湯清華，王寶海，張洪宇，王再義
（鞍鋼股份公司，遼寧鞍山 114021）
摘 要：筆者根據(jù)煉鐵生產(chǎn)多年的實(shí)踐，開(kāi)發(fā)了幾項(xiàng)節(jié)能減排的工藝技術(shù)：爐頂裝料過(guò)程中均壓放散的煤氣回收；加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣作為高爐煤粉噴吹用惰性氣體；高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)煤氣回收時(shí)的溫度撐控；高爐干法除塵的防腐技術(shù)；新型旋風(fēng)除塵器；高爐低噪音煤氣壓力調(diào)節(jié)閥；高爐大中修停爐降料面煤氣全回收操作技術(shù)。試圖從原理和實(shí)際應(yīng)用上加以介紹，以引起同仁們的討論和應(yīng)用，想起到拋磚的作用。
關(guān)鍵詞：均壓放散煤氣回收，煙道廢氣，新型旋風(fēng)除，惰性氣體，壓力調(diào)節(jié)
1 爐頂裝料過(guò)程中均壓放散的煤氣回收
高爐生產(chǎn)中要不斷從爐頂裝進(jìn)鐵礦石與焦炭固體爐料，高爐內(nèi)是高溫高壓冶煉的容器，而礦石和焦炭是在常溫常壓狀態(tài)下由膠帶機(jī)或料車提升運(yùn)至爐頂后再裝入高爐，裝入過(guò)程中的裝料罐（稱量罐或大鐘斗）有一個(gè)泄壓放散后受料和充壓均壓后再往爐內(nèi)布料的過(guò)程。這泄壓放散至空中的是高爐煤氣，這部分煤氣進(jìn)入爐頂消音器，經(jīng)消音除塵后排進(jìn)大氣，有極毒和含塵，而且是含有約3000kJ/m3 熱值的二次能源，不想辦法回收利用既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境，損害人類。
根據(jù)高爐裝料工藝、冶煉強(qiáng)度、頂壓、料罐大小等，生產(chǎn)中表明，裝料均壓放散過(guò)程，排入大氣的工況煤氣量為10~20m3/t.Fe，雖只占噸鐵煤氣量的1%左右，但基數(shù)大了其排放量是十分驚人的。年產(chǎn)鐵水200萬(wàn)噸的2500m3 高爐年放散量2500~3000 萬(wàn)m3，以全國(guó)高爐年產(chǎn)生鐵7 億多噸計(jì)，僅此項(xiàng)排放量是100 億m3，這些煤氣中含CO：23%~24%，CO2：16%~23%，人在含有CO 濃度500mg/m3 的環(huán)境中只要20min 就有中毒死亡危險(xiǎn)，有劇毒的高爐煤氣是毒害人類的重武器，這些CO 排入大氣中雖得到稀釋但仍危害人類健康，比CO2 溫室氣體要嚴(yán)重得多。同時(shí)其能源損耗也十分驚人，1000m3 高爐煤氣約相當(dāng)100kg 標(biāo)準(zhǔn)煤。全人類都在減排溫室氣體，煉鐵同仁更應(yīng)迅速行動(dòng)起來(lái)回收這部分煤氣并加以利用。企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)的主體，有為者建議大膽償試，放眼社會(huì)資源利用和降低污染。如果搞好了在世界上應(yīng)當(dāng)首創(chuàng)。
我們?cè)_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一個(gè)處理回收工藝及設(shè)備（專利號(hào)zl201020236770.3），見(jiàn)圖1，這種方式又可分燃燒排放方式和回收進(jìn)企業(yè)管網(wǎng)方式。燃燒排放方式排進(jìn)大氣的是CO2，能源沒(méi)得到應(yīng)用，不宜應(yīng)用，進(jìn)管網(wǎng)方式為企業(yè)增加新的能源、減少排毒，建議采用。
