行粗除塵和煤氣降溫，煤氣經(jīng)重力脫水器脫水后再進(jìn)入二級(jí)文氏管進(jìn)行精除塵和再冷卻，而后經(jīng)過兩文三脫的轉(zhuǎn)爐煤氣通過安裝在除塵風(fēng)機(jī)后的CO 和O2 在線分析儀的檢測(cè)，達(dá)到回收條件的煤氣通過水封逆止閥進(jìn)入煤氣柜儲(chǔ)存，煤氣柜后可設(shè)置有靜電除塵器二次除塵，再供給熱軋、套筒窯、電廠等用戶作能源使用，不合格的煤氣通過放散煙囪點(diǎn)火放散，有效地控制了回收煤氣的熱值和氧含量。
OG 法具有技術(shù)成熟、投資少、噸鋼煤氣回收量高、投資回收期短、設(shè)備國產(chǎn)率高等特點(diǎn)。但是仍存在一些問題，如：耗水量大、風(fēng)機(jī)和水泵的耗電量大、系統(tǒng)阻力損失大、經(jīng)常發(fā)生供排水系統(tǒng)和凈化設(shè)備的積灰堵塞，因而維護(hù)檢修費(fèi)用高。
2.2 LT 法
LT 法為干式凈化回收法，又稱干法。LT 法主要由煙氣冷卻系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、回收系統(tǒng)、CO 和O2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成，見圖2。其工作原理為煉鋼過程中產(chǎn)生的高溫含塵煙氣經(jīng)過冷卻煙道進(jìn)入蒸發(fā)冷卻器，冷卻煙道中產(chǎn)生的蒸汽送入蒸汽管網(wǎng)。煙氣溫度得到降低，同時(shí)煙氣中的粗灰被除去，通過電除塵器除去細(xì)灰。除塵后的煙氣，經(jīng)風(fēng)機(jī)進(jìn)入切換站，CO 和O2 含量滿足條件的煤氣經(jīng)再次冷卻后，進(jìn)入煤氣柜被供給熱軋、套筒窯、電廠等用戶作能源使用，不滿足條件的煤氣則由放散裝置點(diǎn)火燃燒后排空。
LT 法具有以下優(yōu)點(diǎn)：除塵效率高、節(jié)約工業(yè)水、回收的粉塵可二次利用、系統(tǒng)阻力損失小等。但是仍存在一些問題，如：投資造價(jià)高、自動(dòng)控制連鎖多導(dǎo)致故障率高、系統(tǒng)易發(fā)生泄爆等安全事故。
3 轉(zhuǎn)爐煤氣回收的機(jī)理及研究方向
轉(zhuǎn)爐煤氣回收過程可以分為吹煉初期、吹煉中期和吹煉末期三個(gè)階段，如圖3 所示。何時(shí)開始回收煤氣，何時(shí)結(jié)束回收煤氣，由回收條件———煤氣中CO 和O2 含量決定，在吹煉初期只有兩者同時(shí)具備條件時(shí)才開始回收，在吹煉末期，當(dāng)其中一個(gè)不滿足條件時(shí)，就要結(jié)束回收。想要多回收轉(zhuǎn)爐煤氣，就要延長回收時(shí)間。因此，有兩個(gè)研究方向：
（1） 研究降低吹煉初期的開始回收條件值和吹煉末期的結(jié)束回收條件值，延長吹煉初期或者吹煉末期的回收時(shí)間，達(dá)到多回收煤氣的目的，但此時(shí)煤氣平均熱值會(huì)降低，受到用戶的熱值需求的限制。
（2）研究縮短具備回收條件的時(shí)間，使吹煉初期CO 回收曲線斜率變大，達(dá)到延長有效回收時(shí)間的目的，此時(shí)平均熱值不會(huì)降低，對(duì)用戶無影響。
4 轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的影響因素及措施
從以上兩個(gè)方向進(jìn)行研究，可以在工藝、原料、回收條件、設(shè)備操作等方面采取措施：
（1）回收條件O2 含量、CO 含量的限定[1]。
一方面，為了保證煤氣回收過程的安全，防止發(fā)生爆炸事故，需要限定回收煤氣中的O2 含量；另一方面，為了滿足用戶對(duì)煤氣熱值的需求，需要限定回收煤氣中的CO 含量。實(shí)際生產(chǎn)中，由于每個(gè)企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝和煤氣用戶的要求都有差異，兩者設(shè)定值不同。在滿足安全生產(chǎn)和用戶生產(chǎn)需求的條件下，CO 回收限定值越低，回收煤氣的時(shí)間越長，回收煤氣量越多。因此，想要多回收煤氣，可以采取適當(dāng)放寬轉(zhuǎn)爐煤氣回收條件的措施。
我廠通過合理控制3 座轉(zhuǎn)爐煤氣柜回收節(jié)奏和回收速度，提高轉(zhuǎn)氣鼓風(fēng)機(jī)的輸送能力，將轉(zhuǎn)爐煤氣回收標(biāo)準(zhǔn)CO 含量由35%降低到32%，噸鋼可多回收4 m3 轉(zhuǎn)爐煤氣，年產(chǎn)生效益300 余萬元。（2）鐵水含碳量的影響
轉(zhuǎn)爐煤氣主要是鐵水中的碳氧化而產(chǎn)生，因此鐵水中的碳含量直接決定了轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量。結(jié)合冶煉過程分析，影響碳含量的因素按照影響程度大小依次有：鐵水含碳量、鋼水含碳量、碳質(zhì)發(fā)熱劑加入量、廢鋼的加入量等。因此，想要多回收煤氣，可以采取提高鐵水含碳量和碳質(zhì)發(fā)熱劑加入量、降低鋼水含碳量和廢鋼的加入量等措施。
