轉(zhuǎn)爐煤氣回收氧含量超標原因分析及控制措施

張靜偉，俞 波，吳義強

（武鋼有限條材廠一煉鋼分廠，湖北武漢 430083）

引言

轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中產(chǎn)生大量的高溫氣體，其中包括CO、CO2、N2等，CO含量可達到80%以上。轉(zhuǎn)爐煤氣是在煉鋼工藝中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，具有高溫、易燃易爆、有毒的物理特征。同時還具有潛熱、顯熱等大量能量，具有較高的再利用價值。轉(zhuǎn)爐煤氣回收占整個轉(zhuǎn)爐工序能源回收部分的80%～90%，是降低工序能耗，實現(xiàn)負能煉鋼的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

一煉鋼分廠1998年實施“平改轉(zhuǎn)”工程，建成2座100 t轉(zhuǎn)爐，后擴容至120 t。轉(zhuǎn)爐煤氣回收采用2套獨立的OG系統(tǒng)。多年來，一煉鋼分廠通過局部設(shè)備的改造和操作方法的優(yōu)化，噸鋼煤氣回收量不斷提高。但是煤氣柜柜前管道氧含量超標（氧含量大于2%）現(xiàn)象時有發(fā)生，頻繁時出現(xiàn)一天2次超標。氧含量超標極可能引發(fā)煤氣爆炸，造成重大安全隱患；同時柜前煤氣管道放散進行氮氣吹掃后，影響后續(xù)爐次的煤氣回收，會浪費資源。

1 工藝簡介

轉(zhuǎn)爐冶煉產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)過汽化煙道初步降溫冷卻至1000℃左右，先后經(jīng)過一級文氏管、重力脫水器、二級文氏管、彎頭脫水器、濕旋脫水器等設(shè)備進行滅火、降溫、粗除塵、精除塵的過程。經(jīng)OG系統(tǒng)處理后的煙氣溫度低于65℃，同時會將煙氣中CO含量大于35%的煤氣經(jīng)三通閥回收至5萬m3煤氣柜進行儲運或轉(zhuǎn)存，而未達到回收條件的煤氣則由點火放散塔燃燒后排入大氣。

2 柜前管道氧含量超標現(xiàn)象

柜前管道氧含量超標現(xiàn)象一般有兩種情況：

（1）在轉(zhuǎn)爐吹煉中期因雙渣工藝或氧槍故障提槍后再次下槍吹煉時，此時回收的煤氣風機房分析儀顯示一氧化碳含量和氧含量均在回收范圍之內(nèi)，但柜前管道分析儀顯示氧含量超標。

（2）在回收末期煤氣時,風機房分析儀顯示正常，但柜前管道分析儀顯示氧含量超標。

3 原因分析

3.1 分析儀滯后

風機房采用的分析儀是紅外分析儀系統(tǒng)，是由采樣單元、預(yù)處理單元、分析單元組成。煙氣經(jīng)過取樣探頭取樣→20 m左右的取樣管路輸送→抽氣泵一冷凝降溫→二級過濾等環(huán)節(jié)，變?yōu)楦稍锏倪m合于主機傳感器分析的樣氣。在分析儀無任何故障的情況下，從采樣到分析出結(jié)果需25 s。如遇取樣探頭積灰、流量計流量低、過濾器積灰等故障時，分析儀滯后時間可高達55 s。

圖1 工藝流程示意圖

在煤氣回收過程中，煤氣成分在25～50 s后才可顯示。三通閥開合時，從回收位倒至放散位需15 s。當轉(zhuǎn)爐因雙渣工藝或氧槍故障提槍時，三通閥到放散位置；再下槍時，回收截至所持續(xù)的時間不到1 min，由于分析儀的分析滯后，此時分析儀顯示的CO和O2含量為氧槍提槍時的含量：CO＞35%且O2＜1.5%，其在允許回收范圍內(nèi)。但真實的煤氣成分卻不合格，此時會發(fā)生回收的煤氣氧含量超標嚴重。

當轉(zhuǎn)爐吹煉至末期時，碳氧反應(yīng)逐漸減弱，此時分析儀顯示的CO和O2含量為25～50 s之前的成分，再加上三通閥動作時間，那么煤氣回收必須在不合格煤氣成分顯示在40～65 s之前倒至放散位置，否則氧含量超標的煤氣就會進入柜前管道。但在實際操作過程中，不合格的煤氣何時出現(xiàn)無法提前判斷，勢必造成冶煉末期出現(xiàn)氧含量超標現(xiàn)象。

3.2 爐口微差壓誤差大

微差壓系統(tǒng)示意圖如圖2所示。轉(zhuǎn)爐固定煙道上設(shè)置有4個微差壓取樣孔，轉(zhuǎn)爐冶煉時煙道內(nèi)的煙氣壓力與大氣壓力進行對比，再經(jīng)差壓變送器實時傳遞至操作畫面，通過參數(shù)設(shè)定對RD閥進行控制。當轉(zhuǎn)爐冶煉過程產(chǎn)生的高溫鋼渣堵塞取樣孔時，一般情況下系統(tǒng)會自動清理：轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束，微差壓通吹閥開啟，捅針對取樣口進行3 min的清理。但由于冶金渣溫度高，捅針容易被燒毀或卡死，導(dǎo)致取樣孔堵塞，從而使微差壓數(shù)值存在嚴重失真，最終造成RD閥的開度失控。尤其是在轉(zhuǎn)爐吹煉末期，鋼液含碳量少，碳氧反應(yīng)弱，當RD閥未及時調(diào)小開口度時，會抽進大量空氣導(dǎo)致氧含量超標。

