高爐煤氣冷凝水排放量計(jì)算與分析

王營(yíng)營(yíng)

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東萊蕪271104）

高爐煤氣冷凝水排放量計(jì)算與分析

王營(yíng)營(yíng)

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東萊蕪271104）

利用濕煤氣中水蒸氣的P-V圖，對(duì)冷凝水排放過程及排放量進(jìn)行定量計(jì)算、分析，從而為高爐煤氣安全穩(wěn)定轉(zhuǎn)供提供了理論數(shù)據(jù)。

濕煤氣；露點(diǎn)溫度；冷凝水

1 前言

由于高爐鼓風(fēng)成分、高爐爐料結(jié)構(gòu)和高爐操作（主要是高爐打水）等諸多因素的存在，高爐煤氣中通常含有一定質(zhì)量的水蒸氣。在高爐煤氣的產(chǎn)生、除塵及轉(zhuǎn)供過程中，隨著煤氣溫度的逐步降低，高爐煤氣中的水蒸氣將由過熱狀態(tài)（未飽和水蒸氣）過渡到飽和狀態(tài)，并析出一定數(shù)量的冷凝水（或機(jī)械水）。本文試圖對(duì)這一過程進(jìn)行定量的計(jì)算與分析。

2 高爐煤氣中水蒸氣的P-V圖

冶金企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中的高爐煤氣是一種包含固相、液相、氣相的復(fù)雜的混合物。為簡(jiǎn)化討論，突出主要矛盾，本文將高爐煤氣作為由N2、CO、CO2、H2和H2O（包括飽和蒸汽和過熱蒸汽兩種狀態(tài)）組成理想的混合氣體，并把包含水蒸氣的高爐煤氣稱為濕煤氣，把不包含水蒸氣的高爐煤氣稱為干煤氣。

參考濕空氣中水蒸氣的P-V圖，容易得到濕煤氣中水蒸氣的P-V圖，見圖1。

狀態(tài)點(diǎn)A為過熱蒸氣，對(duì)應(yīng)于高爐煤氣未有冷凝水析出的狀態(tài)，即未飽和濕煤氣狀態(tài)。當(dāng)濕煤氣溫度降低（此時(shí)，水蒸氣的分壓力Pv保持不變）時(shí)，水蒸氣狀態(tài)沿水平等壓線A-B變化，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)高爐煤氣中開始有冷凝水析出，此時(shí)的溫度td即為高爐煤氣在Pv壓力下的露點(diǎn)溫度。當(dāng)向高爐煤氣中加入水蒸氣時(shí)（比如高爐打水），水蒸氣的分壓力Pv逐漸增加，其狀態(tài)沿等溫線A-C變化，到達(dá)C點(diǎn)時(shí)高爐煤氣中開始有冷凝水析出，此時(shí)的溫度t即為高爐煤氣在Ps壓力下的露點(diǎn)溫度。換句話說，當(dāng)濕煤氣中的水蒸氣處于過熱狀態(tài)，即水蒸氣的分壓力Pv低于濕煤氣溫度t對(duì)應(yīng)的飽和壓力Ps，或濕煤氣溫度t高于水蒸氣分壓力Pv對(duì)應(yīng)的飽和溫度td時(shí)，濕煤氣將無冷凝水析出。

圖1 濕煤氣中水蒸汽的P－V圖

3 高爐煤氣冷凝水排量估算的基本思路

由濕煤氣中水蒸氣的P—V圖可以看出，若對(duì)濕煤氣取單位容積或者單位質(zhì)量為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，則會(huì)由于濕煤氣在輸送過程中容積和質(zhì)量皆隨溫度及濕度變化而給計(jì)算帶來麻煩。因此，本文取1 kg的干煤氣作為計(jì)算基準(zhǔn)。

這樣，含有1 kg的干煤氣的濕煤氣中混有的水蒸氣的質(zhì)量d（濕煤氣的含濕量，單位：kg/kg(a)）為：

式中，Pa、Pv分別為干煤氣和水蒸氣的分壓力。利用理想氣體狀態(tài)方程，考慮單位變換（單位：g/kg(a)），經(jīng)簡(jiǎn)單推導(dǎo)整理后，得到：

