吳俊國

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

[摘 要] 為實(shí)現(xiàn)高爐煤氣零放散的目標(biāo)，天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司在轉(zhuǎn)爐煤氣混配量不足時(shí)，向高爐煤氣里混配入天然氣，確保了在正常生產(chǎn)的情況下高爐煤氣被百分之百回收利用。改造了煤氣放散管路控制系統(tǒng)，解決了閥門關(guān)閉不嚴(yán)的問題，避免了長(zhǎng)期出現(xiàn)煤氣閥門泄漏的現(xiàn)象。在煤氣發(fā)電機(jī)組鍋爐的煙道增加了余熱回收裝置，高爐煤氣利用率得到顯著提高，取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)收益。

[關(guān)鍵詞] 高爐；煤氣；混配；泄漏；零放散；余熱回收

0  引言

眾所周知，鋼鐵企業(yè)的高爐會(huì)產(chǎn)生大量的高爐煤氣，一般對(duì)燃燒值相對(duì)較高的高爐煤氣進(jìn)行回收，但對(duì)于燃燒值過低的那部分高爐煤氣，將會(huì)被點(diǎn)燃后放散。由于高爐煤氣燃燒值較低，無法提高設(shè)備的產(chǎn)能，甚至因不易燃燒，影響穩(wěn)定運(yùn)行，通常的做法是將轉(zhuǎn)爐煤氣與高爐煤進(jìn)行混配，使其得到較高的燃燒值以滿足使用要求。天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司采用轉(zhuǎn)爐煤氣與高爐煤進(jìn)行混配使用，使用中，高爐煤氣放散和損耗量與利用量的比率高達(dá)20%至 25%。高爐煤氣的利用率明顯偏低。

公司通過對(duì)高爐煤氣利用率低的原因進(jìn)行分析，制定了改進(jìn)措施，通過增加混配天然氣，確保在正常生產(chǎn)的情況下百 100%被回收。對(duì)兩管放散管路系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)了高爐煤氣的零排放。在鍋爐煙道增加余熱回收裝置，使熱能得到了充分利用。改造后，高爐煤氣利用率低的問題得到了解決。此做法對(duì)提高高爐煤氣利用具有一定的指導(dǎo)意義。

1 高爐煤氣利用情況分析

1.1 煤氣生產(chǎn)與主要使用情況

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司主要有 3 座 1 080 m³ 高爐，3 座 100 t 轉(zhuǎn)爐，3 套 25 MW 煤氣發(fā)電機(jī)組，一套 65 MW 煤氣發(fā)電機(jī)組以及其它使用煤氣的生產(chǎn)設(shè)備。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣通過煤氣回收系統(tǒng)被回收后，與高爐生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的高爐煤氣相混合，主要為煤氣發(fā)電機(jī)組提供燃料用于發(fā)電。

1.2 存在問題

聯(lián)合特鋼煤氣發(fā)電機(jī)組鍋爐要求煤氣的燃燒值為 750~1 200 kcal/Nm³。由于高爐在煉鐵過程中，受焦炭品質(zhì)、噴煤質(zhì)量與富氧多少等因素影響，高爐狀況是不斷變化的動(dòng)態(tài)過程，高爐煤氣熱值不是恒定不變的，其變化范圍很大，有時(shí)低于 750 kcal/Nm³，為滿足發(fā)電機(jī)組鍋爐對(duì)煤氣燃燒值的要求，對(duì)高爐煤氣只回收熱值較高的部分，而對(duì)于燃燒值過小部分進(jìn)行點(diǎn)燃排放。另外，兩管放散管路系統(tǒng)采用的是調(diào)節(jié)閥控制，在不需要放散、需要關(guān)閉閥門的時(shí)候關(guān)不嚴(yán)，煤氣一直處于從閥門處泄漏狀態(tài)，造成不必要的浪費(fèi)。高爐煤氣放散與使用情況如表1所示。

