溫維漢¹  郭喜明²  王曉婷¹  劉同俊¹  李志斌¹

(1.山西新泰鋼鐵有限公司，山西 介休032000； 2.阜新達(dá)誠科技有限公司，遼寧 阜新123000)

摘要：山西新泰鋼鐵集團(tuán)有限公司4^#（1250m³）高爐料罐均壓煤氣回收項(xiàng)目，采用了“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)。該項(xiàng)目除塵元件采用了濕式除塵器，除塵方式為氣水霧化除塵，該項(xiàng)目依靠引射器實(shí)現(xiàn)了均壓煤氣全回收，引射器動(dòng)力氣源為高壓凈煤氣，同時(shí)高壓凈煤氣也為氣水霧化的氣體。本工程于2020年8月19日在山西新泰鋼鐵有限公司煉鐵廠4^#（1250m³）高爐投用，投用后便達(dá)到了預(yù)期效果，據(jù)了解山西新泰1250m³高爐是國內(nèi)第一座實(shí)現(xiàn)料罐均壓煤氣濕式全回收技術(shù)的高爐，該技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

關(guān)鍵詞：高爐；料罐均壓煤氣；濕式除塵；引射器；氣水霧化；全回收

0  引言

現(xiàn)代高爐爐頂煤氣壓力高，其裝料設(shè)備之受料斗在向料罐裝料前必須進(jìn)行料罐排壓。所謂料罐排壓是指：高爐爐頂裝料設(shè)備之料罐裝料前排出料罐中煤氣的過程，所用的排氣設(shè)備為均壓放散閥。所排出的煤氣，傳統(tǒng)的作法是直接排入大氣，故也稱為放散?？墒怯捎诹瞎拗械拿簹夂写罅繜焿m和CO等毒性物質(zhì)，會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，再加之煤氣本身的能源損失，因此，現(xiàn)已明令禁止將高爐爐頂均壓煤氣排空。既如此，這部分放散煤氣就需要加以回收，既要進(jìn)行回收，就需對(duì)這部分煤氣進(jìn)行除塵后送入煤氣管網(wǎng)。

“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利裝置，于2020年年8月19日在山西新泰煉鐵廠4^#（1250m³）高爐正常投用，實(shí)現(xiàn)了料罐均壓煤氣全回收，消除了傳統(tǒng)高爐料罐均壓煤氣回收技術(shù)最后必須排放料罐殘存煤氣“冒煙”的問題，同時(shí)克服了料罐均壓煤氣溫度低于露點(diǎn)時(shí)布袋除塵器無法正常工作問題。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明，本料罐均壓煤氣濕式全回收技術(shù)，凈煤氣含塵量在5.0mg/Nm³左右，料罐均壓煤氣總回收時(shí)間（含閥門開閉時(shí)間）縮短到12S，回收結(jié)束后料罐壓力為零，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的預(yù)期效果。

1  國內(nèi)外現(xiàn)狀

國外在上世紀(jì)七八十年代，前蘇聯(lián)、日本等國即有對(duì)均壓放散工藝優(yōu)化的嘗試，并投入工業(yè)生產(chǎn)^[1] 進(jìn)行了試運(yùn)行。國內(nèi)在上世紀(jì)九十年代,當(dāng)時(shí)的重慶鋼鐵設(shè)計(jì)院公開了一種利用引射器、文氏管除塵器和脫水器構(gòu)成的濕法煤氣回收系統(tǒng)的專利^[2]。由于各種方法均存在一定的缺陷，最終均沒有得到推廣應(yīng)用。不能推廣用比較典型的原因如下：有的因回收煤氣含塵量高，造成凈煤氣污染而停用；有的以除塵為主、回收煤氣為輔，沒有徹底解決環(huán)保問題而廢棄，還有的因過濾元件失效引發(fā)回收時(shí)間長而被迫下線。

針對(duì)以上問題，業(yè)內(nèi)研究人員進(jìn)行了理論研究，提出了氣囊法、引射法和氣體替換法等新的回收料罐均壓煤氣的方法^[3]，并對(duì)以上三種方法進(jìn)行了比較，同時(shí)還發(fā)表了論文。但未見其工業(yè)運(yùn)行報(bào)道。

經(jīng)與兄弟單位交流和山西新泰鋼鐵公司專業(yè)技術(shù)人員的研究討論，與會(huì)專家一致認(rèn)為“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)，先進(jìn)且成熟可靠，并可做到料罐均壓煤氣全回收。決定在山西新泰煉鐵廠4^#（1250m³）高爐料罐均壓煤氣回收項(xiàng)目率先采用“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)。

