高爐均壓煤氣回收系統(tǒng)應(yīng)用特征分析

何小明

(馬鋼股份公司煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

在當(dāng)前低碳的整體思想背景之下，高爐成為人們關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)，其在運(yùn)行過程中所帶來的巨大能耗和污染問題，必然使其成為節(jié)能減排的重點(diǎn)推進(jìn)對(duì)象。就目前而言，針對(duì)高爐系統(tǒng)的低碳技術(shù)研究已經(jīng)取得諸多進(jìn)展，而在眾多技術(shù)之中，高爐均壓煤氣的回收，占據(jù)了不容忽視的一個(gè)位置，在堅(jiān)持環(huán)保綠色路線的同時(shí)，也給企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

1 均壓煤氣回收技術(shù)特征分析

在高爐生產(chǎn)過程中，在裝料的時(shí)候，料罐中的均壓煤氣通常直接對(duì)空進(jìn)行排放，這些對(duì)空排放的煤氣，由CO、CO、N以及粉塵組成，對(duì)于處于常態(tài)運(yùn)行中的高爐而言，每天大約要排放三百次左右，這些氣體攜帶粉塵排入大氣中，會(huì)直接帶來大氣污染，也浪費(fèi)了煤氣能源。因此，必須對(duì)均壓煤氣展開除塵回收，以確保良好的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)于均壓煤氣的回收技術(shù)，最初是由一臺(tái)緩沖罐和一臺(tái)布袋除塵器共同構(gòu)成，爐頂料罐的煤氣先后進(jìn)入兩個(gè)設(shè)備，最終進(jìn)入到凈煤氣管網(wǎng)中。在上述的這個(gè)自然回收過程結(jié)束之后，強(qiáng)制回收過程通過向料管注入N來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)于低壓煤氣的驅(qū)趕，并且在隨后按照高爐裝料程序?qū)經(jīng)放散裝置實(shí)現(xiàn)放散。對(duì)于這樣的回收過程而言，會(huì)因?yàn)閳?chǎng)地問題而導(dǎo)致無法有效實(shí)現(xiàn)緩沖罐和布袋除塵氣的安置，因此技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，即去掉了系統(tǒng)中的緩沖罐，并且在除塵器中增加緩沖區(qū)域，將緩沖罐和除塵器的功能進(jìn)行整合，產(chǎn)生新的工藝流程。具體的流程參見圖1。

圖1 改進(jìn)后的均壓煤氣回收工藝流程

改進(jìn)后的煤氣回收流程中，采用了完整的干法除塵工藝進(jìn)行工作，除塵之后的煤氣含塵量低，能夠有效達(dá)到進(jìn)入凈煤氣管網(wǎng)的要求。并且改進(jìn)之后的回收流程中的緩沖區(qū)設(shè)置，本質(zhì)上是均壓煤氣從高壓到低壓的泄壓過程環(huán)節(jié)，這必然會(huì)給除塵器濾袋和凈煤氣管網(wǎng)帶來沖擊。在料罐放散煤氣進(jìn)入凈煤氣管網(wǎng)的過程中，插入了這個(gè)緩沖環(huán)節(jié)，因此因?yàn)樾箟簩?duì)凈煤氣管網(wǎng)帶來的影響就會(huì)有所縮減。并且煤氣在經(jīng)過濾袋區(qū)域?qū)崿F(xiàn)除塵的時(shí)候，濾袋經(jīng)受的沖擊也會(huì)減小，有助于延長(zhǎng)濾袋的使用壽命。除此以外，從圖1中可以看到，除塵器中氣體以頂進(jìn)頂出的方式實(shí)現(xiàn)，其中的重力同樣有一定的的除塵作用。這種方式相對(duì)于傳統(tǒng)的側(cè)面進(jìn)出的除塵方式而言，氣體的分布相對(duì)而言比較均勻，同樣利于延長(zhǎng)除塵器的壽命。改進(jìn)的除塵器還在內(nèi)部設(shè)置了中心導(dǎo)管式喇叭口，煤氣在經(jīng)過這個(gè)區(qū)域的時(shí)候，因?yàn)閿嗝娴亩溉辉黾?，煤氣在進(jìn)人除塵器下部緩沖區(qū)域時(shí)流速明顯降低，再反向向上流動(dòng)，煤氣中尺寸較大的塵粒在慣性力作用下沉降到除塵器底部，實(shí)現(xiàn)塵氣分離，這同樣是實(shí)現(xiàn)初步除塵的一種重要方式。

