攀鋼干熱高爐煤氣直送利用技術的探索與應用

呂 勇，李 蘋

1 前言

傳統高爐煤氣除塵工藝主要采用塔文、雙文、比肖夫等濕式除塵工藝，高爐煤氣余熱余壓全部直接浪費掉，1998年攀鋼4#高爐引進、吸收日本干式除塵工藝，形成了高爐煤氣干濕兩用型除塵工藝。針對高爐煤氣干濕兩用型除塵工藝存在的問題，攀鋼獨立開發高爐煤氣溫度控制技術，并突破日本干式除塵對煤氣溫度的限制，最終形成了高爐煤氣反吹布袋式全干式除塵工藝技術，截至2009年9月攀鋼5座高爐實現了高爐煤氣全干式除塵工藝，有效利用高爐冶煉產生的二次能源，同時減少環境污染，滿足國家環保要求。但由于高爐煤氣主管網設計運行溫度只有60℃，導致經全干式除塵及TRT發電后的高爐煤氣必須進行降溫處理，致使送入主管網使用的高爐煤氣含水量較高，影響了高爐煤氣的顯熱利用。

2 高爐煤氣性能分析

2.1 高爐煤氣溫度與含水量的關系

飽和煤氣含水量可用下面公式計算：

式中，de——工作狀態下飽和氣體的含水量，g/m3；

P——煤氣的絕對壓力，Pa，取煤氣的工作壓力10 kPa；

P汽——溫度t℃時飽和水蒸汽分壓，Pa。

根據道爾頓分壓定律，在標準大氣壓下，混合氣體在不同溫度下存在相對應的水蒸汽飽和分壓，根據此可以計算出高爐煤氣在各種溫度下相應的含水量，見表1。

表1 不同溫度下飽和水蒸汽分壓和高爐煤氣中的含水量

由表1可以看出，在相同的煤氣壓力下，溫度不同，煤氣中含水量也不同，煤氣溫度由30℃升至35℃時，每1 m3煤氣含水量增加10.9 g，而煤氣溫度由40℃升至45℃時，煤氣中的含水量卻增加了18.8 g，表1中數據反映出，隨著高爐煤氣溫度的升高，每提高相同單位的溫度，煤氣中的含水量也逐漸增加。

2.2 不同溫度下高爐煤氣焓值變化對煤氣熱量的影響

在定壓過程中，氣體吸入（放出）的熱量等于氣體焓的變化，混合氣體的焓可按下式計算：

式中，Im——混合氣體的焓，kcal/kg；

Ii——混合氣體各組分的焓，kcal/kg；

gi——混合物各重量組分，%。

根據煤氣設計手冊常用氣體的焓與溫度的關系，得出不同溫度下煤氣組分的焓值如表2。

表2 氣體的焓與溫度的關系

表3 高爐煤氣體積組分

表4 混合氣體的體積組分換算成重量組分

表5 混合氣體的焓值

根據表2～表5數據，以2#熱風爐用高爐煤氣用量計算，2010年1～6月份2#高爐熱風爐使用高爐煤氣量1243926 GJ，得出所耗煤氣由40℃提高至90℃所提高的熱量為：

則全年增加熱量：776387.99×2=1552775 GJ

通過以上數據計算分析得出：一旦高爐煤氣用戶直接使用經高爐煤氣全干式除塵及TRT系統后溫度在80℃～120℃的干熱煤氣，取干熱煤氣平均使用溫度為90℃，則可有效提高高爐煤氣熱量，充分利用高爐煤氣。

2.3 高爐煤氣中含水量對熱量的影響

以攀鋼一期高爐為例：現有一期高爐煤氣平均發生量75～80萬m3/h，濕式除塵系統運行時，煤氣含水量平均35～50 g/m3；干式除塵系統運行時，煤氣含水量平均12～22 g/m3，按照平均降低含水量15 g/m3計算。目前高爐煤氣主要供用戶燃燒使用，普遍爐窯溫度在900～1300℃，按照平均1100℃計算。僅僅從水吸熱計算，從50℃的水加熱到1100℃，其中水需要經歷三個階段，即從50℃到100℃，汽化到100℃蒸汽，從100℃蒸汽到1100℃蒸汽，三個階段吸熱需要的熱量。

50℃水的比熱為0.999 kcal/kg·℃，100℃水的比熱為1.007 kcal/kg·℃，100℃的水汽化潛熱為539 kcal/kg，100 ℃的蒸汽焓為 639.1 kcal/kg，700℃的蒸汽焓為938.6 kcal/kg，大致計算每升高10℃需要4.2785 kcal/kg，到1100℃的蒸汽焓應為1109.74 kcal/kg，三個階段總計1 kg需要的熱量為：

2#高爐熱風爐1～6月份高爐煤氣含水增加量為：

則2#高爐熱風爐1～6月份高爐煤氣用量中水含量增加需要的熱量為：

綜上所述，受一期高爐煤氣主管網、二期高爐煤氣主管網設計溫度55℃～60℃的限制，高爐煤氣經全干式除塵發電后得到的干熱煤氣不得不設置噴水裝置降低煤氣溫度，滿足高爐煤氣主管網安全運行。在此過程中不僅浪費高爐煤氣的熱量，同時噴水降溫浪費大量水，對生產運行成本造成較大影響。為此有效利用高爐煤氣全干式除及TRT發電后的干熱煤氣是解決二次能源有效利用的必然趨勢。

3 干熱高爐煤氣直送利用技術實施措施

根據對40℃高爐煤氣與90℃高爐煤氣之間存在的焓值變化及所含水分消耗熱量情況分析得出，有效利用干熱煤氣可以充分利用二次能源，節約能源消耗。為此建議采取以下措施：

3.1 送高爐熱風爐管道選擇

按照一期高爐熱風爐使用高爐煤氣最小量為6萬m3/h，平均量8萬m3/h，最大10萬m3/h進行核算，則需要的管徑為1400 mm可滿足高爐熱風爐生產用量需求。

3.2 接點位置選擇

由于一期一座高爐煤氣發生量23～27萬m3/h，對應高爐熱風爐使用高爐煤氣量10萬m3/h，剩余高爐煤氣需經管內噴水降溫后送入高爐煤氣主管網，為此高爐熱風爐使用的干熱煤氣接點位置必須在TRT出口至噴水裝置前。

4 干熱煤氣直送取得的效果

（1）通過對一期高爐熱風爐實施干熱煤氣直送，不僅滿足高爐熱風爐對煤氣的需求，同時節約了高爐煤氣消耗，年節約煤氣368413 GJ。

（2）通過對一期高爐熱風爐實施干熱煤氣直送，降低了熱風爐高爐煤氣使用量，節約的高爐煤氣量供熱電鍋爐使用，產生蒸汽進行發電，提高了二次能源的使用效率，為公司二次能源綜合高效利用創造了條件。

（3）一期高爐熱風爐使用干熱煤氣后，提高煤氣使用效率的同時，提高了高爐入爐平均風溫20℃，降低高爐焦比10 kg/t鐵，降低了煉鐵成本。

（4）通過對一期高爐熱風爐實施干熱煤氣直送，節約了煤氣降溫使用的新水量，降低了生產運行成本。

5 結論

通過開展高爐干熱高爐煤氣性質分析，并在各高爐熱風爐上實施直送利用，節約了高爐煤氣利用量，提高了二次能源利用效率，提高熱風爐入爐風溫20℃，降低煉鐵焦比，取得了顯著的社會及經濟效益。