2  山西新泰1250m³高爐料罐煤氣濕式全回收技術(shù)簡介

2.1技術(shù)方案

(1)新建“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”。新建專用濕式除塵器主要設(shè)備參數(shù)如表1：

表1  專用濕式除塵器主要設(shè)備參數(shù)表

Tab.1  Main equipment parameter list of special wet dust catcher

(2)從料罐均壓煤氣放散閥后的均壓煤氣放散管道上，敷設(shè)一支管道連接至新建的“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”入口作為料罐均壓煤氣回收荒煤氣主管。

(3)將“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”出口用一條管道引至低壓凈煤氣管網(wǎng)上（調(diào)壓閥組與并網(wǎng)閥組之間的煤氣管道），作為料罐均壓煤氣回收凈煤氣管主管。

(4)在“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”與料罐均壓煤氣回收荒煤氣主管之間，設(shè)置“引射裝置”。

(5)“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”含污水自循環(huán)系統(tǒng)，除塵用水經(jīng)污水自循環(huán)系統(tǒng)打打致“引射裝置”噴頭處。

(6)在引射裝置外部，采用管道隔音和彩鋼瓦棚雙重隔音，避免現(xiàn)場噪音過大，影響崗位工人健康。

(7)料罐均壓煤氣回收荒煤氣主管、凈煤氣主管、引射用高壓凈煤氣管道及“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”的規(guī)格型號(hào)根據(jù)高爐爐容和爐頂作業(yè)率等實(shí)際生產(chǎn)情況確定。

(8)其污水處理裝置之除塵水采用閉路循環(huán)專利技術(shù)，最終排出污泥用吸排車運(yùn)至燒結(jié)系統(tǒng)回收利用。

(9)在高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)的管道、除塵器等部位配置相應(yīng)的閥門儀表，對(duì)新建“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”和料罐均壓煤氣回收荒煤氣部分主管進(jìn)行保溫，并對(duì)“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”錐體進(jìn)行伴熱處理。

2.2工作原理

本煤氣回收系統(tǒng)由φ529×10的煤氣回收管道與中間料罐引出的備用均壓放散管道（不走消音器的料罐均壓放散管路）連通將煤氣引出，并在備用均壓放散管道的末端加裝手動(dòng)扇型盲板閥。具體方案如下：高爐原設(shè)有二路煤氣均放系統(tǒng)，使用備用一路（A路），保留一路（B路），在Ａ路均壓放閥出口的均放管道上接出φ377×8的煤氣回收管道6m，然后通過變徑變成φ529×508×10×φ377管道，并在Ａ路均放閥出口的均壓放管道上加裝手動(dòng)扇型盲板閥，φ529×10的煤氣回收管道沿高爐爐頂煤氣下降管引至進(jìn)入新建濕式除塵器，新建濕式除塵器對(duì)煤氣進(jìn)行凈化，凈化后的煤氣沿新建濕式除塵器出口管道流入調(diào)壓閥組的消音器之后的低壓凈煤氣管網(wǎng)，新建濕式除塵器設(shè)有引射器，在引射器的作用下完成料罐均壓煤氣的凈在與回收?；厥諘r(shí)，Ａ路煤氣均壓放閥打開，Ｂ路煤氣均壓放閥關(guān)閉，料罐煤氣經(jīng)煤氣回收管道φ529×10進(jìn)入煤氣回收系統(tǒng)，中間料罐進(jìn)行卸壓，8~12秒鐘后，在引射器的作用下料罐壓力降至0kPa，Ａ路煤氣均壓放閥關(guān)閉，打開上密封閥，料罐上料，上料結(jié)束，關(guān)閉上密封閥，打開均壓閥，料罐充壓至爐頂壓力，打開下密封閥，對(duì)高爐進(jìn)行加料，加料結(jié)束，重復(fù)上述操作。如此反復(fù)，實(shí)現(xiàn)料罐煤氣回收。

2.3技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

(1)由于采用濕法除塵裝置，料罐煤氣回收過程不受料罐煤氣溫度的影響，解決了布袋除塵器在煤氣溫度低于露點(diǎn)時(shí)無法正常工作的問題。

(2)由于高爐料罐均壓煤氣回收操作采用噴射器來克服凈煤氣管網(wǎng)壓力，噴射器采用高壓凈煤氣作為動(dòng)力，使料罐煤氣壓力低于煤氣管網(wǎng)壓力，接近大氣壓力，從而實(shí)現(xiàn)了高爐料罐煤氣充分回收。

