高爐爐頂煤氣凈化回收技術應用實踐

李寶成

（河鋼集團唐鋼公司，河北 唐山 063000）

1 前言

高爐在煉鐵過程中，爐頂料罐均壓煤氣和高爐休風放散煤氣均直接排放到大氣環境中，這兩種煤氣中含有大量的顆粒物、一氧化碳、二氧化碳等有毒有害和可燃性物質，對大氣環境造成污染，同時也造成了大量的能源物質浪費。我國生鐵量年產量約8億t，按照噸鐵高爐爐頂均壓及休風放散煤氣量5 m3計算，每年約放散40億m3煤氣量，如果將這部分煤氣實現有效回收和利用，將取得巨大的經濟效益、顯著的環保效果和良好的社會效益。

2 高爐爐頂均壓煤氣回收技術

高爐爐頂均壓煤氣回收技術已經投用。高爐爐頂均配置了爐頂均壓煤氣回收系統，采用自然回收技術，實現了爐頂均壓煤氣部分回收，但自然回收結束后仍需要對料罐內剩余的少量低壓煤氣進行二次放散［1］。依照2020年《唐山市鋼鐵企業一氧化碳減排管控工作實施方案》要求，在原有均壓煤氣回收管路上增加引射裝置以及相應的控制閥門等設施，采用高爐凈煤氣做引射氣源，對料罐內殘余低壓煤氣進行回收，避免煤氣二次放散，實現高爐均壓放散系統的一氧化碳氣體全回收［2］。

（1）在爐頂現有均壓煤氣回收閥后安裝一組引射器［3］。被引射氣體接口與均壓煤氣回收閥后管道連接，引射器的高壓工作氣體選用一次均壓凈煤氣，從爐頂一次均壓凈煤氣主管上引出一路DN500高壓凈煤氣主管，分成兩路DN350管道分別接至引射器高壓工作氣體接口。引射器混合氣體出口為2DN500，兩路DN500管道在平臺下降管處與原均壓煤氣回收管道對接。

（2）引射閥采用DN500氣動快切閥，閥前設置DN500全封閉電動插板閥（與現場設備統一備件），在插板閥、引射器及管路的合適位置設計有放散管路和氮氣吹掃接口。

（3）為防止均壓煤氣回收系統在增加閥門后增加布料時間，影響高爐生產，要求均壓煤氣全回收系統的工序時間（即料罐壓力由255 kPa降至8 kPa的時間）不超20 s。

（4）該工藝系統屬于煤氣系統，因此工藝系統組成要滿足簡單化、安全可靠的原則［4］。設備控制簡單且數量少、功耗低、系統運行維護成本低為優先條件。電氣防爆設計，電動裝置氣體防爆。主要設備（單座高爐）有DN500氣動引射閥1套、DN500全封閉電動插板閥1套、雙級并聯引射器1套、DN80減壓閥1套、DN25疏水閥1套等。

（5）對爐頂均壓放散煤氣凈化回收共有3種操作模式。自然回收模式：均壓放散煤氣經爐頂旋風除塵器和組合式煤氣回收除塵器凈化后回收進入凈煤氣管網，料罐內殘余低壓煤氣通過爐頂旋風除塵器凈化后排入大氣。全回收模式：均壓放散煤氣經爐頂旋風除塵器、引射器進入組合式煤氣回收除塵器凈化后回收進入凈煤氣管網，當料罐內壓力降至設定值時，關閉均壓煤氣回收閥及引射閥，回收結束，打開上密及上料閘向料罐內裝料［5］。常規放散模式（不回收）：當均壓煤氣回收系統檢修停用時，采用常規均排壓流程，料罐內的煤氣經爐頂小旋風除塵器和消音器，排入到大氣中［6］。

3 高爐休風放散凈化回收治理技術

3.1 高爐休風放散凈化回收治理技術設計原則

休風放散的污染治理需要新建閥門、管道、高壓引射裝置，從調壓閥組上游高壓凈煤氣管道設置進氣口，至調壓閥組下游低壓凈煤氣管道設置出氣口和引自外網的引射用氮氣供氣管道系統，與原有設備設施的交叉改造，以及配套的土建、供配電、安全、職業衛生、消防、硬化、照明、計量、儀表檢測等設施。高壓引射裝置用氮氣由外網接引，配套氮氣管道、支架、閥門、計量儀表、相關平臺。從調壓閥組上游高壓凈煤氣管道設置進氣口至調壓閥組下游低壓凈煤氣管道設置出氣口。

3.2 生產工藝流程及相關參數

在高爐休風過程中，高爐產生的荒煤氣依然通過重力除塵、干法除塵凈化后，進入低壓煤氣管網，但在傳統休風后期當爐頂壓力接近管網壓力時，高爐產生的荒煤氣無法靠自身的壓差進入管網，只能通過爐頂放散將剩余的低壓煤氣排入大氣。為解決這一問題，在新的休風工藝中，通過增加高壓引射回收裝置，給此前不能回收的煤氣增壓，使其繼續通過重力除塵和干法除塵進入管網，直至休風結束。通過高壓引射回收裝置將原高爐休風放散煤氣全量凈化回收，既避免對環境造成污染，又將有害的氣體變為氣體燃料，實現資源回收利用。主要設備（單座高爐）有休風引射器，1套、氮氣罐1套、氣動引射閥1套、電動全封閉盲板閥兩套、電動調壓閥1套等。

3.3 帶壓開孔

外網氮氣管道上進行帶壓開孔，是在指定位置側下方進行帶壓開孔，開孔尺寸為3個DN350（開孔用閥門DN400），開孔后管道做變徑與閥門配合，盡量減少開孔過程鐵屑進入外網管道。同時，在外網管道末端管道正下方開一個DN100孔（開孔用閥門DN125），增加排污閥，用于對帶壓開孔帶入少量鐵屑進行吹掃，確保管道運行安全。

4 結語

（1）高爐爐頂料罐均壓煤氣全回收采用高爐凈煤氣做引射氣源，對料罐內殘余低壓煤氣進行回收，避免煤氣二次放散，實現高爐均壓放散系統的氣體全回收。

（2）在休風工藝中，通過增加高壓引射回收裝置，使其繼續通過重力除塵和干法除塵進入管網，直至休風結束。通過高壓引射回收裝置將高爐休風放散煤氣全量凈化回收，既避免對環境造成污染，又將有害的氣體變為氣體燃料，實現資源回收利用。