式中，Ra、Rv分別為干煤氣和水蒸氣的氣體常數(shù)。這樣，在獲取了高爐煤氣、飽和水蒸氣的相關(guān)參數(shù)后，就可以根據(jù)公式（2）計(jì)算高爐煤氣冷凝水排量了。

4 高爐煤氣冷凝水排量估算

4.1 干煤氣平均分子量Mv和氣體常數(shù)Rv

萊鋼股份公司生產(chǎn)高爐煤氣各組分體積比（平均值）為：CO：23%，CO2：19%，H2：3%，N2：55%。

本文使用公式（3）、（4）可求取干煤氣平均分子量Mv和氣體常數(shù)Rv，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 煤氣平均分子量Mv和氣體常數(shù)Rv的計(jì)算結(jié)果

4.2 設(shè)高爐出口處的濕煤氣為狀態(tài)1，高爐煤氣爐頂壓力281.3 kPa（絕對(duì)壓力），露點(diǎn)溫度為80℃。查《飽和水和飽和水蒸氣表》得到，水蒸氣的飽和壓力即濕煤氣中水蒸氣的分壓力為Pv1=47.36 kPa，利用公式（2），得到高爐出口處濕煤氣含濕量d1：

設(shè)高爐煤氣管道末端處的濕煤氣為狀態(tài)2，煤氣壓力111.3 kPa（絕對(duì)壓力），溫度為25℃。濕煤氣中水蒸氣的分壓力查表得Pv2=4.242 kPa，煤氣管道末端濕煤氣含濕量d2：

1 kg高爐煤氣冷凝水排量d即為：

再假設(shè)高爐煤氣發(fā)生量為200000 m3/h，則容易計(jì)算，每小時(shí)高爐煤氣冷凝水排量約200000 m3/h× 96 g/kg×1.35 kg/m3=25920 kg/h（高爐煤氣的密度取1.35 kg/m3）。

5 分析與結(jié)論

（1）高爐煤氣的露點(diǎn)溫度取決于濕煤氣中水蒸氣的分壓力（換句話說，在過熱水蒸氣狀態(tài)下，露點(diǎn)溫度取決于水蒸氣的體積比或者水蒸氣的含量），而不是一個(gè)固定值。在高爐煤氣干法除塵凈煤氣管道上安裝煤氣露點(diǎn)溫度檢測(cè)儀，用于調(diào)整和優(yōu)化除塵系統(tǒng)的工藝參數(shù)和相關(guān)操作，是非常必要的。

（2）在煤氣露點(diǎn)溫度相同的條件下，高爐煤氣冷凝水排放量在冬季會(huì)略有增加，增加的程度隨煤氣露點(diǎn)溫度的降低而增大。當(dāng)煤氣露點(diǎn)溫度為80℃時(shí)，粗略估算，冬季排放量（環(huán)境溫度按0℃）為夏季的1.2倍左右。

濕高爐煤氣中水蒸氣的存在特別是冷凝水的析出，對(duì)高爐煤氣的布袋除塵工序（除塵布袋運(yùn)行參數(shù)和除塵效率、氣力輸送系統(tǒng)堵塞）、TRT工序（TRT做功能力與效率、動(dòng)葉片的運(yùn)行環(huán)境與壽命等）、高爐煤氣輸送環(huán)節(jié)（高硫煤氣壓力與流量的穩(wěn)定、煤氣管道的腐蝕等）都會(huì)產(chǎn)生重要影響。因此，及時(shí)檢測(cè)、合理估計(jì)高爐煤氣冷凝水排放的溫度即濕煤氣的露點(diǎn)溫度和排放量，具有特殊的意義。

[1]化工部熱工設(shè)計(jì)技術(shù)中心站.熱能工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

[2]嚴(yán)家碌，余曉福，王水青.水和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表[M].北京：高等教育出版社，2004：19-22

Calculation and Analysis of the Discharge Volume of BF Gas Condensates

WANG Yingying
(The Power Plant of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

The discharge process and volume of condensed water from blast furnace gas were quantitatively calculated and analyzed using the vapor p-v diagrams of wet gas,to provide theoretical data for safe and stable supply transferring of BF gas.

wet gas;dew point temperature;condensed water

X757

B

1006-6764(2015)05-0014-02

2015－01－30

王營(yíng)營(yíng)（1982-），女，2007年畢業(yè)于山東建筑大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事燃?xì)饧夹g(shù)管理工作。