從表 1 可以看出，高爐煤氣放散和損耗量與利用量的比率可達(dá) 20.32%~25.67%，高爐煤氣利用率明顯偏低，浪費(fèi)比較嚴(yán)重，過多的煤氣被放散掉，沒有被充分利用，既不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)又污染環(huán)境。

2 改進(jìn)措施

2.1 正常生產(chǎn)不放散，100%被回收

為提高高爐煤氣利用率，在滿足發(fā)電機(jī)組的鍋爐對(duì)燃?xì)馊紵档囊螅蛊浔３衷?750~1 200kcal 的前提下，增加混配高燃燒值燃?xì)獾牧Χ龋谙蚋郀t煤氣里混配轉(zhuǎn)爐煤氣的基礎(chǔ)上，當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣混配量不足時(shí)，增加了混配天然氣，確保高爐煤氣在正常生產(chǎn)的情況下滿足煤氣發(fā)電機(jī)組的高效率運(yùn)行。同時(shí)，新建了 65 MW 雙超發(fā)電機(jī)組，增加了加熱爐，使煤氣整體用量增加，確保高爐煤氣 100%被回收利用。

2.2 切斷泄漏點(diǎn)，避免不必要損耗

對(duì)高爐煤氣兩管放散管道進(jìn)行改造，在原有兩管放散管道上增加快切閥，徹底解決了放散管路閥門關(guān)閉不嚴(yán)問題，避免不必要的泄漏。

2.3 對(duì)鍋爐煙道余熱進(jìn)行回收

由于煤氣發(fā)電機(jī)組的鍋爐原設(shè)計(jì)是使用高爐煤氣，如果使用高爐煤氣，熱值較低，鍋爐的煙氣排放溫度符合設(shè)計(jì)。而鍋爐使用混合煤氣后，因混合煤氣的燃燒值比單一高爐煤氣的燃燒值要高，鍋爐的煙氣排放溫度也相應(yīng)有所提高，實(shí)際溫度一般為150 ℃，高爐煤氣排煙酸露點(diǎn)溫度一般在 100 ℃左右。因此，實(shí)施對(duì)鍋爐煙道煙氣余熱進(jìn)行回收利用，可以最大限度地利用煤氣的熱能。

3 改造方案及效果

3.1 改造方案

3.1.1 煤氣混配工藝及設(shè)施

轉(zhuǎn)爐煤氣壓力 2.7 kPa 左右，高爐煤氣 13 kPa左右，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過增壓后混配到高爐煤氣管道里，混配后管網(wǎng)的壓力為 10.6~11.6 kPa，在混配管道上有燃?xì)鉄嶂祪x，對(duì)混配的煤氣進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，在轉(zhuǎn)爐煤氣量較少的區(qū)間，再混配天然氣，保證混配燃?xì)獾臒嶂捣习l(fā)電機(jī)組鍋爐的使用要求。

3.1.2 兩管放散管道泄漏改造

兩管放散是高爐煤氣系統(tǒng)的安全設(shè)施，根據(jù)高爐煤氣系統(tǒng)需要，經(jīng)過對(duì)各種閥門開啟時(shí)間的比對(duì)，確定采用在調(diào)節(jié)閥的后面加裝快切閥方案。

3.1.3 鍋爐煙氣余熱回收

在鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)道與煙囪之間安裝鍋爐煙氣余熱回收相變換熱器進(jìn)行煙氣余熱回收，這種布局不會(huì)影響鍋爐、鍋爐省煤器、鼓風(fēng)機(jī)等位置的溫度，即不會(huì)對(duì)鍋爐、鍋爐省煤器、鼓風(fēng)機(jī)等位置的設(shè)備產(chǎn)生不利的影響。鍋爐煙氣余熱回收安裝位置如圖 1 所示。

3.1.3.1 煤氣發(fā)電機(jī)組用鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)工作原理