我廠煉鋼采用“全三脫”工藝，在脫磷過程中一部分碳轉(zhuǎn)化為CO 且沒有回收，降低了后續(xù)過程的CO 產(chǎn)生量，因此，我廠正在對(duì)脫磷過程的煤氣回收進(jìn)行可行性研究，計(jì)劃將脫磷過程的低熱值煤氣單獨(dú)回收使用，避免能源浪費(fèi)，降低環(huán)境污染。
（3）供氧強(qiáng)度影響
進(jìn)入冶煉中期后，爐內(nèi)反應(yīng)以脫碳為主，脫碳速度主要取決于供氧強(qiáng)度。因此，可提高供氧強(qiáng)度，從而提高CO 含量在吹煉初期的上升速率和吹煉末期的下降速率，從而延長吹煉中期的時(shí)間，達(dá)到提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的目的。
（4）降罩控制和爐口微壓差控制
轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，吸入空氣時(shí)可造成CO 再次燃燒變成CO2，導(dǎo)致回收的轉(zhuǎn)爐煤氣熱值降低，間接影響轉(zhuǎn)爐煤氣的回收量?？諝獾奈胫饕芑顒?dòng)煙罩控制和爐口微差壓的影響。因此，在冶煉過程中，首先，控制降罩和升罩速度，要降罩到位；其次，要盡量減小煙罩與轉(zhuǎn)爐爐口的間隙，防止空氣吸入；第三，要合理調(diào)控爐口微差壓，保持爐口微正壓，避免冶煉過程吸入空氣，保證回收的轉(zhuǎn)爐煤氣熱值；第四，檢測(cè)到CO 合格需要一定的時(shí)間，此時(shí)間段內(nèi)煤氣浪費(fèi)沒有回收，因此可以考慮延長降罩和結(jié)束回收的時(shí)間，達(dá)到多回收轉(zhuǎn)爐煤氣的目的[2]。
（5）氧、CO 在線分析儀影響
在線氧分析儀和CO 分析儀，用于對(duì)煤氣成分進(jìn)行分析，對(duì)煤氣回收發(fā)出指令，只有檢測(cè)結(jié)果達(dá)到回收要求，才將回收指令傳到三通閥，開始或者結(jié)束煤氣回收。分析儀檢測(cè)過程的快慢，直接決定了回收時(shí)間的長短，直接影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收總量。因此，可以選擇使用分析速度較快的分析儀，以此來達(dá)到延長回收時(shí)間的目的，如：色譜分析儀在分析過程中需經(jīng)過取樣、過濾和干燥等步驟，分析結(jié)果滯后，影響煤氣回收時(shí)間，可以考慮用激光分析儀代替色譜分
析儀，縮短反應(yīng)時(shí)間，延長煤氣回收時(shí)間。
（6）工藝流程的影響。
當(dāng)回收煤氣量提高時(shí)，煤氣的平均熱值降低，此時(shí)不能滿足某些用戶對(duì)熱值的需求，此時(shí)可以在工藝流程上進(jìn)行改進(jìn)，在轉(zhuǎn)爐煤氣中摻入高熱值的煤氣，如焦?fàn)t煤氣、天然氣等。
我廠套筒窯對(duì)煤氣熱值要求不低于6908.22～7536.24 kJ/m3，這就限制了低熱值轉(zhuǎn)爐煤氣的回收，為解決此問題，我廠組織設(shè)計(jì)了一套焦?fàn)t煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣混合站，通過向轉(zhuǎn)爐煤氣中混入焦?fàn)t煤氣，達(dá)到提高轉(zhuǎn)爐煤氣熱值的目的，在滿足套筒窯生產(chǎn)的情況下，能夠回收低熱值煤氣，從根本上解決了用戶對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣回收限制的問題。
（7）煤氣發(fā)生節(jié)奏、回收與使用的平衡控制。
轉(zhuǎn)爐冶煉的不連續(xù)性，決定了轉(zhuǎn)爐煤氣回收的不連續(xù)性，而轉(zhuǎn)爐煤氣的輸送與使用是連續(xù)的，因此需要平衡好轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)生和使用的矛盾，否則會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣拒收、煤氣熱值不穩(wěn)定等問題。
針對(duì)此問題，我們制定了以下措施：首先，合理控制轉(zhuǎn)氣柜柜位，發(fā)揮多座氣柜并聯(lián)的作用，增強(qiáng)回收能力，我廠有3 座8 萬m3 轉(zhuǎn)氣柜可以同時(shí)回收，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，總結(jié)出了轉(zhuǎn)氣柜入口調(diào)節(jié)閥的最優(yōu)開度值，并寫入技術(shù)操作規(guī)程；其次，做好轉(zhuǎn)氣加壓機(jī)風(fēng)量的調(diào)節(jié)，提高鼓風(fēng)機(jī)效率，保證轉(zhuǎn)爐煤氣及時(shí)送到用戶；第三，做好轉(zhuǎn)爐煤氣與高爐煤氣管網(wǎng)的平衡，可以適時(shí)向高氣管網(wǎng)串入轉(zhuǎn)爐煤氣，保證煤氣零拒收。
參考文獻(xiàn)
[1] GB6222-2005，工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程[S].
[2] 高文，賀書明. 提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的實(shí)踐探索[J]. 冶金能源，2014（6）.