圖2 微差壓系統(tǒng)

4 氧含量超標控制措施

4.1 增加煤氣回收的聯(lián)鎖條件

針對煤氣回收中期出現(xiàn)的氧含量超標現(xiàn)象，在考慮分析儀存在固有滯后時間和其他故障時間的情況下，我們增加了固定聯(lián)鎖條件：轉(zhuǎn)爐氧槍下槍吹煉2 min后才允許進行煤氣回收。增加氧槍吹煉2 min與煤氣回收系統(tǒng)的聯(lián)鎖后，煤氣回收中期出現(xiàn)氧含量超標的現(xiàn)象得以杜絕。

針對煤氣回收尾期出現(xiàn)的氧含量超標現(xiàn)象，在參考其他鋼廠模型煉鋼的回收時間的情況下，增加了吹煉末期的聯(lián)鎖條件：轉(zhuǎn)爐吹煉至780 s，三通閥從回收位動作至放散位。增加轉(zhuǎn)爐吹煉780 s聯(lián)鎖后，煤氣回收尾期氧含量超標現(xiàn)象得到大幅改善：由改造前的氧含量超標4～5次/天降至1次/天。

4.2 微差壓系統(tǒng)改造

將微差壓取樣孔的位置提高，減少取樣孔堵塞的幾率。同時對捅吹系統(tǒng)進行改造，取消捅針系統(tǒng)，采用高壓氮氣進行反吹，如圖3所示。轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，氣動閥1開啟，氣動閥2關(guān)閉，煙氣從取樣口進入差壓變送器實現(xiàn)實時檢測微差壓；當轉(zhuǎn)爐出鋼結(jié)束時，系統(tǒng)自動關(guān)閉氣動閥1，打開氣動閥2，并對取樣孔進行3 min吹掃；吹掃結(jié)束后，關(guān)閉氣動閥2，打開氣動閥3，對管道內(nèi)氮氣泄壓，防止損壞差壓變送器；泄壓5 s后，關(guān)閉氣動閥3，打開氣動閥1，恢復(fù)微差壓正常檢測。取樣管道增加一臺電子壓力表，當管道內(nèi)壓力大于報警值時，放散閥自動開啟泄壓，同時判斷取樣孔是否堵塞。整個吹掃過程控制由PLC程序自動調(diào)節(jié)。4個取樣孔位置增加4個手動球閥，當取樣孔堵塞嚴重時，亦可在轉(zhuǎn)爐吹煉間歇時手動疏通。經(jīng)過這一系列的改造，微差壓系統(tǒng)恢復(fù)正常檢測，實現(xiàn)對RD閥的準確、實時控制。在轉(zhuǎn)爐吹煉末期碳氧反應(yīng)減弱時，RD閥根據(jù)微差壓反饋值自動關(guān)小，減少了煤氣回收尾期氧含量超標的幾率。

圖3 微差壓系統(tǒng)改造示意圖

4.3 轉(zhuǎn)爐工藝優(yōu)化

經(jīng)過增加煤氣回收的聯(lián)鎖條件和微差壓系統(tǒng)改造，煤氣回收過程氧含量超標的現(xiàn)象大大減少，但仍未完全杜絕。在對氧含量超標的爐次分析中發(fā)現(xiàn)，當鐵水裝入量少、含碳量低或有回爐鋼時，即使轉(zhuǎn)爐吹煉未到780 s，碳氧反應(yīng)也已經(jīng)變得微弱。此種情況下，即使將聯(lián)鎖條件改為吹煉750 s即停止煤氣回收，但仍會出現(xiàn)氧含量超標的現(xiàn)象，依然不能規(guī)避鋼廠的安全風險。在OG系統(tǒng)操作無法避免出現(xiàn)氧含量超標的情況下，我們采取優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操作，即采取一倒留碳的工藝方法。對于鐵水裝入量少、含碳量低或有回爐鋼的情況，轉(zhuǎn)爐采取一倒保碳的操作方法：轉(zhuǎn)爐冶煉前期快速化渣穩(wěn)定控制溫度—中期快速升溫減弱氧化性保碳，確保一倒時鋼液中存在一定的碳含量：[C]≥0.4%。如此，可有效保證煤氣回收尾期鋼液中有充足的碳氧反應(yīng)。當煤氣回收截止時，實際煤氣成分中有充足的CO，有效控制氧高。經(jīng)過轉(zhuǎn)爐工藝優(yōu)化后，煤氣回收尾期氧含量超標現(xiàn)象未再發(fā)生。

5 結(jié)束語

一煉鋼分廠在增加煤氣回收聯(lián)鎖條件、改造微差壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)爐工藝優(yōu)化后,使轉(zhuǎn)爐煤氣回收發(fā)生氧含量超標的現(xiàn)象得到了有效控制,由改造前的2次/天降至0次/月，基本杜絕了氧含量超標現(xiàn)象的發(fā)生，守住了鋼廠的安全底線。

不同鋼廠的轉(zhuǎn)爐和煤氣回收工藝不盡相同，有模型煉鋼的，有副槍操作的，有采用激光分析儀的，或風機移至煤氣柜管線的等等，其不存在氧含量超標現(xiàn)象。但氧含量超標現(xiàn)象在某些鋼廠也有發(fā)生，其主要原因也多樣：有三通閥動作時間長、卡阻，負壓管道部分漏氣等。一煉鋼分廠氧含量超標控制措施對存在氧含量超標的鋼廠在煤氣回收控制氧含量方面提供了寶貴經(jīng)驗，具有一定的借鑒意義。