李傳永¹ ，郭喜明² ，郭立濤¹ ，趙秀志¹ ，付傳波¹ ，伊希明¹

( 1.泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪 271100;

2.阜新達(dá)誠科技有限公司，遼寧 阜新 123000)

摘要: 介紹了國內(nèi)外高爐料罐煤氣的回收現(xiàn)狀，以及山東泰山鋼鐵集團(tuán)引進(jìn)“高爐料罐煤氣全回收”專利技術(shù)，并在 1#和 2#兩座 1 780 m³ 高爐上實際應(yīng)用情況。項目采用干法布袋除塵器，依靠專用引射器實現(xiàn)料罐煤氣全回收功能。投用后，兩座高爐的料罐煤氣回收均達(dá)到了預(yù)期的效果，且經(jīng)濟(jì)效益可觀。

關(guān)鍵詞: 高爐料罐; 均壓煤氣; 高壓凈煤氣; 引射器; 全回收; 節(jié)能環(huán)保

0 引言

近年來，隨著鋼鐵企業(yè)環(huán)境治理和挖潛增效工作的深入開展，部分高爐新增了料罐均壓煤氣布袋除塵凈化回收裝置。中國專利 201120132937． 6 公告的“一種高爐干法均壓煤氣回收裝置”便是其中 1例。該裝置能凈化和回收 85% 左右的料罐均壓放散煤氣，不僅能降低生產(chǎn)成本，而且能降低高爐料罐均壓煤氣對空排放產(chǎn)生的噪音和粉塵污染。然而，生產(chǎn)實踐證明該裝置亦存在缺陷。其中包括: 回收煤氣后料罐殘存煤氣壓力高，必須開爐頂均壓放散閥泄壓，才能進(jìn)行正常操作，而開爐頂泄壓時，不但產(chǎn)生對空排放煤氣和粉塵造成的環(huán)境污染等問題，對于爐頂設(shè)備作業(yè)率較高的高爐來說則無法正常使用。

阜新達(dá)誠科技有限公司開發(fā)的“高爐料罐煤氣全回收專利技術(shù)”實現(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后，排放料罐殘存煤氣所產(chǎn)生的“冒煙”的問題。經(jīng)山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠 1#和 2#兩座 1780 m³ 高爐實際應(yīng)用，料罐均壓凈煤氣含塵量達(dá)到 4．0 mg /Nm³ 左右，料罐均壓煤氣總回收時間( 含閥門開閉時間) 縮短到 8 s，回收結(jié)束后料罐壓力為零，達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的預(yù)期效果。

1 國內(nèi)外高爐料罐煤氣回收現(xiàn)狀

上世紀(jì)七八十年代，前蘇聯(lián)、日本等國曾對均壓放散工藝優(yōu)化進(jìn)行過嘗試，并投入工業(yè)生產(chǎn)^［1］。其中，由日本石川島播磨重工業(yè)公司研制成功，在鹿島廠 1 #高爐投入使用的均壓回收設(shè)備，獲得“日本1980 年節(jié)能設(shè)備優(yōu)秀項目獎”^［2］。國內(nèi)在上世紀(jì)九十年代，重慶鋼鐵設(shè)計院公開了“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^［3］。

總體上來說，國內(nèi)外料罐均壓煤氣的回收方法有直接( 利用爐頂旋風(fēng)除塵器) 回收、濕法除塵回收和干法除塵回收 3 種。但由于各種方法均存在一定的缺陷，最終無一得到推廣應(yīng)用。其中，典型原因有: 回收煤氣含塵量高，造成凈煤氣污染; 或以除塵為主、回收煤氣為輔，沒有徹底解決環(huán)保問題; 過濾元件失效，煤氣回收時間長。

近年來，公開報道的資料大部分介紹的為“自然回收”應(yīng)用實績或提出了全回收設(shè)想。文獻(xiàn)^［4］和文獻(xiàn)^［5］均介紹了“自然回收”應(yīng)用實績，而文獻(xiàn)^［6］提出應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全回收，但沒有指出如何實現(xiàn)全回收。

針對以上問題，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料罐均壓煤氣回收的方法^［4］，并對以上 3 種方法進(jìn)行了比較，但未見其工業(yè)運行報道。

