攀鋼干熱高爐煤氣直送利用技術(shù)的探索與應(yīng)用

呂 勇，李 蘋

1 前言

傳統(tǒng)高爐煤氣除塵工藝主要采用塔文、雙文、比肖夫等濕式除塵工藝，高爐煤氣余熱余壓全部直接浪費(fèi)掉，1998年攀鋼4#高爐引進(jìn)、吸收日本干式除塵工藝，形成了高爐煤氣干濕兩用型除塵工藝。針對(duì)高爐煤氣干濕兩用型除塵工藝存在的問題，攀鋼獨(dú)立開發(fā)高爐煤氣溫度控制技術(shù)，并突破日本干式除塵對(duì)煤氣溫度的限制，最終形成了高爐煤氣反吹布袋式全干式除塵工藝技術(shù)，截至2009年9月攀鋼5座高爐實(shí)現(xiàn)了高爐煤氣全干式除塵工藝，有效利用高爐冶煉產(chǎn)生的二次能源，同時(shí)減少環(huán)境污染，滿足國(guó)家環(huán)保要求。但由于高爐煤氣主管網(wǎng)設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度只有60℃，導(dǎo)致經(jīng)全干式除塵及TRT發(fā)電后的高爐煤氣必須進(jìn)行降溫處理，致使送入主管網(wǎng)使用的高爐煤氣含水量較高，影響了高爐煤氣的顯熱利用。

2 高爐煤氣性能分析

2.1 高爐煤氣溫度與含水量的關(guān)系

飽和煤氣含水量可用下面公式計(jì)算：

式中，de——工作狀態(tài)下飽和氣體的含水量，g/m3；

P——煤氣的絕對(duì)壓力，Pa，取煤氣的工作壓力10 kPa；

P汽——溫度t℃時(shí)飽和水蒸汽分壓，Pa。

根據(jù)道爾頓分壓定律，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，混合氣體在不同溫度下存在相對(duì)應(yīng)的水蒸汽飽和分壓，根據(jù)此可以計(jì)算出高爐煤氣在各種溫度下相應(yīng)的含水量，見表1。

表1 不同溫度下飽和水蒸汽分壓和高爐煤氣中的含水量

由表1可以看出，在相同的煤氣壓力下，溫度不同，煤氣中含水量也不同，煤氣溫度由30℃升至35℃時(shí)，每1 m3煤氣含水量增加10.9 g，而煤氣溫度由40℃升至45℃時(shí)，煤氣中的含水量卻增加了18.8 g，表1中數(shù)據(jù)反映出，隨著高爐煤氣溫度的升高，每提高相同單位的溫度，煤氣中的含水量也逐漸增加。

2.2 不同溫度下高爐煤氣焓值變化對(duì)煤氣熱量的影響

在定壓過程中，氣體吸入（放出）的熱量等于氣體焓的變化，混合氣體的焓可按下式計(jì)算：

式中，Im——混合氣體的焓，kcal/kg；

Ii——混合氣體各組分的焓，kcal/kg；

gi——混合物各重量組分，%。

根據(jù)煤氣設(shè)計(jì)手冊(cè)常用氣體的焓與溫度的關(guān)系，得出不同溫度下煤氣組分的焓值如表2。

表2 氣體的焓與溫度的關(guān)系

表3 高爐煤氣體積組分

表4 混合氣體的體積組分換算成重量組分

表5 混合氣體的焓值

根據(jù)表2～表5數(shù)據(jù)，以2#熱風(fēng)爐用高爐煤氣用量計(jì)算，2010年1～6月份2#高爐熱風(fēng)爐使用高爐煤氣量1243926 GJ，得出所耗煤氣由40℃提高至90℃所提高的熱量為：

則全年增加熱量：776387.99×2=1552775 GJ

通過以上數(shù)據(jù)計(jì)算分析得出：一旦高爐煤氣用戶直接使用經(jīng)高爐煤氣全干式除塵及TRT系統(tǒng)后溫度在80℃～120℃的干熱煤氣，取干熱煤氣平均使用溫度為90℃，則可有效提高高爐煤氣熱量，充分利用高爐煤氣。

2.3 高爐煤氣中含水量對(duì)熱量的影響

以攀鋼一期高爐為例：現(xiàn)有一期高爐煤氣平均發(fā)生量75～80萬(wàn)m3/h，濕式除塵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，煤氣含水量平均35～50 g/m3；干式除塵系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，煤氣含水量平均12～22 g/m3，按照平均降低含水量15 g/m3計(jì)算。目前高爐煤氣主要供用戶燃燒使用，普遍爐窯溫度在900～1300℃，按照平均1100℃計(jì)算。僅僅從水吸熱計(jì)算，從50℃的水加熱到1100℃，其中水需要經(jīng)歷三個(gè)階段，即從50℃到100℃，汽化到100℃蒸汽，從100℃蒸汽到1100℃蒸汽，三個(gè)階段吸熱需要的熱量。