2 均壓煤氣回收系統(tǒng)的效益分析

在高爐工作過程中增加均壓煤氣的回收環(huán)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致裝料的過程中增加一個(gè)額外的回收時(shí)間，而這個(gè)時(shí)間有可能會(huì)成為影響爐頂裝料的工作效率。為了明確這一問題，有必要展開相關(guān)的計(jì)算分析。在此僅對(duì)自然回收過程進(jìn)行考察。

前文中已經(jīng)討論過，自然回收過程是指放散煤氣的壓力從爐頂壓力降至接近凈煤氣管網(wǎng)壓力的過程，其會(huì)受到多個(gè)方面因素的影響，包括諸如爐頂壓力以及料罐和緩沖罐容積等方面。在料罐進(jìn)行排壓的時(shí)候，放散煤氣會(huì)處于臨界或者亞臨界狀態(tài)，處于臨界狀態(tài)的時(shí)候，料罐排壓放散煤氣以當(dāng)?shù)匾羲傧蚓彌_罐流動(dòng)，而處于亞臨界狀態(tài)下的時(shí)候，料管排壓放散煤氣的速度，則需要展開進(jìn)一步的計(jì)算，其平均速度可以用

V

來進(jìn)行表示。

對(duì)應(yīng)的有對(duì)于煤氣臨界判斷方式參見式(1)。

根據(jù)工程熱力學(xué)原理，臨界壓力與進(jìn)口壓力的比值為臨界壓力比，因此臨界壓縮比公式：

(1)

放散煤氣的速度

V

則可以參見式(2)。

(2)

在式(2)中，

ρ

表示料罐內(nèi)的氣體密度，而

P

'和

P

'則分別表示在該回收過程結(jié)束的時(shí)候，緩沖罐以及料罐內(nèi)的氣體壓力。通過計(jì)算，可以進(jìn)一步將均壓煤氣回收過程大體劃分為四個(gè)階段。其一，即臨界狀態(tài)之前，煤氣從料罐以音速朝向緩沖罐的流動(dòng)過程。其二，在臨界狀態(tài)之后，即處于亞臨界狀態(tài)的情況之下，煤氣從料罐內(nèi)以平均速度

V

來朝向緩沖罐內(nèi)流動(dòng)的過程，這個(gè)過程會(huì)持續(xù)到料罐內(nèi)的壓力達(dá)到設(shè)定值，也標(biāo)志著自然回收過程的結(jié)束。其三則是上述自然回收過程的繼續(xù)，這個(gè)階段進(jìn)一步分為兩個(gè)細(xì)節(jié)，即料罐中的剩余煤氣進(jìn)一步放散，以及采用自然回收和強(qiáng)制回收兩種工藝，來實(shí)現(xiàn)氮?dú)鈴牡獨(dú)夤薜搅瞎拗鸩教畛洌⑶因?qū)離煤氣的過程。其四同樣屬于自然回收和強(qiáng)制回收結(jié)合的階段，主要落實(shí)料罐中剩余氮?dú)獾姆派ⅰＭㄟ^計(jì)算可以確定，在自然回收結(jié)束的時(shí)候，料罐中的壓力

P

'需要達(dá)到略高于凈煤氣管網(wǎng)壓力的設(shè)定水平。而在時(shí)間方面，以自然回收和強(qiáng)制回收相結(jié)合的工藝，會(huì)比單純自然回收工藝額外需要大約10 s時(shí)間，但是在放散煤氣的采集方面則表現(xiàn)更優(yōu)。通常自然回收可以完成大約85%水平的放散煤氣獲取，但是在強(qiáng)制回收的幫助之下，放散煤氣基本可以實(shí)現(xiàn)完全回收。

3 結(jié)論

對(duì)于采用何種回收方式，可以在實(shí)際情況中進(jìn)行計(jì)算并且合理選擇。但是通常而言，有強(qiáng)制回收環(huán)節(jié)參與的回收工作，雖然其占時(shí)更多，但是整體效益更優(yōu)。目前高爐日產(chǎn)量與容量相匹配，多保持在1280 m-5500 m范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)的日產(chǎn)量能夠達(dá)到每天3648 t-11000 t水平，而煤氣回收工作，在有強(qiáng)制回收參與的時(shí)候，能夠達(dá)到21716 Nm-81910 Nm每天水平，可以用于直接發(fā)電利用，而減少碳排放為每天8958 kg-33788 kg，減少粉塵排放為每天217 kg-819 kg。有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。