轉(zhuǎn)爐煤氣啟用對附近區(qū)域的瞬態(tài)影響分析

雷宗林，施新德

轉(zhuǎn)爐煤氣啟用對附近區(qū)域的瞬態(tài)影響分析

雷宗林，施新德

（攀鋼釩能源動力中心，四川攀枝花617023）

分析轉(zhuǎn)爐煤氣在啟用過程中煤氣微量放散對附近區(qū)域的瞬態(tài)影響，利用氣象學(xué)方面的知識對其區(qū)域煤氣濃度進(jìn)行計算，評價其微量放散的安全性。

轉(zhuǎn)爐煤氣；微量放散；濃度

1 前言

轉(zhuǎn)爐煤氣回收是二次能源的利用，是將低熱值的廢氣充分利用、降低能耗，將推動冶金企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。與55 MW余熱發(fā)電機(jī)組配套的240 t/h鍋爐作為攀鋼釩有限公司轉(zhuǎn)爐煤氣的唯一用戶在整個轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)的安全性上起著至關(guān)重要的作用。

240 t/h鍋爐作為新鋼釩股份有限公司轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)的末端，地理環(huán)境復(fù)雜，由于轉(zhuǎn)爐煤氣含CO最高達(dá)56%（體積分?jǐn)?shù)），毒性大，存在一定的安全隱患。現(xiàn)用科學(xué)的計算方法驗(yàn)證廠界外區(qū)域在煤氣周期啟用（啟用是指鍋爐在點(diǎn)爐時轉(zhuǎn)爐煤氣的投用過程，是隨鍋爐的啟停而周期性存在的）時微量放散的安全性，為采取可靠的防范措施提供合理的依據(jù)。

2 煤氣放散現(xiàn)狀

在冶金行業(yè)中高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣在生產(chǎn)、使用過程中都存在一定的放散，但在生產(chǎn)過程中是長時間、大量的放散，通常在放散口安裝自動引燃設(shè)備，把煤氣燃燒。而在使用過程中由于要做爆發(fā)試驗(yàn)（爆發(fā)試驗(yàn)是用一個爆發(fā)筒取一筒煤氣進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，能完全燃燒且沒有爆炸響聲為合格）確保煤氣的安全使用而產(chǎn)生的放散是短時間、少量的放散，通常不安裝自動引燃設(shè)備，直接排放在大氣中，通過大氣擴(kuò)散、凈化功能降低煤氣濃度，減少其危害性。目前我廠采用的就是此種方式，在啟用時將會有微量煤氣放散到空氣中。

3 煤氣擴(kuò)散的數(shù)學(xué)模型選擇

大氣環(huán)境影響預(yù)測計算選用《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則—大氣環(huán)境》(HJ/T2.2-93)中推薦的大氣擴(kuò)散正態(tài)模式，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的污染氣象條件和污染特征進(jìn)行必要的修正。由于放散是通過一根放散管向大氣放散，可以采用高斯高架點(diǎn)源模式，即以放散塔底部中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，則空間任一點(diǎn)（x，y，z）污染物濃度的計算公式為：

式中：ρ——空間任一點(diǎn)的質(zhì)量濃度；

qm——污染源強(qiáng)，mg/s；

u——排氣口處的平均風(fēng)速，m/s；

δy——y方向上的擴(kuò)散參數(shù)；

δz——z方向上的擴(kuò)散參數(shù)；

H——放散管有效高度，m；

a、b、c、d——大氣穩(wěn)定系數(shù)。

當(dāng)z=0時，即為地面濃度，地面濃度以主導(dǎo)風(fēng)向（X軸）為對稱軸，且在軸上濃度取最大值，向兩側(cè)(Y軸方向）逐漸減少。

當(dāng)z=0且y=0時，式（3）就成為地面主導(dǎo)風(fēng)向下軸線濃度的計算式，即：

由于δy、δz隨x的增大而增大，所以隨x的增大而增大，而隨x的增大而減小，當(dāng)x增大到一定值時為一定值，此時濃度達(dá)到最大值，把式（4）對δz求導(dǎo)，并令其等于零，就可求出最大濃度及其出現(xiàn)距離的計算公式：

由式（2）可求出此時x值。

4 附近區(qū)域瞬態(tài)煤氣濃度計算

4.1 轉(zhuǎn)爐煤氣的放散過程

轉(zhuǎn)爐煤氣的放散過程是指先開啟爐前煤氣管道放散閥，再打開轉(zhuǎn)爐煤氣總管總門后的氮?dú)獯祾哳^用氮?dú)庵脫Q從總門到爐前火嘴之間管道內(nèi)的混合氣體，最后打開轉(zhuǎn)爐煤氣總管總門用轉(zhuǎn)爐煤氣置換管道內(nèi)的氮?dú)猓沟霉艿纼?nèi)充滿的是純轉(zhuǎn)爐煤氣，之后對管道內(nèi)煤氣進(jìn)行爆發(fā)試驗(yàn)，爆發(fā)試驗(yàn)合格后關(guān)閉爐前放散閥的這樣一個過程。轉(zhuǎn)爐煤氣是一種易燃易爆氣體，當(dāng)與空氣的混合物濃度在一定范圍，遇到火源或高溫就會產(chǎn)生爆炸，為了避免爆炸事故發(fā)生，轉(zhuǎn)爐煤氣的放散是每次投用煤氣的一項(xiàng)特定工作。

