鋼鐵企業(yè)提高轉(zhuǎn)爐干法煤氣凈化回收系統(tǒng)的煤氣回收率的研究

　　摘要：簡要介紹轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收系統(tǒng)的工藝流程，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)從工藝控制、設(shè)備操作及組織管理等多方面分析影響煤氣回收的因素，并提出切實(shí)可行的提高煤氣回收率的方法，為鋼鐵企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

　　0引言

　　轉(zhuǎn)爐煙氣是轉(zhuǎn)爐煉鋼的副產(chǎn)物，主要成分是CO，具有較高熱值，經(jīng)過凈化回收的轉(zhuǎn)爐煤氣可作為優(yōu)質(zhì)燃料，是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)重要的二次能源。轉(zhuǎn)爐煤氣可單獨(dú)作為工業(yè)窯爐的燃料使用，也可和焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣等配合形成各種不同熱值的混合煤氣使用。對轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用是國家產(chǎn)業(yè)政策的要求，也是節(jié)能降耗及實(shí)現(xiàn)“負(fù)能”煉鋼的需要。

　　近年來，干法凈化回收系統(tǒng)在新建或改造轉(zhuǎn)爐煉鋼的煙氣凈化回收項(xiàng)目上被越來越多的采用，隨著系統(tǒng)設(shè)備的升級改造、優(yōu)化以及生產(chǎn)管理水平的提高，煤氣回收率也在不斷提高，但目前轉(zhuǎn)爐煤氣的回收利用仍然存在薄弱環(huán)節(jié)。

　　轉(zhuǎn)爐煤氣回收不僅受煉鋼的工藝、設(shè)備水平的影響，更與日常管理技術(shù)息息相關(guān)。提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收率，不僅能降低煉鋼生產(chǎn)成本，為實(shí)現(xiàn)“負(fù)能“煉鋼打下基礎(chǔ)，而且極大的降低了污染物排放總量，滿足了環(huán)保要求。

　　本文以國內(nèi)某鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐煉鋼干法凈化回收系統(tǒng)為例，簡要介紹轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收系統(tǒng)的主要工藝以及煙氣成分的變化過程，重點(diǎn)分析轉(zhuǎn)爐煤氣的回收的影響因素，同時提出具體措施，充分發(fā)掘系統(tǒng)潛能，安全高效的提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收水平。

　　1轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收系統(tǒng)

　　1.1轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收系統(tǒng)工藝

　　轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔馐紫扔苫顒訜熣植都?，然后?jīng)過汽化冷卻煙道，在回收熱能的同時對煙氣進(jìn)行初次降溫。汽化冷卻煙道出口溫度約為900℃。

　　轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收系統(tǒng)采用蒸發(fā)冷卻的方式進(jìn)行煙氣的二次降溫，同時捕集粗顆粒粉塵。冷卻和初除塵后的煙氣進(jìn)入靜電除塵器進(jìn)行精除塵，為滿足電除塵器工作的溫度條件，靜電除塵器入口溫度控制在150～180℃范圍內(nèi)。

　　冷卻后的煙氣進(jìn)入靜電除塵器進(jìn)行精除塵，煤氣冷卻器出口煙氣含塵含量≤10mg/Nm3，放散煙囪出口氣體粉塵含量≤15mg/Nm3。

　　除塵后的煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)送至切換站，實(shí)現(xiàn)煤氣放散或回收的快速切換。為適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煙氣的變化，風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速，以達(dá)到流量調(diào)節(jié)。在切換站前設(shè)有氣體分析儀可根據(jù)分析儀檢測的一氧化碳含量來控制放散和回收杯閥的切換，當(dāng)煙氣中氧含量及一氧化碳?xì)怏w含量達(dá)到回收條件(CO含量大于25%，氧氣含量小于1%)時，通過切換站的回收杯閥進(jìn)入煤氣冷卻器，經(jīng)噴淋冷卻至一定溫度并通過管網(wǎng)送入煤氣柜。不合格的煤氣或合格煤氣氣柜拒絕回收時，則通過切換站的放散杯閥進(jìn)入放散煙囪點(diǎn)火放散。

　　轉(zhuǎn)爐煤氣干法凈化回收系統(tǒng)工藝流程見圖1。

　　1.2轉(zhuǎn)爐冶煉工藝煙氣狀況

　　轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成CO和少量CO2的混合氣體，成為轉(zhuǎn)爐煙氣，轉(zhuǎn)爐煙氣凈化后稱為轉(zhuǎn)爐煤氣。轉(zhuǎn)爐煙氣的發(fā)生量在一個冶煉過程中是變化的，所以轉(zhuǎn)爐煤氣的量也隨之變化。

