武鋼8號高爐料罐均壓煤氣回收設計及運行實踐

郭大磊，張慶喜

(武鋼有限煉鐵廠，湖北 武漢430080)

高爐冶煉過程中，爐頂料罐的均壓含塵煤氣直接排入大氣。高爐煤氣為含有大量CO和少量H2、CH4等有毒、可燃的混合氣體，一方面對大氣環(huán)境尤其是高爐生產區(qū)域造成了一定的污染，另一方面這部分煤氣也白白浪費了。另外，均壓煤氣一般還含有一定的水分，通過消音器對空放散時，由于壓力突然降低，煤氣中的水分容易析出結露，隨均壓煤氣排放的粉塵遇水變濕后常常黏度變大、堵塞放散消音器，使其不能正常工作，給高爐的生產維護帶來很大困難。為解決上述問題，研究武鋼8號高爐均壓煤氣回收的工藝十分有必要。

1 爐頂料罐均壓放散系統(tǒng)現(xiàn)狀

爐頂料罐在向高爐爐內布完料之后，關閉下料閘和下密封閥，罐內氣體為一次均壓凈煤氣、二均氮氣與布料過程中高爐爐內替換爐料的粗煤氣混合物，該煤氣經爐頂小旋風除塵器一次除塵后，經過爐頂消音器對空排放。

8號高爐爐頂為并罐無料鐘爐頂設備，爐頂料罐一次均壓采用凈煤氣，二次均壓采用氮氣。一次均壓管道設置DN500液壓均壓閥，二次均壓管道設置DN250液壓二均閥。料罐排壓時，罐內煤氣經爐頂小旋風除塵器一次除塵后，經爐頂消音器對空排放。另設置備用管路作為消音器檢修時使用，工藝流程如圖1所示[1]。

圖1 改造前武鋼8號高爐爐頂料罐均壓放散煤氣工藝流程圖

2 高爐煤氣除塵工藝

高爐粗煤氣經爐頂?shù)拇置簹鈱С龉?、上升管、下降管后，進入旋流版式旋風除塵器進行粗除塵，粗除塵后的半凈煤氣可進入干法布袋除塵系統(tǒng)或進入環(huán)縫洗滌系統(tǒng)進行精除塵。經過精除塵后的凈煤氣再經過減壓閥組或TRT系統(tǒng)之后，經過煤氣洗凈塔除酸，最后進入高爐區(qū)域煤氣管網同，流程如圖2所示。

圖2 8號高爐煤氣除塵工藝流程圖

3 均壓放散煤氣回收系統(tǒng)回收計算

3.1 回收目標

通過前期準備工作，確定8號高爐均壓放散煤氣回收的目標。利用料罐內煤氣的自身壓力(約240 kPa)，經過回收管道將其引至精除塵器，除塵后煤氣進入全廠煤氣管網。料罐內剩余的較少一部分煤氣經小旋風除塵器、爐頂消音器對空排放。假定自然回收結束時罐壓為30 kPa，則單次回收的煤氣量為209 Nm3[2]。

正常情況下，高爐每天上料批數(shù)～135批，則每天回收的煤氣次數(shù)～405次，每天回收的煤氣量約84 645 Nm3。每年按照工作355天計算，每年回收的煤氣量約3 005×104Nm3，每年減排的粉塵量約300.5 t。高爐煤氣標準煤折算系數(shù)如按0.12 kg/Nm3計，則年回收均壓煤氣的折算標準煤量為3 606 t。標準煤碳排放折算系數(shù)按0.85計，并且煤氣灰含有焦炭粉塵(約5%)，則年均壓煤氣回收減少碳排放量：3 606 ×0.85+300.5 ×0.05=3 080 t。