高爐爐頂壓力一般為200~300kPa，煤氣管網(wǎng)中的煤氣有約12kPa 的壓力，巨大的壓力差為回收料罐的煤氣提供了動(dòng)力源，既回收不用另增動(dòng)力。高爐稱料罐內(nèi)煤氣放不凈，也可設(shè)定下料罐與大氣之間某一低壓差條件下開(kāi)上料閥進(jìn)行受料（或再開(kāi)一次原有均壓放散閥），此時(shí)煤氣回收率可達(dá)90%左右。若再開(kāi)發(fā)一個(gè)抽負(fù)壓裝置則可100%回收。此外從裝料均壓放散煤氣回收時(shí)間程序上是可滿足要求的。
某公司2015 年1 號(hào)高爐（1280m3）大修中增設(shè)裝料均壓放散煤氣回收裝置，開(kāi)爐后即投入煤氣回收生產(chǎn)。（1）運(yùn)行18 個(gè)月以來(lái)從未間斷過(guò)，實(shí)踐結(jié)果是每裝一罐料，均壓回收稱量罐中的煤氣只需8~14s，并不影響裝料速度，而且對(duì)煤氣管網(wǎng)壓力無(wú)沖擊。（2）頂壓160~190kPa 條件下回收煤氣7~8 m3/t.Fe（見(jiàn)圖2）。
（3）根據(jù)企業(yè)煤氣價(jià)格，當(dāng)年可回收投資，環(huán)保效益更可觀，回收過(guò)程的粉塵與高爐布袋除塵一并回收。
（4）按時(shí)間或壓力控制回收過(guò)程，其回收量是85%以上。
在1 號(hào)高爐此煤氣回收獲得成功后，廠里3200 高爐裝料均壓放散煤氣回收項(xiàng)目正緊張施工，很快就會(huì)投入運(yùn)行。
2 加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣作為高爐煤粉噴吹用惰性氣體
高爐熱風(fēng)爐煙道廢氣在高爐噴吹煤粉的制粉系統(tǒng)，做為干燥劑和降低制粉系統(tǒng)O2 含量起憜化作用，在我國(guó)己近50 年歷史了，為保證高爐噴煤的安全和節(jié)約能源起到的巨大的作用，技術(shù)上已日臻成熟。當(dāng)前存在的問(wèn)題是高爐煉鐵工藝中N2 用量不斷攀升，N2 資源和壓N2 能力受限，出現(xiàn)高爐用N2 和噴煤用N2 不平衡，相互爭(zhēng)用。
（1）高爐用N2 不斷增加，有十幾處需用N2，僅爐頂無(wú)料鐘用N2 原設(shè)計(jì)500~800m3/h，而現(xiàn)在2500m3以上的高爐實(shí)際用N2 都大于2000m3/h。一座高爐在裝料一均都采用半凈煤氣的條件下的耗N2 量大至在5000m3/h 以上。
（2）高爐噴煤的煤粉多為煙煤與無(wú)煙煤混合噴吹，為保證安全，噴吹罐組的加壓、倒罐、噴吹、二次補(bǔ)氣等多用N2，加之多屬稀相噴吹，沒(méi)能真正實(shí)現(xiàn)濃相噴吹，因此耗N2 量同樣居高。
介于這種局面，鞍鋼的同志們共同開(kāi)發(fā)出利用熱風(fēng)爐煙道廢氣加壓后代替現(xiàn)有的N2 和壓縮空氣用于噴煤，發(fā)明專利號(hào)：ZL200610135140.5。其專利如下簡(jiǎn)圖3。
熱風(fēng)爐煙道廢氣完全可做為噴吹煤粉的惰性氣體和載氣，其成分見(jiàn)表1，它是兩種惰性氣體的混合氣。
改當(dāng)前加壓空氣或N2 作為噴煤載氣，為加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣作為噴煤載氣，吸入口稍增加簡(jiǎn)單除塵和脫水設(shè)施即可應(yīng)用，其惰化效果應(yīng)比純N2 還好。
由表1 中可看出煙氣中含CO2 近30%，比用壓縮的N2 多了30%CO2，進(jìn)入高爐后與爐內(nèi)C 發(fā)生反應(yīng)：
CO2+C=CO
CO 是很好的還原劑，富化了還原劑成分，同時(shí)帶入的C原子節(jié)約了能源，某種程度上減少了CO2 的排放量。此外它優(yōu)先與煤粉中的C 發(fā)生氣化，某種程度減少焦炭的氣化反應(yīng)，進(jìn)而保護(hù)了焦炭的強(qiáng)度。為減排做貢獻(xiàn)，一舉三得。
