高爐煤氣加壓機改轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機的理論與實踐

王馨薇

摘 要：煤氣作為冶金生產(chǎn)過程中的一種低熱值氣體燃料，能夠持續(xù)供給煉鋼煉鐵所需的熱量，近年來，隨著冶金行業(yè)生產(chǎn)工藝條件的改變，在轉(zhuǎn)爐煉鋼工序中產(chǎn)生的富余煤氣需要輸入高爐煤氣管網(wǎng)，以提升高爐煉鐵效率，減少能源消耗，進而為冶金企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。因此，本文將以國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)為例，針對高爐煤氣加機改轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機遵循的原則與設(shè)計理論展開論述。

關(guān)鍵詞：高爐煤氣加壓機;轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機;性能參數(shù);設(shè)計理論

國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)在轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中產(chǎn)生大量的富余煤氣，出于對節(jié)能降耗，節(jié)省生產(chǎn)成本的考慮，經(jīng)技術(shù)人員研究決定，將原有的處于閑置狀態(tài)的高爐煤氣加壓機改造成為轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機，同時把轉(zhuǎn)爐煤氣輸送管網(wǎng)與高爐煤氣管網(wǎng)進行并網(wǎng)處理，以提升轉(zhuǎn)爐煤氣的利用率，改造后的煤氣加壓機通過試驗與運行，收到了良好的應(yīng)用效果。

1.高爐與轉(zhuǎn)爐煤氣性能參數(shù)

高爐煤氣主要由CO、CO2、H2、N2、O2、CH4等據(jù)氣體成分組成，其中CO占總氣體的26.6%，等壓比熱為0.25，CO2占總氣體的20.8，等壓比熱為0.20，H2占總氣體的2.27%，等壓比熱為3.408，N2占總氣體的49.13%，等壓比熱為0.25，O2占總氣體的0.8%，等壓比熱為0.218，CH4占總氣體的0.4%，等壓比熱為0.5271。通過各性能參數(shù)的分子量計算公式，可以計算出定壓比熱值為0.241，絕熱指數(shù)為1.366。

轉(zhuǎn)爐煤氣各氣體組分的性能參數(shù)如下：CO占總氣體的44.2%，等壓比熱為0.25，CO2占總氣體的20.8，等壓比熱為0.20，H2占總氣體的2.27%，等壓比熱為3.408，N2占總氣體的31.33%，等壓比熱為0.25，O2占總氣體的1%，等壓比熱為0.218，CH4占總氣體的0.4%，等壓比熱為0.5271。通過各性能參數(shù)的分子量計算公式，可以計算出定壓比熱值為0.2773，絕熱指數(shù)為1.304。

從以上煤氣混合氣體各分子量的計算結(jié)果可以看出，雖然各氣體組成含量有所不同，但是定壓比熱值與絕熱指數(shù)的數(shù)值并不存在較大差異。在高爐煤氣加壓機改轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機時，受性能參數(shù)的影響并不大，因此，僅僅對轉(zhuǎn)子進行改造就可以提高煤氣利用率，達到降本增效的目的[1]。

2.轉(zhuǎn)爐煤氣加壓風機的性能參數(shù)

轉(zhuǎn)爐煤氣加壓風機的性能參數(shù)主要包括介質(zhì)、進氣溫度、進氣流量、進氣壓力、進氣密度、電機功率、主軸轉(zhuǎn)速等。該項目的改造思路主要是煤氣管網(wǎng)的并網(wǎng)改造，因此，在改造之前，首先確定高爐煤氣風機的壓力區(qū)間，經(jīng)過測定，風機壓力波動范圍介于11kpa—12.5kpa之間。為了提升煤氣利用率，出口壓力值應(yīng)當大于12.5kpa這一壓力值，才能確保富余煤氣被高爐煤氣管網(wǎng)所用。

當確定轉(zhuǎn)爐煤氣加壓風機的各項性能參數(shù)后，應(yīng)當計算出改造以后煤氣加壓風機的各項參數(shù)。首先確定進口絕對壓力值為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?，出口絕對壓力值為? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，進氣絕對溫度? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。壓縮比為1.127，多變效率為0.78，進氣介質(zhì)密度為1.17kg/m3，多變能量頭系數(shù)為3.346，溫升為11.75℃，多變能量頭為1085，轉(zhuǎn)子周速為140.45m/s，葉輪直徑為1.807m，選用功率為347KW。

3.高爐煤氣加壓機改轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機試驗與運行

3.1 核算性能參數(shù)