綜上，回收的煤氣量、粉塵量與折算的碳減排量匯總見表1。

表1 武鋼8號高爐爐頂料罐均壓放散煤氣回收的目標

3.2 爐頂料罐均壓放散煤氣回收的特點

(1)間斷性：每隔3～4min回收一次，每次回收時間約在30 s以內。

(2)單次煤氣量少：每次回收的煤氣量不超過250 Nm3。

(3)脈沖性：回收煤氣時，初始壓力高流速大，之后的壓力和流速驟降，流速降低后，回收管道內的粉塵易沉積，如果煤氣濕度大，則可能會粘在回收管內。

4 爐頂料罐均壓放散煤氣回收工藝方案選擇

4.1 方案的選擇

結合現(xiàn)場情況，通過和技術人員的討論，認為有2套方案可實現(xiàn)煤氣回收[3]。

(1)利舊筒體方案。爐頂料罐內的煤氣經過爐頂回收閥門組之后，采用φ530管道回收，在現(xiàn)有的干法布袋除塵筒體中獨立10筒體，作為回收煤氣除塵器，精除塵后的凈煤氣連至TRT/減壓閥組之后的高爐煤氣管網，從而實現(xiàn)煤氣回收及除塵的目的(如圖3)。

圖3 利舊筒體方案流程圖

該方案利舊改造現(xiàn)有干法布袋除塵系統(tǒng)的1個筒體，改造工程量相對較小。但由于現(xiàn)有的干法筒體距離高爐有一定的距離，回收管道布置的難度大?？紤]到回收煤氣可能堵塞回收管道，因此回收管道不宜有較長的水平段。經查看現(xiàn)場情況，回收管道可依托粗煤氣管道斜鋪設，避免煤氣除塵前堵塞管道。同時對10筒體進行整體抬高，在筒體下部新增加排泄灰設備(中間罐、卸灰閥、加濕清灰機等)。

(2)濕法方案。爐頂料罐內的煤氣經過爐頂回收閥門組之后，采用φ530管道回收，在地面旋風除塵器的南側，建設一座煤氣清洗塔，經過清洗塔之后的煤氣連至TRT/減壓閥組之后的高爐煤氣管網，從而實現(xiàn)煤氣回收及除塵的目的[4]，如圖4。

圖4 濕法方案流程圖

濕法方案采用濕法工藝對回收煤氣進行除塵，不受回收煤氣低溫、潮濕的影響，且目前8號高爐有污水處理系統(tǒng)。但該方法的工程量較大，且目前現(xiàn)場沒有特別合適的位置來建設煤氣洗凈塔。綜合對比，利舊筒體方案具有較好的優(yōu)勢，能夠對料罐中的煤氣實現(xiàn)回收、除塵的目的。同時可以利舊筒體，具有節(jié)約投資優(yōu)點。

4.2 回收工藝閥門組分析

改造后8號高爐爐頂料罐均壓放散煤氣回收工藝流程如圖5所示。

圖5 8號高爐爐頂料罐均壓放散煤氣回收工藝流程圖

回收過程為：

(1)回收前，料罐內壓力約240 kPa，提前打開DN500回收閥。

(2)打開料罐放散閥，料罐內的煤氣經小旋風除塵器、放散閥、回收閥進入回收管道。

(3)回收過程可以設置壓力模式或者時間模式。如選壓力模式，當料罐內壓力降低到設定的壓力值時，關閉DN500自然回收閥，回收結束。如選時間模式，當設置的時間結束時，關閉DN500自然回收閥，回收結束。

(4)回收結束后，打開消音放散閥，將料罐內剩余煤氣對空放散。

(5)料罐排壓結束，關閉放散閥，具備開上密封閥條件。

5 料罐均壓放散煤氣回收生產實踐

系統(tǒng)投運后，回收過程料罐壓力值變化情況見表2(選擇3 s回收方式)。

表2 8號高爐爐頂料罐均壓放散煤氣回收過程中料罐壓力值變化

投產5個月，系統(tǒng)回收煤氣約為1150×104Nm3，平均一天回收煤氣量約為75 000 Nm3。綜上，一年武鋼8號高爐(去除休風時間等設備檢修時間)爐頂料罐均壓放散煤氣回收量約為2 660萬Nm3，粉塵量回收約為266 t(回收煤氣粉塵濃度為10 g/Nm3)。

6 結語

(1) 爐頂料罐均壓放散煤氣回收是一項新的環(huán)保、節(jié)能綜合治理技術，把爐頂均壓用過的煤氣經過凈化處理后，回收到低壓煤氣總管。

(2) 爐頂料罐均壓煤氣回收量取決于裝料頻率、爐頂壓力、回收時間等因素。

(3) 通過回收爐頂料罐均壓放散煤氣，不但可以有效地減輕粉塵、氣體和噪音污染，延長消音器的使用壽命，還有利于增加能源利用率，提高工廠的經濟效益。