提高轉爐煤氣回收利用技術的實踐

鄧 燦

(中冶南方工程技術有限公司，武漢 430223)

鋼鐵企業是重工業和能源密集型行業，煤氣是鋼鐵生產過程中的一種特殊副產品，包括焦爐煤氣、高爐煤氣和轉爐煤氣等。我國鋼鐵企業對轉爐煤氣的回收利用水平不高，效果不佳，不僅造成了資源浪費，還增加了鋼鐵企業的污染排放量，所以提高轉爐煤氣回收利用技術迫在眉睫。

1 轉爐煤氣回收利用技術發展現狀

轉爐煉鋼吹煉過程中，碳氧反應是一個重要反應，反應的生成物主要是CO，熱值大約為7 000 kJ/m3，具有較高的利用價值。

轉爐工序能耗占比如圖1[1]。

圖1 煉鋼廠燃動力及回收成本構成

由圖可知，最大程度地回收轉爐煤氣，不僅可解決環保問題，還可以帶來非常可觀的經濟效益。然而，不合理的系統配置會產生未利用的轉爐煤氣剩余，無法使轉爐煤氣回收量實現最大化，會對環境產生不利影響，造成能源浪費。要提升轉爐煤氣回收，不僅要促進回收技術的發展，還要優化煤氣回收系統配置。

2 轉爐煤氣回收利用技術存在的問題

2.1 氣柜緩沖能力低

如單一座120 t轉爐回收的煤氣量約為1.6～2萬m3/h，而鋼鐵企業轉爐通常不止一座，轉爐通常是3～5座，單位時間(h)內回收煤氣量在4.8～10萬m3。此時，若轉爐柜柜容配置偏小，則會出現高柜位拒收現象[2]。這種現象通常集中在一天中數個時間段，若一天當中拒絕5～15爐，則拒絕回收煤氣量在8～30萬m3。

2.2 風機加壓不足

轉爐煤氣加壓系統是確保轉爐煤氣回收外送的關鍵技術環節，其加壓能力將直接影響下游轉爐煤氣用戶的使用效率。若風機加壓不足，下游用戶不能正常用氣，則轉爐煤氣不能正常輸出，轉爐柜的柜位將無法下降，從而影響轉爐煤氣回收。

2.3 管網設計缺陷

轉爐煤氣回收后，需要將回收的煤氣送到下游用戶，才能實現轉爐煤氣的再利用。大部分鋼鐵企業管網設計存在缺陷，轉爐煤氣管線長，管徑配置偏小，管道阻力大，制約了轉爐煤氣噸鋼回收量的提升。

2.4 下游用戶用氣量波動

原則上，轉爐煤氣回收后應全部給下游用戶使用，只有保證回收的轉爐煤氣能全部使用，提高轉爐煤氣的回收量，才能降低鋼鐵企業的能耗。但由于各煤氣用戶用量不均衡，鋼廠會配置燃氣發電廠作為煤氣的消納用戶，以調節其他用戶的用氣波動。若電廠配置能力偏小，則會導致轉爐煤氣剩余，從而影響轉爐煤氣的回收量。

3 轉爐煤氣回收利用技術改進措施

3.1 確定煤氣回收條件

COemission=activitydata×emissionfactor×oxidation(conversion)factor.，從此公式看出，碳排放因子在很大程度上取決于燃料中碳的熱容量。碳氧化因子是轉爐煤氣CO 排放特性的一個指標，它與燃燒設備、技術和運行條件有關。因此，相同條件下，保持煤氣中氧濃度低于1%，保證熱值高于5 016 kJ/m3，不斷調整煤氣回收條件，可提升煤氣柜回收量，以確定最經濟的煤氣回收起始點和終止點。

3.2 優化加壓風機能力

轉爐煤氣加壓機的主要任務是將回收的煤氣全部輸送出去，加壓機的能力要與回收轉爐煤氣的平均量匹配，配置臺數不少于3臺。若轉爐座數較多，應按一臺風機對應一座轉爐進行配置。為進一步節約能耗，可選擇變頻風機。以下為加壓機選型計算過程示例：

確定工藝參數，如表1所示。

表1 工藝參數表

計算轉爐煤氣的體積修正系數，如表2所示：

表2 煤氣體積修正系數表

計算加壓機工況流量，如表3所示：

表3 加壓機工況選型

在此條件下，3座160 t的轉爐，考慮1臺備機情況下，應選擇工況流量為1 000 m3/min加壓機4臺。

3.3 優化輸送管網工藝

轉爐煤氣回收及輸送系統典型流程如圖2所示。由于一次除塵抽風機的能力限制，一次除塵送出的轉爐煤氣壓力較低，一般在4 kPa左右，而轉爐煤氣柜的活塞壓力基本在3 kPa左右，回收的轉爐煤氣瞬間量大，管徑選擇較小或煤氣柜設置位置距離一次除塵較遠，均會影響轉爐柜活塞的上升。系統設計中，應嚴格計算管道阻力損失，確保轉爐煤氣能正常進柜。

圖2 轉爐煤氣回收及輸送管網圖示

4 結語

改進和優化轉爐煤氣回收利用技術是實現鋼鐵企業節能減排的重要措施之一。應針對工藝技術問題，發揮現代工藝技術優勢，改變回收條件，改進設備，對轉爐回收輸送系統的配套設施進行合理優化，提升鋼鐵企業轉爐煤氣回收利用。