在項目實地考察中了解到，阜新達(dá)誠科技有限公司研發(fā)的“高爐料罐煤氣全回收專利技術(shù)”先進(jìn)且成熟可靠，并能做到料罐均壓煤氣全回收。已先后在濰鋼 2 # 1 350 m³ 高爐( 2018 年 9 月 1 日投用) 、濰鋼 1# 1 080 m³ 高爐( 2019 年 4 月 9 日投用) 和山西通才工貿(mào)有限公司 3# 1 860 m³ 高爐的料罐均壓煤氣凈化與回收項目( 2019 年 6 月 8 日投用) 。

這 3 座高爐的料罐均壓煤氣回收系統(tǒng)，自投用以來均實現(xiàn)了回收煤氣含塵量≤5 mg /Nm³ 、總回收時間≤13 s、回收結(jié)束后料罐壓力 0 kPa 的良好效果。

2 泰鋼兩座 1780 m³ 高爐料罐煤氣全回收技術(shù)

2． 1 技術(shù)方案

(1) 建新布袋除塵器作為料罐均壓煤氣回收除塵裝置，其主要設(shè)備參數(shù)如表 1 所示。

(2) 從料罐均壓煤氣放散閥后，鋪設(shè) 1 支管道連接至新建的布袋除塵器入口，作為料罐均壓煤氣回收荒煤氣主管。

(3) 從新建布袋除塵器出口，鋪設(shè)一路管道至低壓凈煤氣管網(wǎng)上，作為料罐均壓煤氣回收凈煤氣管主管。

(4) 在高壓凈煤氣主管與料罐均壓煤氣回收凈煤氣主管之間，設(shè)置“高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)引射裝置”，避免開爐頂均壓放散閥泄壓操作步驟，提高煤氣回收率( 達(dá)到煤氣 100% 回收) ，縮短回收時間，最終不影響高爐正常上料。

(5) 在高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)引射裝置外部，采用管道和彩鋼瓦棚雙重隔音，避免現(xiàn)場噪音過大，對周邊職工造成影響。

(6) 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布袋除塵器的規(guī)格型號根據(jù)高爐爐容和爐頂作業(yè)率等實際生產(chǎn)情況確定。

(7) 回收的煤氣灰加濕后汽車運至燒結(jié)配料系統(tǒng)。

(8) 在高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)的管道、箱體等部位，配置相應(yīng)的閥門儀表，并對新建布袋除塵器箱體和料罐均壓放散煤氣回收荒煤氣主管進(jìn)行保溫，對新建布袋除塵器箱體錐體進(jìn)行伴熱處理，避免結(jié)露現(xiàn)象。

2． 2 工作原理

高爐原有的兩路均壓煤氣放散系統(tǒng)( 利舊) ，使用 1 路( A 路) ，備用 1 路( B 路) 。在 A 路均壓放散閥出口的均放管道上，沿高爐爐頂煤氣下降管，引出料罐均壓煤氣回收荒煤氣管道，至地面上新建的布袋除塵器，對煤氣進(jìn)行凈化后，沿新建布袋除塵器出口管道，流向低壓凈煤氣管網(wǎng)。布袋除塵器出口管道末端設(shè)有引射器，在引射器的作用下完成料罐均壓煤氣的凈化與回收?；厥諘r，A 路均壓煤氣放散閥( 利舊該路均壓放散閥) 打開，B 路煤氣均壓放散閥關(guān)閉，料罐煤氣經(jīng)煤氣回收荒煤氣管道進(jìn)入煤氣回收系統(tǒng)，料罐進(jìn)行卸壓，5 ～ 15 s 后，在引射器的作用下料罐壓力降至 0 kPa，A 路均壓煤氣放散閥關(guān)閉，同時引射系統(tǒng)的引射閥也關(guān)閉，打開上密封閥，料罐上料。上料結(jié)束后，關(guān)閉上密封閥，打開均壓閥，料罐充壓至爐頂壓力。需要向爐內(nèi)放散時，打開下密封閥、下料閘，對高爐進(jìn)行加料，加料結(jié)束，關(guān)閉下料閘、下密封閥，重復(fù)上述操作。如此反復(fù)，實現(xiàn)料罐煤氣回收。

因煤氣回收時間較短，約 10 s，且瞬間煤氣流量較大。為保證布袋除塵效果，必須對新建布袋除塵器進(jìn)行嚴(yán)格計算，保證經(jīng)濟(jì)適用的過濾風(fēng)速及合理的幾何容積。該布袋除塵器既是一個煤氣過濾、凈化裝置，同時也是個緩沖容器。合理的箱體幾何容積可有效消除回收煤氣對凈煤氣管網(wǎng)的壓力沖擊，從而達(dá)到在較短時間內(nèi)盡可能多地回收煤氣的目的。煤氣經(jīng)過除塵凈化后，進(jìn)入高爐煤氣調(diào)壓閥組的消音器后的煤氣管網(wǎng)。高爐料罐均壓煤氣全回收工藝流程如圖 1 所示。

