高爐煤氣加壓機改轉爐煤氣加壓機的理論與實踐

王馨薇

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

關鍵詞：高爐煤氣加壓機;轉爐煤氣加壓機;性能參數;設計理論

國內某鋼鐵企業在轉爐煉鋼過程中產生大量的富余煤氣，出于對節能降耗，節省生產成本的考慮，經技術人員研究決定，將原有的處于閑置狀態的高爐煤氣加壓機改造成為轉爐煤氣加壓機，同時把轉爐煤氣輸送管網與高爐煤氣管網進行并網處理，以提升轉爐煤氣的利用率，改造后的煤氣加壓機通過試驗與運行，收到了良好的應用效果。

1.高爐與轉爐煤氣性能參數

高爐煤氣主要由CO、CO2、H2、N2、O2、CH4等據氣體成分組成，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，絕熱指數為1.366。

轉爐煤氣各氣體組分的性能參數如下：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，絕熱指數為1.304。

從以上煤氣混合氣體各分子量的計算結果可以看出，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的數值并不存在較大差異。在高爐煤氣加壓機改轉爐煤氣加壓機時，受性能參數的影響并不大，因此，僅僅對轉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.轉爐煤氣加壓風機的性能參數

轉爐煤氣加壓風機的性能參數主要包括介質、進氣溫度、進氣流量、進氣壓力、進氣密度、電機功率、主軸轉速等。該項目的改造思路主要是煤氣管網的并網改造，因此，在改造之前，首先確定高爐煤氣風機的壓力區間，經過測定，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所用。

當確定轉爐煤氣加壓風機的各項性能參數后，應當計算出改造以后煤氣加壓風機的各項參數。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，進氣介質密度為1.17kg/m3，多變能量頭系數為3.346，溫升為11.75℃，多變能量頭為1085，轉子周速為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爐煤氣加壓機試驗與運行

3.1 核算性能參數

通過上述計算過程發現，改造后的轉爐煤氣加壓機的綜合性能參數存在較大差異，但是介質壓縮性較為相似，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，煤氣管網的輸送程序也可作為新型轉爐煤氣加壓機的設計參考程序。然后重新對設計參數進行核對。在設計葉輪性能參數時，原風機性能參數應當于新風機性能參數相匹配。由于原高爐的葉輪材質抗腐蝕性能差，因此，需要對改變葉輪材質，將碳鋼材質替換為沉淀硬化不銹鋼材質，通過試驗運行發現，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核算完畢，在保持原有機組各性能參數不變的情況下，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，進而對改變葉輪材質后的新機組予以運行生產。新機組運行參數如表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，如果根據物理流體力學原理，該區域屬于低壓力區，當煤氣流經擴壓區后，新機組出口壓力將陡然上升，因此可以得出結論，如果擴壓段壓力值高于原高爐煤氣壓力，便可以實現富余煤氣的并網輸送。同時，通過試驗數據可以表明，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處于滿負荷狀態，調節門的開度已經達到極限值[2]。

3.2 更換新電機后的試驗測試結果

該鋼鐵企業為了滿足實際生產需求，提高單位時間內的生產效率，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進行測定，測試結果如表2所示。

從表2中可以看出，更換新電機以后，與原高爐煤氣管網壓力相比，有了顯著提升。而風機流量的原設定值為1000m3/min，表中數據顯示，風機流量在入口調節門的位置已經遠遠超過設定值。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，幾乎是原設定值的2倍，這就容易造成內部煤氣損失量過大現象，為了有效避免這種現象的發生，技術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。

結論：

通過對該鋼鐵企業高爐煤氣加壓機的改造設計，使閑置的高爐煤氣加壓機得到有效利用，這就給企業節省了大量的采購與生產成本。另外，在改變原有高爐葉輪以及更換功率為400KW的電機以后，轉爐煤氣輸送管網與高爐煤氣管網順利并網，轉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當中，進而實現了節能降耗的目的，對提高企業的經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定性[J].中國科技投資，2019（11）：205.