(3)由于在噴射器高壓凈煤氣出口處設(shè)給水噴頭，高壓凈煤氣流速快，霧化效果好，除塵效率高。

(4)由于除塵用水循環(huán)使用，沒有污水排放。

(5)由于噴射器、脫水器、罐體、噴頭、管道、閥門等結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝、操作方便，因此具有利于推廣應(yīng)用等諸多優(yōu)點(diǎn)。

(6)此外，本系統(tǒng)是利用高壓高溫凈煤氣，對(duì)料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)進(jìn)行引射，引射氣體與被引射氣體成份相同，因此回收的煤氣熱值不降低。

3  山西新泰1250m³高爐料罐均壓煤氣濕式全回收實(shí)績

山新泰鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠技術(shù)人員根據(jù)自身高爐特點(diǎn)，本著技術(shù)領(lǐng)先、工藝成熟可靠的原則，在山西新泰煉鐵廠4^#（1250m³）高爐料罐均壓煤氣回收在線技改項(xiàng)目上采用了“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)。于2020年8月19日在正式投用。運(yùn)行畫面如圖3，技術(shù)指標(biāo)如表1，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表2。

圖3  4^#(1250m³)高爐運(yùn)行畫面

Fig. 3  Operation picture of No.4 (1250m³) blast furnace

表2  技術(shù)指標(biāo)表

Tab.2  Technical index table

V₁：料罐有效容積，單位m³；

V₂：料罐幾何容積，單位m³；

Q₁：每罐均壓煤氣量，單位Nm³；

Q₂：每罐回收均壓煤氣量，單位Nm³；

η：均壓煤氣回收率，單位%；

Q₃：回收每罐均壓煤氣引射用高壓凈煤氣量，單位Nm³；

M：回收凈煤氣含塵量，單位mg/Nm³；

S：含閥門開閉總回收時(shí)間，單位S。

由上表可以看出：回收的料罐均壓凈煤氣含塵量5.0mg/Nm³左右，料罐均壓煤氣總回收時(shí)間12S，回收結(jié)束后料罐壓力0Kpa，達(dá)到了預(yù)期效果。

表3  經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

Tab. 3  Table of economic indicators

說明：

1）年工作日按350天計(jì)；

2）煤氣單價(jià)按3N³煤氣發(fā)一度電，每度電按峰、平、谷均價(jià)0.57元計(jì)，即每回收1N³料罐均壓煤氣價(jià)格為0.19元；

3）煤氣含塵量按3g/Nm³；

4）每1萬Nm³高爐煤氣折碳排放量8.48噸。

由上表可以看出：4^#1250m³高爐每天回收料罐均壓煤氣約3.6萬Nm³/d、創(chuàng)效6841元/d、回收煤氣灰109kg/d、減少碳排放30.53t/d，達(dá)到了預(yù)期效果。預(yù)期高爐年回收料罐均壓煤氣1260萬Nm³，回收煤氣灰38t，減少碳排放10867t，年創(chuàng)效239萬元。

4  結(jié)論

4.1“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了料罐均壓煤氣濕式全回收，克服了料罐均壓煤氣溫度低于露點(diǎn)時(shí)布袋除塵器無法正常工作問題，徹底解決了傳統(tǒng)高爐料罐均壓煤氣回收技術(shù)環(huán)保不達(dá)標(biāo)難題。開拓了料罐均壓煤氣回收新局面。

4.2山西新泰1250m³高爐應(yīng)用后，各項(xiàng)工藝參數(shù)均達(dá)到了設(shè)定值，預(yù)計(jì)年回收料罐均壓煤氣1260萬Nm³、回收煤氣灰約38t、減少碳排放約10687t、年創(chuàng)效約239萬元，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

參考文獻(xiàn)

[1]徐冠忠.高爐爐頂放散煤氣回收技術(shù)的發(fā)展[J].冶金能源,1985,4(5):38～41.

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[3] 王小偉，唐恩，范小剛等.高爐爐頂均壓放散工藝方案優(yōu)化分析[A].見：中國金屬學(xué)會(huì).2012年全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會(huì)議暨煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)文集（下）[C]. 中國江蘇無錫: 中國金屬學(xué)會(huì), 2012:582～587.