提高高爐煤氣利用率的實踐

吳俊國

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

眾所周知，鋼鐵企業(yè)的高爐會產(chǎn)生大量的高爐煤氣，一般對燃燒值相對較高的高爐煤氣進行回收，但對于燃燒值過低的那部分高爐煤氣，將會被點燃后放散。由于高爐煤氣燃燒值較低，無法提高設備的產(chǎn)能，甚至因不易燃燒，影響穩(wěn)定運行，通常的做法是將轉(zhuǎn)爐煤氣與高爐煤進行混配，使其得到較高的燃燒值以滿足使用要求。天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司采用轉(zhuǎn)爐煤氣與高爐煤進行混配使用，使用中，高爐煤氣放散和損耗量與利用量的比率高達20%至25%。高爐煤氣的利用率明顯偏低。

公司通過對高爐煤氣利用率低的原因進行分析，制定了改進措施，通過增加混配天然氣，確保在正常生產(chǎn)的情況下百100%被回收。對兩管放散管路系統(tǒng)進行改造，實現(xiàn)了高爐煤氣的零排放。在鍋爐煙道增加余熱回收裝置，使熱能得到了充分利用。改造后，高爐煤氣利用率低的問題得到了解決。此做法對提高高爐煤氣利用具有一定的指導意義。

1 高爐煤氣利用情況分析

1.1 煤氣生產(chǎn)與主要使用情況

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司主要有3座1 080 m3高爐，3座100 t轉(zhuǎn)爐，3套25 MW煤氣發(fā)電機組，一套65 MW煤氣發(fā)電機組以及其它使用煤氣的生產(chǎn)設備。轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣通過煤氣回收系統(tǒng)被回收后，與高爐生產(chǎn)時產(chǎn)生的高爐煤氣相混合，主要為煤氣發(fā)電機組提供燃料用于發(fā)電。

1.2 存在問題

聯(lián)合特鋼煤氣發(fā)電機組鍋爐要求煤氣的燃燒值為750～1 200 kcal/Nm3。由于高爐在煉鐵過程中，受焦炭品質(zhì)、噴煤質(zhì)量與富氧多少等因素影響，高爐狀況是不斷變化的動態(tài)過程，高爐煤氣熱值不是恒定不變的，其變化范圍很大，有時低于750 kcal/Nm3，為滿足發(fā)電機組鍋爐對煤氣燃燒值的要求，對高爐煤氣只回收熱值較高的部分，而對于燃燒值過小部分進行點燃排放。另外，兩管放散管路系統(tǒng)采用的是調(diào)節(jié)閥控制，在不需要放散、需要關閉閥門的時候關不嚴，煤氣一直處于從閥門處泄漏狀態(tài)，造成不必要的浪費。高爐煤氣放散與使用情況如表1所示。

表1 高爐煤氣放散情況

從表1可以看出，高爐煤氣放散和損耗量與利用量的比率可達20.32%～25.67%，高爐煤氣利用率明顯偏低，浪費比較嚴重，過多的煤氣被放散掉，沒有被充分利用，既不經(jīng)濟，同時又污染環(huán)境。

2 改進措施

2.1 正常生產(chǎn)不放散，100%被回收

為提高高爐煤氣利用率，在滿足發(fā)電機組的鍋爐對燃氣燃燒值的要求，使其保持在750～1 200 kcal的前提下，增加混配高燃燒值燃氣的力度，在向高爐煤氣里混配轉(zhuǎn)爐煤氣的基礎上，當轉(zhuǎn)爐煤氣混配量不足時，增加了混配天然氣，確保高爐煤氣在正常生產(chǎn)的情況下滿足煤氣發(fā)電機組的高效率運行。同時，新建了65 MW雙超發(fā)電機組，增加了加熱爐，使煤氣整體用量增加，確保高爐煤氣100%被回收利用。

2.2 切斷泄漏點，避免不必要損耗

對高爐煤氣兩管放散管道進行改造，在原有兩管放散管道上增加快切閥，徹底解決了放散管路閥門關閉不嚴問題，避免不必要的泄漏。

2.3 對鍋爐煙道余熱進行回收

由于煤氣發(fā)電機組的鍋爐原設計是使用高爐煤氣，如果使用高爐煤氣，熱值較低，鍋爐的煙氣排放溫度符合設計。而鍋爐使用混合煤氣后，因混合煤氣的燃燒值比單一高爐煤氣的燃燒值要高，鍋爐的煙氣排放溫度也相應有所提高，實際溫度一般為150℃，高爐煤氣排煙酸露點溫度一般在100℃左右。因此，實施對鍋爐煙道煙氣余熱進行回收利用，可以最大限度地利用煤氣的熱能。

3 改造方案及效果

3.1 改造方案

3.1.1 煤氣混配工藝及設施

轉(zhuǎn)爐煤氣壓力2.7 kPa左右，高爐煤氣13 kPa左右，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)過增壓后混配到高爐煤氣管道里，混配后管網(wǎng)的壓力為10.6～11.6 kPa，在混配管道上有燃氣熱值儀，對混配的煤氣進行動態(tài)檢測，在轉(zhuǎn)爐煤氣量較少的區(qū)間，再混配天然氣，保證混配燃氣的熱值符合發(fā)電機組鍋爐的使用要求。