通過上述計算過程發(fā)現(xiàn)，改造后的轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機的綜合性能參數(shù)存在較大差異，但是介質(zhì)壓縮性較為相似，因此，原高爐煤氣加壓機的儀表裝置、閥門組件、密封裝置、管道與風機等裝置都具有利用價值，煤氣管網(wǎng)的輸送程序也可作為新型轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機的設(shè)計參考程序。然后重新對設(shè)計參數(shù)進行核對。在設(shè)計葉輪性能參數(shù)時，原風機性能參數(shù)應(yīng)當于新風機性能參數(shù)相匹配。由于原高爐的葉輪材質(zhì)抗腐蝕性能差，因此，需要對改變?nèi)~輪材質(zhì)，將碳鋼材質(zhì)替換為沉淀硬化不銹鋼材質(zhì)，通過試驗運行發(fā)現(xiàn)，運行時間較原來提高1倍以上。當新煤氣加壓機的性能參數(shù)核算完畢，在保持原有機組各性能參數(shù)不變的情況下，對新機組進行上線實驗，通過計算得到的運行功率值相對較低，進而對改變?nèi)~輪材質(zhì)后的新機組予以運行生產(chǎn)。新機組運行參數(shù)如表1所示。

從表1可以看出，新機組的出口位置的壓力值明顯低于高爐煤氣壓力，究其原因主要是由于新機組的出口位置存在一處擴壓段，而在測試壓力值時，測點位置處于高速管道氣流區(qū)，如果根據(jù)物理流體力學原理，該區(qū)域?qū)儆诘蛪毫^(qū)，當煤氣流經(jīng)擴壓區(qū)后，新機組出口壓力將陡然上升，因此可以得出結(jié)論，如果擴壓段壓力值高于原高爐煤氣壓力，便可以實現(xiàn)富余煤氣的并網(wǎng)輸送。同時，通過試驗數(shù)據(jù)可以表明，總體流量值偏小，最大流量值只有733m3/min，這就說明此時的電機電流已經(jīng)處于滿負荷狀態(tài)，調(diào)節(jié)門的開度已經(jīng)達到極限值[2]。

3.2 更換新電機后的試驗測試結(jié)果

該鋼鐵企業(yè)為了滿足實際生產(chǎn)需求，提高單位時間內(nèi)的生產(chǎn)效率，將原有電機替換為功率為400KW的新電機，然后對煤氣流量等性能參數(shù)進行測定，測試結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，更換新電機以后，與原高爐煤氣管網(wǎng)壓力相比，有了顯著提升。而風機流量的原設(shè)定值為1000m3/min，表中數(shù)據(jù)顯示，風機流量在入口調(diào)節(jié)門的位置已經(jīng)遠遠超過設(shè)定值。對于風機入口位置的壓力，明顯低于-1.5kPa，這就表明新風機的吸風能力大幅提升，這就隔斷了空氣的入侵通道，避免空氣吸入，使進口閥門阻力值減小，因此，煤氣輸送管網(wǎng)的輸送能力顯著提高。另外，在使用新電機后，進風口與葉輪之間的間隔距離增加，幾乎是原設(shè)定值的2倍，這就容易造成內(nèi)部煤氣損失量過大現(xiàn)象，為了有效避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，技術(shù)人員對進風口與葉輪進行重新改造，在提高風量、風壓的同時，轉(zhuǎn)爐煤氣的輸送能力進一步增強，煤氣的利用率也得到大幅提升。

結(jié)論：

通過對該鋼鐵企業(yè)高爐煤氣加壓機的改造設(shè)計，使閑置的高爐煤氣加壓機得到有效利用，這就給企業(yè)節(jié)省了大量的采購與生產(chǎn)成本。另外，在改變原有高爐葉輪以及更換功率為400KW的電機以后，轉(zhuǎn)爐煤氣輸送管網(wǎng)與高爐煤氣管網(wǎng)順利并網(wǎng)，轉(zhuǎn)爐中的富余煤氣在新加壓機的作用下，成功輸入到高爐煤氣管網(wǎng)當中，進而實現(xiàn)了節(jié)能降耗的目的，對提高企業(yè)的經(jīng)濟效益起到積極的促進作用。

參考文獻：

[1]吳畏，鐘天煒.高爐煤氣加壓機改轉(zhuǎn)爐煤氣加壓機的理論與實踐[J].冶金動力，2019（11）：27-29.

[2]鄭恒靜.提高煤氣加壓機的運行穩(wěn)定性[J].中國科技投資，2019（11）：205.

（山鋼股份萊蕪分公司能源動力廠? 山東? 濟南? 271104）