聯(lián)合特鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝探索

馬桂芬，張一臣

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

轉(zhuǎn)爐煤氣作為轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源之一，提高轉(zhuǎn)爐煤氣的回收能力，是實(shí)現(xiàn)煉鋼低成本的有效手段，能夠在一定程度上降低鋼廠的污染物排放，同時(shí)也是轉(zhuǎn)爐實(shí)現(xiàn)“負(fù)能煉鋼”的主要途徑。因此，轉(zhuǎn)爐煤氣回收已經(jīng)成為現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要技術(shù)之一。

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（以下簡稱聯(lián)合特鋼）有3座120 t轉(zhuǎn)爐，煤氣回收采用OG濕法除塵凈化回收工藝，開展工藝優(yōu)化前，由于轉(zhuǎn)爐采用低鐵耗、快節(jié)奏冶煉，平均煤氣回收為95.79 m3/t鋼，較國內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)回收水平有一定差距，具有一定的挖潛空間。2019年煉鋼廠組織攻關(guān)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行提高煤氣回收工藝的研究，通過對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐冶煉工藝、煤氣回收工藝及設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分析，找出了煤氣回收過程中存在著工藝及設(shè)備上的不足，并有針對(duì)性地對(duì)煤氣回收工藝進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

1 轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝

聯(lián)合特鋼煤氣回收采用OG濕法除塵，其回收主要工藝流程如圖1所示。

圖1 煤氣回收流程圖

轉(zhuǎn)爐吹煉開始，風(fēng)機(jī)提速至1 200～1 250 r/min，煤氣回收條件滿足時(shí)，打開水封逆止閥，三通閥回收側(cè)打開，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)水封逆止閥和U型水封進(jìn)入轉(zhuǎn)爐煤氣總管，通過管道送入轉(zhuǎn)爐煤氣柜，轉(zhuǎn)爐煤氣被回收儲(chǔ)存。當(dāng)煤氣回收任一條件不滿足時(shí)，三通閥放散側(cè)打開，關(guān)閉水封逆止閥，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)三通閥送入燃燒放散塔，經(jīng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃放散。當(dāng)轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)，風(fēng)機(jī)降至600 r/min。當(dāng)三通閥發(fā)生故障時(shí)，旁通閥打開，轉(zhuǎn)爐煤氣經(jīng)旁通閥點(diǎn)燃放散。

2 影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的因素分析

2.1 轉(zhuǎn)爐吹煉操作

2.1.1 加料操作

轉(zhuǎn)爐煤氣回收與轉(zhuǎn)爐的加料操作密切相關(guān)。轉(zhuǎn)爐煤氣回收也分為前期、中期和后期，并與轉(zhuǎn)爐操作的吹煉前期、中期和后期相對(duì)應(yīng)。

通過對(duì)加料操作曲線和煤氣回收曲線進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)爐吹煉前期造渣料加入過多時(shí)，造渣料熔化吸熱，使熔池升溫速度變慢，影響碳氧反應(yīng)速率，開始回收時(shí)間延遲；吹煉中期如果操作不當(dāng)，碳氧反應(yīng)不平穩(wěn)，CO含量波動(dòng)較大，造成嚴(yán)重返干或噴濺，導(dǎo)致煤氣回收中斷；吹煉后期，如果氧槍槍位過高，容易造成轉(zhuǎn)爐煤氣含氧量過高，煤氣回收停止。

2.1.2 供氧強(qiáng)度

供氧強(qiáng)度直接影響爐內(nèi)的碳氧反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)供氧強(qiáng)度增大時(shí)，爐內(nèi)碳氧反應(yīng)速率提高，顯著提高吹煉初期的CO含量上升的速率，使煤氣開始回收的時(shí)間提前和整體回收的時(shí)間延長。相關(guān)文獻(xiàn)表明，轉(zhuǎn)爐供氧強(qiáng)度每提高1 m3/（min·t），轉(zhuǎn)爐煤氣回收量可提高11.95 m3/t[1]。