50℃水的比熱為0.999 kcal/kg·℃，100℃水的比熱為1.007 kcal/kg·℃，100℃的水汽化潛熱為539 kcal/kg，100 ℃的蒸汽焓為 639.1 kcal/kg，700℃的蒸汽焓為938.6 kcal/kg，大致計(jì)算每升高10℃需要4.2785 kcal/kg，到1100℃的蒸汽焓應(yīng)為1109.74 kcal/kg，三個(gè)階段總計(jì)1 kg需要的熱量為：

2#高爐熱風(fēng)爐1～6月份高爐煤氣含水增加量為：

則2#高爐熱風(fēng)爐1～6月份高爐煤氣用量中水含量增加需要的熱量為：

綜上所述，受一期高爐煤氣主管網(wǎng)、二期高爐煤氣主管網(wǎng)設(shè)計(jì)溫度55℃～60℃的限制，高爐煤氣經(jīng)全干式除塵發(fā)電后得到的干熱煤氣不得不設(shè)置噴水裝置降低煤氣溫度，滿足高爐煤氣主管網(wǎng)安全運(yùn)行。在此過程中不僅浪費(fèi)高爐煤氣的熱量，同時(shí)噴水降溫浪費(fèi)大量水，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行成本造成較大影響。為此有效利用高爐煤氣全干式除及TRT發(fā)電后的干熱煤氣是解決二次能源有效利用的必然趨勢(shì)。

3 干熱高爐煤氣直送利用技術(shù)實(shí)施措施

根據(jù)對(duì)40℃高爐煤氣與90℃高爐煤氣之間存在的焓值變化及所含水分消耗熱量情況分析得出，有效利用干熱煤氣可以充分利用二次能源，節(jié)約能源消耗。為此建議采取以下措施：

3.1 送高爐熱風(fēng)爐管道選擇

按照一期高爐熱風(fēng)爐使用高爐煤氣最小量為6萬(wàn)m3/h，平均量8萬(wàn)m3/h，最大10萬(wàn)m3/h進(jìn)行核算，則需要的管徑為1400 mm可滿足高爐熱風(fēng)爐生產(chǎn)用量需求。

3.2 接點(diǎn)位置選擇

由于一期一座高爐煤氣發(fā)生量23～27萬(wàn)m3/h，對(duì)應(yīng)高爐熱風(fēng)爐使用高爐煤氣量10萬(wàn)m3/h，剩余高爐煤氣需經(jīng)管內(nèi)噴水降溫后送入高爐煤氣主管網(wǎng)，為此高爐熱風(fēng)爐使用的干熱煤氣接點(diǎn)位置必須在TRT出口至噴水裝置前。

4 干熱煤氣直送取得的效果

（1）通過對(duì)一期高爐熱風(fēng)爐實(shí)施干熱煤氣直送，不僅滿足高爐熱風(fēng)爐對(duì)煤氣的需求，同時(shí)節(jié)約了高爐煤氣消耗，年節(jié)約煤氣368413 GJ。

（2）通過對(duì)一期高爐熱風(fēng)爐實(shí)施干熱煤氣直送，降低了熱風(fēng)爐高爐煤氣使用量，節(jié)約的高爐煤氣量供熱電鍋爐使用，產(chǎn)生蒸汽進(jìn)行發(fā)電，提高了二次能源的使用效率，為公司二次能源綜合高效利用創(chuàng)造了條件。

（3）一期高爐熱風(fēng)爐使用干熱煤氣后，提高煤氣使用效率的同時(shí)，提高了高爐入爐平均風(fēng)溫20℃，降低高爐焦比10 kg/t鐵，降低了煉鐵成本。

（4）通過對(duì)一期高爐熱風(fēng)爐實(shí)施干熱煤氣直送，節(jié)約了煤氣降溫使用的新水量，降低了生產(chǎn)運(yùn)行成本。

5 結(jié)論

通過開展高爐干熱高爐煤氣性質(zhì)分析，并在各高爐熱風(fēng)爐上實(shí)施直送利用，節(jié)約了高爐煤氣利用量，提高了二次能源利用效率，提高熱風(fēng)爐入爐風(fēng)溫20℃，降低煉鐵焦比，取得了顯著的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。