4.2 狀態(tài)參數(shù)確定

由經(jīng)驗(yàn)可知整個放散過程大約需要5 min時間，在這5 min內(nèi)放散是連續(xù)均勻的。在煤氣的流程管網(wǎng)上取兩個斷面總管總門后處1－1斷面和爐前煤氣管道放散閥出口處2－2斷面，放散時煤氣經(jīng)煤氣管網(wǎng)先經(jīng)過1－1斷面，再流經(jīng)2－2斷面，其中煤氣沒有其他通道。

各參數(shù)以現(xiàn)場實(shí)際測量為準(zhǔn)：P1=90600Pa，qv1=0.0754m3/s，P2=100600Pa，ρ2＝1.396 kg/m3

由氣體的狀態(tài)方程可知：ρ1＝ρ2P1/P2

由此可求出ρ1＝1.55 kg/m3

所以qm＝qv1×ρ1＝0.0754×1.55＝1.168×105mg/s

4.3 煤氣濃度計算

天氣條件：根據(jù)攀枝花氣象統(tǒng)計，最多的天氣條件是風(fēng)速u＝5 m/s，B級穩(wěn)定度（B級穩(wěn)定度：a＝0.281846，b＝0.91437，c＝0.1279，d＝0.964435）。

放散管高度H＝40 m（主管連接處至放散點(diǎn)），x為主導(dǎo)風(fēng)向下，計算主導(dǎo)風(fēng)向下地面的煤氣濃度。

由于放散是連續(xù)性的，放散量qm不隨時間而改變，符合高斯公式的適用條件。

由式高斯公式（1）可計算各點(diǎn)煤氣濃度，當(dāng)δz＝時地面濃度最大，由此可計算出：

由δz=cxd

可得x＝270 m，由δy＝axb可以求出δy= 47.117，由高斯公式（4）

求出最大濃度：

再計算距離放散點(diǎn)150 m的廠界處的煤氣濃度，由高斯公式（4）可求出：

5 計算結(jié)果分析

由高斯公式可知，煤氣放散點(diǎn)附近區(qū)域主導(dǎo)風(fēng)向下煤氣濃度隨x值的增大而增大，x＝270 m時濃度達(dá)到最高，然后隨x值的增大而減小。

由以上計算可知濃度最高的區(qū)域在x＝270 m附近，濃度在2.054 mg/m3左右，對于在距離放散點(diǎn)x＝150 m的廠界區(qū)域，由于此處的濃度為0.7547 mg/m3（且不是純CO，其中還有N2、C02、O2等）。根據(jù)《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》GB622-2005規(guī)定，在一氧化碳含量不超過30 mg/m3的區(qū)域內(nèi)，可較長時間工作，一氧化碳含量在50 mg/m3時，在區(qū)域內(nèi)連續(xù)工作時間不得超過1 h。此次放散出現(xiàn)的最大濃度是2.054 mg/m3，由于轉(zhuǎn)爐煤氣的放散時間為5 min，且為空曠區(qū)域并不是純煤氣，所以環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于封閉環(huán)境內(nèi)的煤氣濃度50m g/m3處的環(huán)境。所以轉(zhuǎn)爐煤氣的微量放散是安全的，不會對附近區(qū)域造成影響。

6 結(jié)論

由于轉(zhuǎn)爐煤氣的易燃易爆易中毒特性，在使用過程中會造成一定的危險。從上面的分析可知轉(zhuǎn)爐煤氣的微量放散是安全的，不會對附近區(qū)域造成影響，而且此過程是受控的。為了確保過程的絕對安全，我單位采取了以下措施：

（1）嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐煤氣放散時間，盡量縮短放散時間。

（2）放散過程有專業(yè)人員操作，并配有專業(yè)救護(hù)人員到場。

（3）放散前進(jìn)行告知，設(shè)置警戒區(qū)域防止其他人員誤入。

圖2 二次繞組接線圖

5 結(jié)語

不同于其他單元件保護(hù)，母差保護(hù)是否正常運(yùn)行直接影響著整個變電站的運(yùn)行，而作為電流回路匯聚最多的地方，由于電流回路二次兩點(diǎn)接地導(dǎo)致的母差異常時有發(fā)生。本文結(jié)合經(jīng)驗(yàn)與理論提出了檢查兩點(diǎn)接地的流程，并在實(shí)際的事故處理中驗(yàn)證了此方法的可行性。

圖3 斷開802電流回路測量圖

圖4 兩點(diǎn)接地形成差流示意圖

收稿日期：2014－08－08

作者簡介：曹東（1970－），男，1991年畢業(yè)于武漢水利電力學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事電力系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)及檢修工作。

Analysis of the Transient Effect on Nearby Areas by Converter Gas Opening

LEI Zonglin，SHI Xinde
(The Energy Power Center of Panzhihua Iron&Steel Co.,Panzhihua,Sichuan 617023,China)

The transient effect on nearby areas by slight gas emission during opening of converter gas is analyzed.Gas concentration in the nearby areas is calculated making use of meteorological knowledge,to evaluate the safety of slight gas release.

converter gas;slight release;concentration

TQ54

B

1006-6764(2014)10-0021-03

2013－07－16

2014－07－09

雷宗林（1974－），男，工程師，?？茖W(xué)歷，現(xiàn)從事安全環(huán)保管理工作。