高爐均壓煤氣回收系統應用特征分析

何小明

(馬鋼股份公司煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

在當前低碳的整體思想背景之下，高爐成為人們關注的一個重點，其在運行過程中所帶來的巨大能耗和污染問題，必然使其成為節能減排的重點推進對象。就目前而言，針對高爐系統的低碳技術研究已經取得諸多進展，而在眾多技術之中，高爐均壓煤氣的回收，占據了不容忽視的一個位置，在堅持環保綠色路線的同時，也給企業帶來了可觀的經濟效益。

1 均壓煤氣回收技術特征分析

在高爐生產過程中，在裝料的時候，料罐中的均壓煤氣通常直接對空進行排放，這些對空排放的煤氣，由CO、CO、N以及粉塵組成，對于處于常態運行中的高爐而言，每天大約要排放三百次左右，這些氣體攜帶粉塵排入大氣中，會直接帶來大氣污染，也浪費了煤氣能源。因此，必須對均壓煤氣展開除塵回收，以確保良好的環保和經濟效益。

對于均壓煤氣的回收技術，最初是由一臺緩沖罐和一臺布袋除塵器共同構成，爐頂料罐的煤氣先后進入兩個設備，最終進入到凈煤氣管網中。在上述的這個自然回收過程結束之后，強制回收過程通過向料管注入N來進一步實現對于低壓煤氣的驅趕，并且在隨后按照高爐裝料程序將N經放散裝置實現放散。對于這樣的回收過程而言，會因為場地問題而導致無法有效實現緩沖罐和布袋除塵氣的安置，因此技術進一步發展，即去掉了系統中的緩沖罐，并且在除塵器中增加緩沖區域，將緩沖罐和除塵器的功能進行整合，產生新的工藝流程。具體的流程參見圖1。

圖1 改進后的均壓煤氣回收工藝流程

改進后的煤氣回收流程中，采用了完整的干法除塵工藝進行工作，除塵之后的煤氣含塵量低，能夠有效達到進入凈煤氣管網的要求。并且改進之后的回收流程中的緩沖區設置，本質上是均壓煤氣從高壓到低壓的泄壓過程環節，這必然會給除塵器濾袋和凈煤氣管網帶來沖擊。在料罐放散煤氣進入凈煤氣管網的過程中，插入了這個緩沖環節，因此因為泄壓對凈煤氣管網帶來的影響就會有所縮減。并且煤氣在經過濾袋區域實現除塵的時候，濾袋經受的沖擊也會減小，有助于延長濾袋的使用壽命。除此以外，從圖1中可以看到，除塵器中氣體以頂進頂出的方式實現，其中的重力同樣有一定的的除塵作用。這種方式相對于傳統的側面進出的除塵方式而言，氣體的分布相對而言比較均勻，同樣利于延長除塵器的壽命。改進的除塵器還在內部設置了中心導管式喇叭口，煤氣在經過這個區域的時候，因為斷面的陡然增加，煤氣在進人除塵器下部緩沖區域時流速明顯降低，再反向向上流動，煤氣中尺寸較大的塵粒在慣性力作用下沉降到除塵器底部，實現塵氣分離，這同樣是實現初步除塵的一種重要方式。

2 均壓煤氣回收系統的效益分析

在高爐工作過程中增加均壓煤氣的回收環節，會導致裝料的過程中增加一個額外的回收時間，而這個時間有可能會成為影響爐頂裝料的工作效率。為了明確這一問題，有必要展開相關的計算分析。在此僅對自然回收過程進行考察。

前文中已經討論過，自然回收過程是指放散煤氣的壓力從爐頂壓力降至接近凈煤氣管網壓力的過程，其會受到多個方面因素的影響，包括諸如爐頂壓力以及料罐和緩沖罐容積等方面。在料罐進行排壓的時候，放散煤氣會處于臨界或者亞臨界狀態，處于臨界狀態的時候，料罐排壓放散煤氣以當地音速向緩沖罐流動，而處于亞臨界狀態下的時候，料管排壓放散煤氣的速度，則需要展開進一步的計算，其平均速度可以用

V

來進行表示。

對應的有對于煤氣臨界判斷方式參見式(1)。

根據工程熱力學原理，臨界壓力與進口壓力的比值為臨界壓力比，因此臨界壓縮比公式：

(1)

放散煤氣的速度

V

則可以參見式(2)。

(2)

在式(2)中，

ρ

表示料罐內的氣體密度，而

P

'和

P

'則分別表示在該回收過程結束的時候，緩沖罐以及料罐內的氣體壓力。通過計算，可以進一步將均壓煤氣回收過程大體劃分為四個階段。其一，即臨界狀態之前，煤氣從料罐以音速朝向緩沖罐的流動過程。其二，在臨界狀態之后，即處于亞臨界狀態的情況之下，煤氣從料罐內以平均速度

V

來朝向緩沖罐內流動的過程，這個過程會持續到料罐內的壓力達到設定值，也標志著自然回收過程的結束。其三則是上述自然回收過程的繼續，這個階段進一步分為兩個細節，即料罐中的剩余煤氣進一步放散，以及采用自然回收和強制回收兩種工藝，來實現氮氣從氮氣罐到料罐逐步填充，并且驅離煤氣的過程。其四同樣屬于自然回收和強制回收結合的階段，主要落實料罐中剩余氮氣的放散。通過計算可以確定，在自然回收結束的時候，料罐中的壓力

P

'需要達到略高于凈煤氣管網壓力的設定水平。而在時間方面，以自然回收和強制回收相結合的工藝，會比單純自然回收工藝額外需要大約10 s時間，但是在放散煤氣的采集方面則表現更優。通常自然回收可以完成大約85%水平的放散煤氣獲取，但是在強制回收的幫助之下，放散煤氣基本可以實現完全回收。

3 結論

對于采用何種回收方式，可以在實際情況中進行計算并且合理選擇。但是通常而言，有強制回收環節參與的回收工作，雖然其占時更多，但是整體效益更優。目前高爐日產量與容量相匹配，多保持在1280 m-5500 m范圍內，對應的日產量能夠達到每天3648 t-11000 t水平，而煤氣回收工作，在有強制回收參與的時候，能夠達到21716 Nm-81910 Nm每天水平，可以用于直接發電利用，而減少碳排放為每天8958 kg-33788 kg，減少粉塵排放為每天217 kg-819 kg。有效實現節能環保。