煤氣發(fā)電機(jī)組用鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)示意圖見圖 2。

隨著鍋爐負(fù)荷以及煤氣燃燒值的變化，極有可能造成排煙溫度的變化，為了保證受熱面有足夠的壁溫，可以通過旁通自控閥自動(dòng)調(diào)節(jié)水量，實(shí)現(xiàn)對(duì)壁溫和排煙溫度的調(diào)節(jié)，從而適應(yīng)鍋爐負(fù)荷和燃燒溫度的變化。

3.1.3.2 煤氣發(fā)電機(jī)組用鍋爐煙氣余熱回收熱量計(jì)算

（1）鍋爐煙氣余熱可回收熱量計(jì)算

C=δ_q÷（d×T）[1]

式中，C 為比熱容，kJ/（kg.℃）^[1]；δ_q為熱量，kJ；d 為煙氣質(zhì)量，kg/h；T 為換熱器前、后排溫度差，℃。

Q₀=C×d×T=C×V_g×ρ_g×T

式中，Q₀ 為理想回收熱量，kJ/（kg.℃）；V_g 為煙氣流量，Nm³ /h；ρ_g為煙氣密度，kg.m^-3[2]。

Q=Cp×Vg×ρ_g×T×Φ

式中，Q 為單位時(shí)間回收的熱量，kJ/（kg.℃）；C_p 為鍋爐煙氣比熱容，kJ/（kg.℃）^[1]-[2]；Φ為換熱器保熱系數(shù)，取 0.95。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，鍋爐煙氣中:O₂ 約含 3.80%，H₂O約含 9.20%，CO₂ 約含 86%。

（2）鍋爐煙氣余熱可回收熱量等效標(biāo)煤計(jì)算

G_c=Q×h×κ÷（7 000×10³）

式中，G_c 為等效標(biāo)煤，t；h 為鍋爐年運(yùn)行時(shí)間，h；κ為熱量單位換算系數(shù)^[2]。

3.2 實(shí)際效果

煤氣發(fā)電自投產(chǎn)運(yùn)行以來，利用煤氣發(fā)電，生產(chǎn)了數(shù)量可觀的電能。以 2018 年為例，煤氣發(fā)電全年消耗煤氣 2 765 627 497 m³、發(fā)電量為 974 179 500 kWh、外送電量 1 109 223 099 kWh。煤氣發(fā)電利用煤氣與發(fā)電量詳細(xì)情況見表2。

從表2可以看出，經(jīng)過改造后，公司經(jīng)濟(jì)效益顯著，一年發(fā)電效益大約 6 322 萬元。另外，鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)每年回收熱量 7 173 k宰，等效標(biāo)煤4 950 t。

通過高爐煤氣系統(tǒng)改造和鍋爐煙氣余熱回收改造后，高爐煤氣實(shí)現(xiàn)了零排放，取得了顯著的社會(huì)效益和較好的經(jīng)濟(jì)收益，達(dá)到了節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高煤氣利用率的目的。

4 結(jié)論

事實(shí)證明，由于調(diào)整了高爐煤氣混配工藝，實(shí)現(xiàn)了高爐煤氣零排放，在減少了因高爐煤氣放散而對(duì)空氣造成的污染的同時(shí)，又獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。由于鍋爐煙氣余熱回收，使煤氣的熱能得到了全面有效的利用，企業(yè)潛力得到了進(jìn)一步的挖潛，公司運(yùn)行成本大幅降低，企業(yè)效益大幅提升，同時(shí)對(duì)環(huán)境保護(hù)做出了貢獻(xiàn)。高爐煤氣利用率改造的成功，對(duì)今后提高高爐煤氣利用有一定的指導(dǎo)意義，發(fā)電經(jīng)濟(jì)必將成為企業(yè)穩(wěn)定的效益點(diǎn)。天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司動(dòng)力廠以節(jié)能減排為工作重點(diǎn)，努力推進(jìn)實(shí)現(xiàn)污染零排放，深度挖潛提高能源綜合利用率，努力實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的社會(huì)效益與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益雙豐收。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦大同，謝里陽.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2011：169．

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：北學(xué)工業(yè)出版社，2017：12.