3.1.2 兩管放散管道泄漏改造

兩管放散是高爐煤氣系統(tǒng)的安全設施，根據(jù)高爐煤氣系統(tǒng)需要，經(jīng)過對各種閥門開啟時間的比對，確定采用在調(diào)節(jié)閥的后面加裝快切閥方案。

3.1.3 鍋爐煙氣余熱回收

在鼓風機風道與煙囪之間安裝鍋爐煙氣余熱回收相變換熱器進行煙氣余熱回收，這種布局不會影響鍋爐、鍋爐省煤器、鼓風機等位置的溫度，即不會對鍋爐、鍋爐省煤器、鼓風機等位置的設備產(chǎn)生不利的影響。鍋爐煙氣余熱回收安裝位置如圖1所示。

圖1 鍋爐煙氣余熱回收安裝位置示意圖

3.1.3.1 煤氣發(fā)電機組用鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)工作原理

煤氣發(fā)電機組用鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)示意圖見圖2。

鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)中的相變換熱器溫度控制設計選擇105℃以上，這是根據(jù)煙氣酸露點估算值設置的，在實際運行時，最低壁溫控制值應按照實際運行中煙氣酸露點做相應調(diào)整，通過改變自控儀表的設定值來實現(xiàn)改變相變換熱器的最低壁溫，保證相變換熱器、煙道等受熱面在安全（不結(jié)露）的前提下工作，保證設備安全經(jīng)濟運行。壁溫設定值要求高于煙氣酸露點值5～10℃。

圖2 鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)示意圖

隨著鍋爐負荷以及煤氣燃燒值的變化，極有可能造成排煙溫度的變化，為了保證受熱面有足夠的壁溫，可以通過旁通自控閥自動調(diào)節(jié)水量，實現(xiàn)對壁溫和排煙溫度的調(diào)節(jié)，從而適應鍋爐負荷和燃燒溫度的變化。

3.1.3.2 煤氣發(fā)電機組用鍋爐煙氣余熱回收熱量計算

（1）鍋爐煙氣余熱可回收熱量計算

式中，C為比熱容，kJ/（kg.℃）[1]；δq為熱量，kJ；d為煙氣質(zhì)量，kg/h；T為換熱器前、后排溫度差，℃。

式中，Q0為理想回收熱量，kJ/（kg.℃）；Vg為煙氣流量，Nm3/h；ρg為煙氣密度，kg.m-3[2]。

式中，Q為單位時間回收的熱量，kJ/（kg.℃）；Cp為鍋爐煙氣比熱容，kJ/（kg.℃）[1]-[2]；Φ為換熱器保熱系數(shù)，取 0.95。

經(jīng)過現(xiàn)場檢測，鍋爐煙氣中：O2約含 3.80%，H2O約含 9.20%，CO2約含 86%。

（2）鍋爐煙氣余熱可回收熱量等效標煤計算

式中，Gc為等效標煤，t；h為鍋爐年運行時間，h；κ 為熱量單位換算系數(shù)[2]。

3.2 實際效果

煤氣發(fā)電自投產(chǎn)運行以來，利用煤氣發(fā)電，生產(chǎn)了數(shù)量可觀的電能。以2018年為例，煤氣發(fā)電全年消耗煤氣2 765 627 497 m3、發(fā)電量為974 179 500 kWh、外送電量1 109 223 099 kWh。煤氣發(fā)電利用煤氣與發(fā)電量詳細情況見表2。

表2 煤氣發(fā)電利用煤氣發(fā)電量

從表2可以看出，經(jīng)過改造后，公司經(jīng)濟效益顯著，一年發(fā)電效益大約6 322萬元。另外，鍋爐煙氣余熱回收系統(tǒng)每年回收熱量7 173 kW，等效標煤4 950 t。

通過高爐煤氣系統(tǒng)改造和鍋爐煙氣余熱回收改造后，高爐煤氣實現(xiàn)了零排放，取得了顯著的社會效益和較好的經(jīng)濟收益，達到了節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高煤氣利用率的目的。

4 結(jié)論

事實證明，由于調(diào)整了高爐煤氣混配工藝，實現(xiàn)了高爐煤氣零排放，在減少了因高爐煤氣放散而對空氣造成的污染的同時，又獲得了較好的經(jīng)濟效益。由于鍋爐煙氣余熱回收，使煤氣的熱能得到了全面有效的利用，企業(yè)潛力得到了進一步的挖潛，公司運行成本大幅降低，企業(yè)效益大幅提升，同時對環(huán)境保護做出了貢獻。高爐煤氣利用率改造的成功，對今后提高高爐煤氣利用有一定的指導意義，發(fā)電經(jīng)濟必將成為企業(yè)穩(wěn)定的效益點。天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司動力廠以節(jié)能減排為工作重點，努力推進實現(xiàn)污染零排放，深度挖潛提高能源綜合利用率，努力實現(xiàn)環(huán)境保護的社會效益與企業(yè)經(jīng)濟效益雙豐收。