2． 3 技術(shù)特點

(1) 通過負(fù)壓的吸引和正壓的推動，實現(xiàn)了將料罐均壓煤氣引射回收，省去了開爐頂均壓放散閥泄壓操作工序，簡化了工藝流程。

(2) 在對料罐均壓煤氣回收系統(tǒng)進(jìn)行引射時，可以將料罐均壓煤氣凈化回收率提高到 100% ，較傳統(tǒng)裝置多回收 15% 左右的均壓煤氣; 同時由于原有均壓放散閥可以不打開，減少了煤氣凈化回收時間，又不增加爐頂設(shè)備作業(yè)率，既節(jié)能，又經(jīng)濟(jì)。

(3) 該裝置占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單，只是管和閥的連接，操作方便，易于實施及維護(hù)。

(4) 該裝置只需將高壓高溫的凈煤氣，引進(jìn)均壓煤氣回收系統(tǒng)的凈煤氣管路中，即可進(jìn)行在線引射，不需要其他大型輔助設(shè)備，沒有其他額外電力及動力消耗，安全性高、投資少、運行成本低。

(5) 利用高壓高溫凈煤氣對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分相同，回收的煤氣熱值不降低。

3 泰鋼兩座 1 780 m³ 高爐料罐煤氣全回收實績

山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠引進(jìn)“高爐料罐煤氣全回收專利技術(shù)”。其中，2020 年 2 月 19日 2#高爐投用，2020 年 6 月 7 日 1#高爐投用。投用后的技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分別如表 2 和表 3 所示。

可以 看 出: 回收的料罐均壓凈煤氣含塵量4． 0 mg /Nm3 左右，總回收時間 8 s，回收結(jié)束后料罐壓力0 kPa，達(dá)到了預(yù)期效果。

說明:

(1) 年工作日按 350 天計;

(2) 按 3 Nm³ 煤氣發(fā) 1 kwh 電，每度電按峰、平、谷均價 0． 57 元計，即每回收 1 Nm³ 料罐均壓煤氣價格為 0． 19 元;

(3) 煤氣含塵量按 3 g /Nm³ ;

(4) 每 1 萬 Nm³ 高爐煤氣折碳排放量 8． 48 t。

由表 3 可以看出: 兩座高爐每天回收料罐均壓煤氣約 6． 2 萬 Nm³ 、創(chuàng)效 12 000 元/d、回收煤氣灰538 kg /d、減少碳排放53． 14 t /d，預(yù)期兩座高爐年回收料罐均壓煤氣 2 194 萬 Nm³，回收煤氣灰 66 t，減少碳排放 18 600 t，年創(chuàng)效 436 萬元，達(dá)到了預(yù)期效果。

4 結(jié)論

(1) “高爐料罐煤氣全回收專利技術(shù)”，真正實現(xiàn)了料罐均壓煤氣全回收，徹底解決了傳統(tǒng)高爐料罐均壓煤氣回收后排放料罐因殘存煤氣而“冒煙”問題，環(huán)保效益顯著。

(2) 泰鋼兩座 1 780 m³ 高爐應(yīng)用料罐煤氣全回收專利技術(shù)后，各項工藝參數(shù)均達(dá)到了設(shè)定值，預(yù)計年回收料罐均壓煤氣 2 194 萬 Nm³ 、回收煤氣灰66 t、減少碳排放 18 600 t、年創(chuàng)效 436 萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

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．

［2］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 ［C］． 全國煉鐵生產(chǎn)技術(shù)會議暨煉鐵學(xué)術(shù)年會，中國金屬學(xué)會， 2012: 582 ～ 587．

［3］項鐘庸，鄒忠平． 高爐爐頂排壓煤氣強制回收裝置［P］． 中國， CN1062379A，1992 － 07 － 01．

［4］王秀英． 承鋼 2 500 m³ 高爐熱平衡測算與節(jié)能探討［J］． 河北冶金，2014，( 8) : 10 ～ 14．

［5］田瑋． 高爐料罐均壓放散煤氣凈化回收技術(shù)研究［J］． 河南冶金， 2017，25( 6) : 51 ～ 53．

［6］李寶忠，董洪旺． 綠色高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展方向［J］． 河北冶金， 2020，( S1) : 1 ～ 4 ．