2.1.3 降罩操作

在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中，外部空氣的吸入將直接影響煤氣的回收進(jìn)程，而空氣的吸入量是與活動(dòng)煙罩和爐口之間間隙的大小有關(guān)。因此要嚴(yán)格按照操作規(guī)程控制吹煉過程中煙罩下降位置，以保證既能滿足吹煉操作的要求，且能滿足減少空氣吸入的要求。

現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)以下兩方面問題對(duì)降罩位置影響較大:

（1）部分操作人員在下槍吹煉過程中存在全程不降罩或降罩不到位的問題；

（2）爐口粘渣清理不及時(shí)，造成煙罩無法降到位的問題。

2.2 爐口微正壓的保持

衡量轉(zhuǎn)爐煤氣回收水平，必須同時(shí)考慮煤氣回收量及煤氣熱值兩個(gè)指標(biāo)，要保證最大限度提高轉(zhuǎn)爐煤氣熱值，合理爐口差壓控制是關(guān)鍵[2]。一般要求爐口差壓保持微正壓，以減少空氣吸入量。正壓過大會(huì)造成爐口煙氣外溢，煤氣在煙罩外燃燒；差壓過小或負(fù)壓時(shí)，會(huì)造成外部空氣吸入煙罩，使回收煤氣中氧氣含量增加，將直接影響煤氣的回收，尤其是前期煤氣的回收，且會(huì)降低煤氣熱值。

2.3 煤氣回收不均導(dǎo)致的煤氣放散

由于轉(zhuǎn)爐冶煉節(jié)奏的不確定性，有時(shí)存在3座轉(zhuǎn)爐長時(shí)間同時(shí)回收的情況，煤氣柜容量不足以容納瞬間的煤氣回收峰值，會(huì)有柜滿拒收放散現(xiàn)象發(fā)生，這種柜滿放散煤氣現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生。另一方面有3座轉(zhuǎn)爐同時(shí)回收，就有3座轉(zhuǎn)爐同時(shí)不回收的情況發(fā)生，會(huì)使煤氣柜容迅速下降，也同樣會(huì)影響煤氣用戶的正常使用。這就形成了一會(huì)煤氣放散，一會(huì)煤氣不夠用的矛盾局面[3]。

3 提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量的措施

3.1 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐操作

兼顧轉(zhuǎn)爐冶煉脫碳及煤氣回收的關(guān)系，對(duì)煉鋼操作工藝進(jìn)行優(yōu)化。

（1）在吹煉前期減少造渣料的加入量，以避免大的造渣量影響熔池升溫速度和碳氧反應(yīng)速率，保障煤氣回收的時(shí)長。

（2）吹煉中期造渣料采用少量、多批加入，保證吹煉平穩(wěn)，化好過程渣，避免過程噴濺或返干，防止碳氧反應(yīng)過于集中煤氣外溢。

（3）吹煉后期，及時(shí)降低槍位，避免槍位過高，脫碳反應(yīng)速率減慢，造成煤氣中氧含量高停止回收。

（4）制定采用雙渣操作的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定鐵水[Si]＞0.80%、鐵水[P]＞0.15%、鐵水[Mn]＞0.5%或鋼種成品[P]＜0.015%時(shí)轉(zhuǎn)爐采用雙渣操作，避免不必要的雙渣操作造成煤氣回收中斷現(xiàn)象發(fā)生，最大限度保證煤氣的回收。

轉(zhuǎn)爐加料操作方案如圖2所示。

3.2 優(yōu)化供氧強(qiáng)度和操作

（1）提高前期供氧強(qiáng)度，將前期的供氧強(qiáng)度由3.0 m3/（min·t）提高到3.6 m3/（min·t），加快前期爐內(nèi)的碳氧反應(yīng)速率，使吹煉初期煤氣的CO含量上升速率加快，煤氣開始回收的時(shí)間可以提前，以達(dá)到增加煤氣回收時(shí)間，提高煤氣回收量的目的。