同時(shí)也使高爐冶煉行程發(fā)生了一定的變化，CO2 在風(fēng)口前發(fā)生氣化反應(yīng)是吸熱的，而在高爐中上部參加間接還原又放出熱量，有利間接還原的發(fā)展。這對(duì)進(jìn)一步使用高風(fēng)溫和發(fā)展間接還原都有利，又因噴煤帶入氣體量很限，不會(huì)給高爐冶煉行程帶來(lái)大的影響。
3 高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)煤氣回收引氣時(shí)的溫度撐控
高爐大修或新建高爐開(kāi)爐，對(duì)于濕法煤氣回收系統(tǒng)，煤氣回收條件是高爐點(diǎn)火后送風(fēng)風(fēng)口全部著火，爐頂煤氣檢驗(yàn)合格即可回收并網(wǎng)。 新的問(wèn)題是，近年來(lái)多采用布袋干法煤氣回收系統(tǒng)，要求爐頂煤氣溫度達(dá)到一定時(shí)才能回收，且各企業(yè)操作規(guī)程中規(guī)定布袋除塵器接收煤氣條件是爐頂溫度在100~250℃范圍。低溫限制是防止結(jié)露粘布袋，高溫限制是防止燒布袋。而新開(kāi)高爐爐頂煤氣溫度提高較慢，多在著火后15h 以上，尤其濕料開(kāi)爐，造成煤氣長(zhǎng)時(shí)間不能回收，有的長(zhǎng)達(dá)20h 以上，大量高爐煤氣放散入空中，產(chǎn)生浪費(fèi)和污染環(huán)境，每小時(shí)數(shù)十萬(wàn)有毒的高爐煤氣放入大氣，比排CO2 危害更大。
實(shí)際上只要送風(fēng)風(fēng)口全部著火，料柱內(nèi)游離氧全部趕盡就可回收煤氣，不必?fù)?dān)心布袋結(jié)露而粘結(jié)。這里有個(gè)認(rèn)識(shí)問(wèn)題：有些布袋煤氣除塵系統(tǒng)操作規(guī)程中要求爐頂溫度在100~250℃時(shí)才能回收煤氣，有甚者把下限溫度提到120℃，筆者認(rèn)為這是江南幾十年前干式布袋除塵剛開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)的做法，沒(méi)有足夠理論根據(jù)，值得商討，不宜照搬。規(guī)程也有不正確的時(shí)候。造成布袋結(jié)露掛臘的充分必要條件是：煤氣中水蒸汽濃度和溫度同時(shí)具備結(jié)露條件時(shí)，才能結(jié)露。缺一條件就不會(huì)結(jié)露。
20 世紀(jì)70 年代成蘭伯先生主編的《高爐煉鐵工藝及計(jì)算》中關(guān)于大氣濕度與結(jié)露溫度的關(guān)系就有介紹，將其制成圖4?？蓪t頂煤氣中含濕量算出與對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度查表得出，此時(shí)的露點(diǎn)溫度就是允許煤氣回收溫度，筆者簡(jiǎn)易計(jì)算表明，爐頂溫度大于30℃可回收煤氣，且有多次實(shí)踐：
（1）2006 年12 月鞍鋼新4 高爐（2580m3）開(kāi)爐，且冬季，采用濕熄焦和全人造富礦開(kāi)爐，包括大氣濕度在內(nèi)計(jì)算的的爐頂煤氣含濕是在16g/m3 左右，對(duì)應(yīng)的結(jié)露溫度是19℃，此時(shí)爐頂溫度達(dá)30℃即可回收煤氣，實(shí)際當(dāng)時(shí)60℃回收了煤氣，結(jié)果很好。
（2）2011 年8 月16 日江南一座1780m3 高爐新建開(kāi)爐，采用布袋除塵回收煤氣系統(tǒng)，同樣用廢舊枕木填充爐缸，16 個(gè)風(fēng)口送風(fēng)點(diǎn)火，風(fēng)口著火到煤氣回收完不到30 分鐘，當(dāng)時(shí)爐頂溫度37~38℃，幾乎是盛夏的大氣溫度，予計(jì)要堵塞2~3 個(gè)布袋箱體，但結(jié)果一條布袋都沒(méi)掛粉和堵塞，安全順利開(kāi)爐。