　　轉(zhuǎn)爐冶煉初期由于受到鐵水溫度低、硅錳元素的氧化等條件限制，鐵水中的碳沒有被大量氧化，CO與CO2的含量較低(圖2)，冶煉120～180S后隨著硅錳氧化反應(yīng)結(jié)束，鐵水溫度上升，碳元素開始大量氧化，CO與CO2的含量開始快速上升，冶煉中期碳氧進(jìn)行劇烈反應(yīng)，CO與CO2的含量穩(wěn)定在較高水平，冶煉后期，隨著鐵水中碳含量的下降，產(chǎn)生的煙氣量也隨之減少。大量空氣進(jìn)入煙道內(nèi)與CO發(fā)生燃燒，CO含量降到最低。轉(zhuǎn)爐煙氣成分的變化曲線見圖2。

　　2國內(nèi)某鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐煤氣回收研究分析

　　某煉鋼廠120噸轉(zhuǎn)爐在投運(yùn)初期，煤氣柜尚不具備回收條件，凈化后的煤氣全部點(diǎn)火放散，轉(zhuǎn)爐活動煙罩未實(shí)行升降罩操作，爐口微差壓亦未投入使用，風(fēng)機(jī)根據(jù)爐口返煙情況手動設(shè)定調(diào)節(jié)，吹煉周期內(nèi)CO含量普遍偏低。實(shí)現(xiàn)煤氣回收后，為提高煤氣回收率，分別從轉(zhuǎn)爐活動煙罩的降罩操作、爐口微差壓數(shù)值設(shè)定及風(fēng)機(jī)PID控制水平、汽化煙道氮封系統(tǒng)調(diào)整、生產(chǎn)組織和設(shè)備管理等幾個方面進(jìn)行了分析研究和調(diào)整改進(jìn)。

　　2.1活動煙罩降罩操作

　　在轉(zhuǎn)爐吹煉初期，為保證產(chǎn)生的CO能在爐口完全燃燒成CO2，以避免泄爆情況的發(fā)生，不實(shí)行降罩操作，當(dāng)氧槍在等待位以下或氧氣閥完全打開后，持續(xù)90秒再將轉(zhuǎn)爐活動煙罩降至下限位置。活動煙罩升降示意圖見圖3。

　　本次對比系統(tǒng)其它可能存在影響因素均未作優(yōu)化調(diào)整，僅實(shí)現(xiàn)降罩操作，降罩操作前后，轉(zhuǎn)爐煤氣中CO的含量變化對比曲線見圖4：

　　由曲線對比可見：

　　未降罩時：在吹煉430秒左右，CO含量升至25%，約900秒以后CO降至25%以下。在430秒至900秒之間CO含量最低為14%，此區(qū)間平均含量約為25%。CO含量曲線變化比較劇烈，在區(qū)間內(nèi)CO含量多次降低至20%以下。

　　降罩后：在吹煉350秒左右，CO含量升至25%，約900秒以后降至25%以下。在350秒至900秒之間CO含量最低為25%，此區(qū)間平均含量大于30%。CO含量曲線變化相對平緩，以30%為中心上下波動，區(qū)間內(nèi)最低值大于25%。

　　經(jīng)對比分析可知，轉(zhuǎn)爐煉鋼時采取降罩操作，吹煉階段CO含量有顯著提高，且降罩后CO含量升至25%的時間提前約80秒?？梢娹D(zhuǎn)爐煉鋼的降罩操作對提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收率及回收質(zhì)量均有良好效果。

　　2.2爐口微差壓數(shù)值設(shè)定及風(fēng)機(jī)PID控制

　　為防止大量空氣吸入煙道，造成轉(zhuǎn)爐煙氣中CO在高溫下燃燒成CO2導(dǎo)致CO含量降低，從而降低煤氣回收質(zhì)量。在煙道入口及煙道末端兩個位置均裝有用于測量煙道壓力的測壓環(huán)管，通過差壓變送器所測的差壓值PLC進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，并不斷調(diào)整修正風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，最終將爐口壓力控制在微正壓狀態(tài)。

　　煉鋼過程中，將爐口微差壓控制值分別設(shè)定為-10Pa和+30Pa，觀察不同爐次煉鋼時轉(zhuǎn)爐爐口狀況并分析風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化情況。圖5為爐口微差壓不同設(shè)定值下的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化曲線。