（2）通過在轉(zhuǎn)爐操作畫面上加入煤氣CO%濃度值實(shí)時(shí)顯示畫面，操槍工在冶煉操作時(shí)可以實(shí)時(shí)觀察煤氣濃度變化，及時(shí)調(diào)整操作，保證煤氣一直處于回收狀態(tài)，這樣不僅可以提高操作水平，還可以有效避免因過程布料或者槍位變化而造成的煤氣回收中斷現(xiàn)象，有效提高煤氣回收量。

3.3 優(yōu)化煤氣回收條件

聯(lián)合特鋼回收的煤氣主要用于廠內(nèi)鐵包、鋼包、中間包等耐火材料的烘烤，原回收標(biāo)準(zhǔn)要求煤氣中O2含量低于1.5%、CO含量大于15%，過于嚴(yán)格的回收條件雖然提高了煤氣的熱值，但減少了煤氣的回收量，在滿足用戶熱值需要的前提下，適當(dāng)降低回收標(biāo)準(zhǔn)，可有效提高煤氣回收量。調(diào)整后的回收標(biāo)準(zhǔn)要求煤氣中O2含量要求不變，放寬了CO%回收條件。

圖2 轉(zhuǎn)爐加料操作方案示意圖

3.4 爐口微差壓

天鋼聯(lián)合設(shè)備中不具備爐口微差壓檢測(cè)功能，在爐口微差壓控制上采用分段設(shè)定喉口開口度的方法。原設(shè)定參數(shù)見表1。

表1 原喉口開度設(shè)定值

現(xiàn)場觀察爐口煙氣情況發(fā)現(xiàn)，吹煉過程中出現(xiàn)煙氣外溢，且時(shí)間較長。根據(jù)現(xiàn)場的觀察統(tǒng)計(jì)，對(duì)現(xiàn)有設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的設(shè)定值見表2。優(yōu)化后，吹煉過程煙氣外溢問題明顯改善。

表2 優(yōu)化后喉口開度設(shè)定值

3.5 縮短控制開關(guān)反應(yīng)時(shí)間

更換原有水封逆止閥，縮短水封逆止閥開關(guān)反應(yīng)時(shí)間，開關(guān)轉(zhuǎn)換由原來的35 s降至5s，使得煤氣回收時(shí)間延長了近3 0s。

3.6 減少非必要放散

（1）利用大修期間，對(duì)煤氣柜組漏點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，保證轉(zhuǎn)爐煤氣的正常回收。

（2）加強(qiáng)設(shè)備點(diǎn)檢，減少由于設(shè)備故障造成的煤氣放散。

（3）強(qiáng)化調(diào)度管理，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐錯(cuò)峰冶煉，避免煤氣回收的瞬時(shí)峰值過高造成的拒收。

（4）專人負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)每天的轉(zhuǎn)爐煤氣放散數(shù)量與原因，制定解決方案。

4 實(shí)踐效果

2019年7月份開始通過對(duì)聯(lián)合特鋼3座120t轉(zhuǎn)爐煙氣凈化及煤氣回收系統(tǒng)實(shí)施上述措施，加強(qiáng)了煤氣回收管理措施，3座120 t轉(zhuǎn)爐煤氣回收數(shù)量達(dá)到135.57 m3/t，相比原水平提高了41.53%，取得了顯著效果，如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)爐煤氣回收數(shù)量趨勢(shì)

5 結(jié)語

聯(lián)合特鋼公司煉鋼廠攻關(guān)小組對(duì)影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收的因素進(jìn)行了分析，通過現(xiàn)場調(diào)研的方式找到影響煤氣回收的關(guān)鍵因素，有針對(duì)性制定了一系列改進(jìn)措施。通過調(diào)整轉(zhuǎn)爐操作、優(yōu)化喉口開度設(shè)定、優(yōu)化煤氣回收條件、加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度和設(shè)備管理等措施，延長了煤氣回收時(shí)間，減少了煤氣回收中斷和拒收現(xiàn)象的發(fā)生，使煤氣回收量由原來的95.79 m3/t提高到135.57 m3/t，相比原水平提高了41.53%，達(dá)到了攻關(guān)的預(yù)期目標(biāo)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。