（3）再有各企業(yè)高爐噴煤的制粉系統(tǒng)，其磨煤收煤布袋系統(tǒng)都控制≤70℃，再高怕布袋著火，磨的煤含水都在12%以上，其磨煤的干燥劑或載氣中含H2O 遠(yuǎn)高于高爐煤氣中的H2O，其含粉濃放多在500g/m3（高爐煤氣含塵30g/m3 左右），制粉系統(tǒng)均正常運(yùn)行。20 世紀(jì)60 年代鞍鋼同志在建制粉噴煤車間時(shí)，計(jì)算鞍山
地區(qū)磨制煤粉布袋結(jié)露溫度是54℃，收煤粉布袋箱溫度一直控制在≤70℃，己運(yùn)行了近60 年，掛蠟堵袋幾乎沒(méi)有。當(dāng)前仍有一些同志糾結(jié)，尤其是在制定操作規(guī)程上。
（4）由此還可說(shuō)明，燒結(jié)生產(chǎn)主抽風(fēng)機(jī)前的除塵方式，也可改傳統(tǒng)的電除塵為布袋除塵以提高效率和易于脫S，己有很多用布袋除塵代替電除塵實(shí)例了。
4 高爐干法除塵的防腐技術(shù)
高爐煤氣采用干法除塵凈化，給企業(yè)帶來(lái)節(jié)水、TRT 多發(fā)電、提高風(fēng)溫、減少污染等諸多好處。筆者曾根據(jù)實(shí)際核算這項(xiàng)技術(shù)可降低噸鐵成本12~15 元，近年多為采用。但同時(shí)出現(xiàn)管道被腐蝕的現(xiàn)象，如某2002 年才有高爐煉鐵的企業(yè)，至2013 年因煤氣管網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重被迫在管道外部采用全線包裹防漏措施。究其原因是高爐煤氣含有Cl–和SO2 – ，同時(shí)煤氣中含有H2O 蒸氣，結(jié)合后生成鹽酸和次硫酸，對(duì)鋼管道產(chǎn)生腐蝕，尤其是進(jìn)口礦量增加，Cl–更高，這一現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，有的甚至影響后道工序的生產(chǎn)。現(xiàn)在辦法：
（1）有的企業(yè)采用煤氣布袋除塵出口處?kù)F化噴灑石灰水使其生成CaCl 和CaSO3，（在水中沉淀），其后端增設(shè)旋流脫水裝置，水循環(huán)使用，建個(gè)小型沉淀池，固體物沉淀回收。以解決后部高爐煤氣管網(wǎng)腐蝕問(wèn)題。
（2）重力除塵器（或旋風(fēng)除塵器）出口至布袋除塵器入口的半凈煤氣管道上采用噴涂50mm 的耐材，防止點(diǎn)蝕。
5 新型旋風(fēng)除塵器優(yōu)于進(jìn)口設(shè)備
在高爐粗煤氣和半凈煤氣處理上，干法凈化上大量購(gòu)買國(guó)外的旋風(fēng)除塵器，濕法上大量購(gòu)買比肖夫和戴維鐘水洗凈化設(shè)備，這些設(shè)備運(yùn)行成本高，維護(hù)費(fèi)用高，難于調(diào)節(jié)，耐磨塊掉落堵塞御灰系統(tǒng)。鞍鋼在高爐改造中，采用濕法的高爐共引進(jìn)了5 臺(tái)比肖夫塔，燃?xì)鈴S在使用時(shí)吃了不少苦頭，主要是重力除塵效率低，比肖夫旋流塔磨損嚴(yán)重。而在后來(lái)改造中則采用干法除塵，也不再引進(jìn)旋風(fēng)除塵，而是與鞍山享通公司合作開(kāi)發(fā)了新型旋流除塵器（螺旋筒式旋風(fēng)除塵工藝設(shè)備，專利號(hào)：ZL200510073304.1），從2006 年第一臺(tái)旋流除塵器用在4 高爐（2580m3）至今，國(guó)內(nèi)己有幾十臺(tái)投用，爐容在1000~4860m3 不同級(jí)別的高爐上。與傳統(tǒng)的重力除塵器比，其直徑縮小了一半，除塵效率提高到75%~85%。眾知的重力除塵器最好的效率最好的是50%，其提高率是50%以上。從鞍鋼4 高爐運(yùn)行12 年實(shí)踐表明，完全克服了引進(jìn)的設(shè)備蔽端，效率提高后帶來(lái)布袋壽命的延長(zhǎng)，設(shè)計(jì)一年更換的布袋已延至3 年以上。12 年來(lái)也沒(méi)有維修過(guò)。