　　當(dāng)口微差壓值設(shè)定為+10Pa時，爐口處于微正壓狀態(tài)，爐口如有如無的少量煙氣被二次除塵所抽走。當(dāng)口微差壓值設(shè)定為-30Pa時，爐口表現(xiàn)出明顯的抽力強(qiáng)勁，大量空氣被抽入汽化煙道進(jìn)入干法回收系統(tǒng)。

　　分析圖5可知，上部曲線的爐口微差壓值設(shè)定為+10Pa，整個煉鋼過程中風(fēng)機(jī)瞬間最高轉(zhuǎn)速約1220rpm，煉鋼中期轉(zhuǎn)速平均約1050rpm。下部曲線的爐口微差壓值設(shè)定值為-30Pa，整個煉鋼過程中風(fēng)機(jī)瞬間最高轉(zhuǎn)速達(dá)1400rpm，煉鋼中期轉(zhuǎn)速平均約1220rpm。顯而易見，當(dāng)爐口微差壓設(shè)定數(shù)值發(fā)生變化時，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線亦跟隨發(fā)生變化。爐口微差壓設(shè)定的負(fù)值越大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，吸入的空氣則越多，經(jīng)過燃燒反應(yīng)，大大降低煙氣中CO的含量，直接導(dǎo)致可回收時間的縮短，可見爐口微差壓的設(shè)定值對煤氣中的CO含量及回收率均有影響。

　　將爐口微差壓設(shè)定在微正壓的狀態(tài)，通過精準(zhǔn)的控制計(jì)算，使風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行在最佳的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，確保提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收率。

　　2.3汽化煙道的氮封系統(tǒng)

　　某鋼廠在煤氣回收初期，煤氣柜分析數(shù)據(jù)顯示氮?dú)夂扛哌_(dá)45%，通過不同壓力下的調(diào)整分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)鈮毫Υ笥?.3MP甚至更高時，氮?dú)饬鲿t口產(chǎn)生沖擊，造成爐口氣流紊亂，煙氣外溢。為避免煙氣外溢，操作人員往往會首先提高風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，于是大量外部空氣被吸入，空氣中的氧不僅造成煙氣中CO燃燒，而且空氣中的氮?dú)夂偷庀到y(tǒng)的過量氮?dú)馔瑫r進(jìn)入煙氣中，大大增加了煙氣中氮?dú)夂浚斐苫厥彰簹馄焚|(zhì)降低。

　　在采取轉(zhuǎn)爐降罩操作及爐口微差壓調(diào)整后，同時對汽化系統(tǒng)活動煙罩、下料口及氧槍口氮封系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)鈮毫Φ陀?.25Mpa時，既能保證爐口平穩(wěn)杜絕煙氣大量外溢，又可保證密封效果。最終將煤氣中氮?dú)夂靠刂圃?3%左右，大大提高了回收煤氣品質(zhì)。

　　2.4生產(chǎn)組織和設(shè)備管理

　　除了轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝、原材料條件及煉鋼操作水平的影響，由于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的周期性，煤氣回收與轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏、煤氣柜儲氣容量等均密切相關(guān)，因此生產(chǎn)組織的良好與否對煤氣回收率的影響也至關(guān)重要。

　　加強(qiáng)設(shè)備的日常維護(hù)，出現(xiàn)故障及時檢修，可有效延長設(shè)備使用周期，減少因設(shè)備故障停爐而影響連續(xù)生產(chǎn)，從而有利于提高煤氣回收率。盡可能統(tǒng)一協(xié)調(diào)，將轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)、干法凈化回收系統(tǒng)以及煤氣柜的檢修工作安排在同一個時間進(jìn)行，以減少對轉(zhuǎn)爐煉鋼連續(xù)生產(chǎn)的影響。

　　3結(jié)束語

　　通過活動煙罩的降罩操作、爐口微差壓數(shù)值設(shè)定及風(fēng)機(jī)PID控制水平、汽化煙道氮封系統(tǒng)調(diào)整、生產(chǎn)組織和設(shè)備管理等幾個方面的分析調(diào)整和改進(jìn)操作，煤氣回收CO含量及煤氣回收率均有顯著提高。

　　本文通過對比分析研究，提出具體措施以提高轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中轉(zhuǎn)爐煤氣中CO的濃度，增加煤氣回收率，對煉鋼廠實(shí)際生產(chǎn)中提高社會效益和經(jīng)濟(jì)效益具有重要的指導(dǎo)意義。