唐鋼煤氣系統經濟運行實踐

王永強，王洪軍，范 欣，孫躍昆

（河鋼集團唐鋼公司，河北唐山 063000）

引言

副產煤氣是鋼鐵聯合企業中重要的二次能源，約占企業總能耗的1/3，在節能減排方面擁有巨大的潛力。近年來，環保形勢日益嚴峻，唐鋼北區焦化停產導致公司焦爐煤氣資源緊張，外購焦爐煤氣或天然氣將大幅增加能源成本；CO、SO2和NOX排放標準逐步嚴格，使公司煤氣系統成為環保治理重點。

1 焦爐煤氣資源平衡

1.1 焦爐煤氣置換

隨著焦化停產，唐鋼本部焦爐煤氣資源出現缺口，無法滿足焦爐煤氣用戶正常生產；同時中厚板區域3#高爐投產后，高爐煤氣煤氣資源出現富裕，高爐煤氣大量放散。

為解決這一矛盾決定將中厚板富裕高爐煤氣輸送至中潤煤化工公司供焦爐使用，將中潤煤化工公司回爐使用的焦爐煤氣置換出來，輸送至中厚板公司，并通過螺桿加壓機經燃氣公司管網輸送至本部。

中潤焦爐煤氣置換按體積比1∶6.5（焦爐煤氣∶高爐煤氣），采用2種置換方案：

（1）用7.8 萬m3/h 高爐煤氣替換中潤1.2 萬m3/h焦爐煤氣，中潤每天可供焦爐煤氣28.8 萬m3；

（2）用15.6 萬m3/h高爐煤氣替換中潤2.4 萬m3/h 焦爐煤氣，中潤每天可供焦爐煤氣57.6 萬m3。

根據公司整體生產狀況靈活調整置換方案，滿足公司正常生產焦爐煤氣需求，實現高爐煤氣零放散。焦爐煤氣使用成本0.65 元/m3，相比外購價格降低了0.35 元/m3，年焦氣置換量約1.7 億m3，經濟效益約6 000萬元。

1.2 鋼包烘烤器改造

煉鋼低鐵耗模式和轉爐煤氣低回收條件背景下，轉爐煤氣熱值下降明顯，無法滿足烤包設備要求，被迫向轉爐煤氣管網中混入焦爐煤氣將轉爐煤氣熱值提高至6 279 kJ/m3，對焦爐煤氣平衡造成不利影響。改造方案如下：

（1）更換燃燒器。采用高效旋壓燒嘴，耐高溫抗氧化，火焰長達4.5 m，以最短時間使鋼包內溫度均勻升至曲線設定值，縮短煤氣使用時間，高效節能。

（2）加大管道直徑。助燃風、煤氣分支管及連接控制閥門，管徑更換為DN200，增大流通截面，縮短升溫時間。

（3）溫度自動檢測。通過檢測鋼包內溫度，調整煤氣和空氣閥門的開度，在達到設定的溫度值后，自動轉換為保溫狀態，有效地避免煤氣的浪費。

（4）氣體調節裝置。按設定配比值自動調節煤氣與空氣的最佳混合比，燃燒效率達到98%，有效避免煤氣燃燒不充分或脫火現象。

（5）熱源回收、循環裝置?；厥瞻w上部熱源用以加熱助燃空氣、煤氣，有效提高煤氣和空氣的溫度，使煤氣燃燒更充分。使用熱源循環，加快鋼包內熱氣流通，降低熱散失。

（6）使用增壓裝置。增壓并調節煤氣進入燒嘴時的壓差，避免煤氣壓力過低時出現熄火情況。

改造后在轉爐煤氣低熱值情況下，烘烤溫度700 ℃以上，滿足生產需求，杜絕了焦爐煤氣摻混使用；同時降低煤氣用量30%，年節約轉爐煤氣量約1 400 萬m3，降本約350 萬元。

2 CO減排治理

2.1 加熱爐煙氣反吹改造

1700 熱軋線加熱爐采用雙蓄熱燃燒技術，加熱爐燃燒過程中以固定頻率進行換向，使得換向閥和燃燒器之間形成盲區[1]，如圖1。盲區內煤氣隨著煙氣排放。

圖1 蓄熱式燃燒原理

改造方案如圖2，在煤煙引風機后端的管線上設置引風機，通過快切閥控制，抽取煙氣送至換向閥前的管道上。換向時關閉煤氣側閥瓣，打開快切，廢煙氣將煤氣擠壓至爐膛燃燒，全部燃燒后關閉快切閥，打開煙氣側閥瓣進行排煙，從而杜絕了煤氣無序排放。

圖2 反吹系統原理圖

改造完成后，煙氣中的CO 含量由2%～5%降至0.4%，年減排CO 約3 萬t；年減排高爐煤氣量約7 500 萬m3，創效約600 萬元。

2.2 高爐爐頂均壓煤氣改氮氣

目前高爐爐頂料罐均壓介質常用的有2 種，即氮氣和煤氣，國內大多數鋼鐵廠均采用煤氣作為均壓介質[2]。唐鋼本部高爐采用高爐凈煤氣作為爐頂料罐一次均壓氣源，氮氣為備用二次均壓氣源。

為避免料罐內均壓煤氣對空放散，采用低壓氮氣替代凈煤氣對爐頂料罐進行均壓。新增2 個38 m3氮氣罐，與現有30 m3氮氣罐一并供爐頂均壓使用，2 座3 200 m3高爐減少均壓高爐煤氣放散約8 萬m3/天，年減排CO約0.9 萬t。

3 燃氣鍋爐煙氣治理

隨著環保形勢日益嚴峻，鍋爐作為重要的污染物排放源，其污染物排放標準逐漸嚴格，河北省實施鍋爐煙氣超低排放標準（SO2含量≤35 mg/m3，NOx含量≤50 mg/m3）[3]。燃氣鍋爐污染物排放指標較差，遠高于河北省超低排放標準。

通過調研分析，鍋爐污染物的類型分為三類：煤氣煙氣中SO2完全由燃料中的SO2、H2S 和有機硫所產生，焦爐煤氣煙氣中氮氧化物大部分是熱力型氮氧化物，高爐煤氣煙氣中氮氧化物主要是由于燃料中的氮氧化物及含氮化合物產生。針對上述污染物的產生原因及類型，采取低氮燃燒器、低溫煙氣回流、調整燃燒煤氣比例、羅氏干法脫硫脫硝吸收塔四種治理手段，如圖3。

圖3 污染物產生原因、類型和控制手段

改造前、后鍋爐的工藝流和污染物排放指標如圖4，鍋爐煙氣治理效果顯著，SO2和NOx均在超低排放標準以下，達到國內領先水平。

圖4 改造前后鍋爐煙氣排放指標對比

4 結語

通過焦爐煤氣置換、烤包器改造、加熱爐煙氣反吹、高爐爐頂氮氣均壓改造、鍋爐煙氣治理一系列措施對煤氣系統進行優化，經濟效益約6 950 萬元/年，CO 減排3.9 萬t/年，燃氣鍋爐煙氣中SO2和NOX含量達到超低排放標準，實現了煤氣系統的經濟、綠色運行。