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.泰山鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪 271100;

2.阜新達誠科技有限公司，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引進“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到了預(yù)期的效果，且經(jīng)濟效益可觀。

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^［4］和文獻^［5］均介紹了“自然回收”應(yīng)用實績，而文獻^［6］提出應(yīng)當(dāng)進行全回收，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行保溫，對新建布袋除塵器箱體錐體進行伴熱處理，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。回收時，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入煤氣回收系統(tǒng)，料罐進行卸壓，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行嚴格計算，保證經(jīng)濟適用的過濾風(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。

(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。

(4) 該裝置只需將高壓高溫的凈煤氣，引進均壓煤氣回收系統(tǒng)的凈煤氣管路中，即可進行在線引射，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

山東泰山鋼鐵集團有限公司煉鐵廠引進“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)指標和經(jīng)濟指標分別如表 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)濟效益可觀。

參考文獻

［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 ．