6 高爐低噪聲煤氣壓力調(diào)節(jié)閥
高爐煉鐵自20 世紀(jì)50 年代初就改為高壓操作，是3 高理論之一，都是在高爐凈煤氣出口與企業(yè)煤氣管網(wǎng)處設(shè)置調(diào)壓閥組組（有的叫傍通閥組，鞍鋼習(xí)慣叫高壓閥組），是在一根煤氣總管上并聯(lián)安裝3~4 臺(tái)不同直徑的閥門，根據(jù)高爐頂壓的要求，開(kāi)、關(guān)、調(diào)節(jié)不同通徑的閥門來(lái)達(dá)到目的，同時(shí)這些閥門必須同時(shí)配置電動(dòng)和氣、液動(dòng)傳動(dòng)裝置，以滿足反應(yīng)速度要求，傳統(tǒng)的調(diào)壓閥組還帶有DN200mm 常通管以保護(hù)鼓風(fēng)機(jī)，這對(duì)TRT 出力受到制約。2009 年鞍鋼新5 高爐（2580m3）改造中新開(kāi)發(fā)了一種由一個(gè)鐘型閥組成，液壓驅(qū)動(dòng)無(wú)級(jí)可調(diào)的調(diào)壓閥（煉鐵高爐用的低噪聲煤氣壓力調(diào)節(jié)閥，專利號(hào)ZL200820011354.6）。使用至今效果良好，由傳統(tǒng)的調(diào)壓閥組調(diào)節(jié)的高爐頂壓在5kPa 范圍內(nèi)波動(dòng)，新型閥門調(diào)節(jié)的高爐頂壓在1kPa 范圍內(nèi)波動(dòng)。已運(yùn)行8 年效果甚好，也建議擴(kuò)廣應(yīng)用。
7 高爐大修降料線停爐過(guò)程的煤氣零排放
高爐大中修要停爐降料面，大修還要出殘鐵，怎么進(jìn)行爐頂打水、回收煤氣、將料面降到風(fēng)口水平面，其操作是同時(shí)進(jìn)行的，安全難度大，怎么做到煤氣100%回收。近三年幾座爐子降料面的成功作法供參考。
（1）蓋面焦，過(guò)去加得較多，一般按正常焦批的3 批即為合適，多了即浪費(fèi)資源也延長(zhǎng)了降料面時(shí)間。
（2）液面控制和出最后一次鐵時(shí)間掌握，其要求是開(kāi)始降料面時(shí)盡量減少出鐵次數(shù)，算好鐵口至風(fēng)口下沿的渣鐵安全賭量，利用渣鐵液面來(lái)抬高焦炭料柱，在風(fēng)口前多燃燒掉一些，待最后一次鐵出得多則料面下得多。
（3）滴落帶以下焦炭中基本上不含渣鐵，正常生產(chǎn)時(shí)爐腰中下部就是滴落帶，當(dāng)煤氣中H2 含量達(dá)到10%~12%水平，（料面也降到爐腹中部），此時(shí)可停止回收煤氣并休風(fēng)。待出完最后一次鐵，再出殘鐵后，料面必能風(fēng)口水面以下。這樣就做到了零放散煤氣。
（4）中修不出殘鐵怎么做到煤氣零排放，此時(shí)最關(guān)健的也是控制好渣鐵液面和出鐵次數(shù)盡量少，H2 達(dá)到規(guī)定值就可休風(fēng)，帶壓出最后一次鐵，最后即使風(fēng)口水平面上稍有點(diǎn)焦炭也極易從風(fēng)口扒出，焦炭還可重新使用。這樣也做到高爐煤氣的零排放。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 成蘭佰, 高爐煉鐵工藝及計(jì)算. 冶金工業(yè)出版社, 1991: 504-505.
[2] 湯清華, 王寶海, 張洪宇, 王再義. 高爐煉鐵工藝節(jié)能減排新技術(shù)[J]. 煉鐵, 2015, 34(4): 1-4.