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)注的一個重點，其在運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)能減排的重點推進(jìn)對象。就目前而言，針對高爐系統(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)了不容忽視的一個位置，在堅持環(huán)保綠色路線的同時，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，在裝料的時候，料罐中的均壓煤氣通常直接對空進(jìn)行排放，這些對空排放的煤氣，由CO、CO、N以及粉塵組成，對于處于常態(tài)運行中的高爐而言，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，會直接帶來大氣污染，也浪費了煤氣能源。因此，必須對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。

對于均壓煤氣的回收技術(shù)，最初是由一臺緩沖罐和一臺布袋除塵器共同構(gòu)成，爐頂料罐的煤氣先后進(jìn)入兩個設(shè)備，最終進(jìn)入到凈煤氣管網(wǎng)中。在上述的這個自然回收過程結(jié)束之后，強(qiáng)制回收過程通過向料管注入N來進(jìn)一步實現(xiàn)對于低壓煤氣的驅(qū)趕，并且在隨后按照高爐裝料程序?qū)經(jīng)放散裝置實現(xiàn)放散。對于這樣的回收過程而言，會因為場地問題而導(dǎo)致無法有效實現(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，插入了這個緩沖環(huán)節(jié)，因此因為泄壓對凈煤氣管網(wǎng)帶來的影響就會有所縮減。并且煤氣在經(jīng)過濾袋區(qū)域?qū)崿F(xiàn)除塵的時候，濾袋經(jīng)受的沖擊也會減小，有助于延長濾袋的使用壽命。除此以外，從圖1中可以看到，除塵器中氣體以頂進(jìn)頂出的方式實現(xiàn)，其中的重力同樣有一定的的除塵作用。這種方式相對于傳統(tǒng)的側(cè)面進(jìn)出的除塵方式而言，氣體的分布相對而言比較均勻，同樣利于延長除塵器的壽命。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)過這個區(qū)域的時候，因為斷面的陡然增加，煤氣在進(jìn)人除塵器下部緩沖區(qū)域時流速明顯降低，再反向向上流動，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，實現(xiàn)塵氣分離，這同樣是實現(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)，會導(dǎo)致裝料的過程中增加一個額外的回收時間，而這個時間有可能會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)的計算分析。在此僅對自然回收過程進(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，其會受到多個方面因素的影響，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)行排壓的時候，放散煤氣會處于臨界或者亞臨界狀態(tài)，處于臨界狀態(tài)的時候，料罐排壓放散煤氣以當(dāng)?shù)匾羲傧蚓彌_罐流動，而處于亞臨界狀態(tài)下的時候，料管排壓放散煤氣的速度，則需要展開進(jìn)一步的計算，其平均速度可以用

V

來進(jìn)行表示。

對應(yīng)的有對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)束的時候，緩沖罐以及料罐內(nèi)的氣體壓力。通過計算，可以進(jìn)一步將均壓煤氣回收過程大體劃分為四個階段。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)流動的過程，這個過程會持續(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)，這個階段進(jìn)一步分為兩個細(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，來實現(xiàn)氮氣從氮氣罐到料罐逐步填充，并且驅(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，主要落實料罐中剩余氮氣的放散。通過計算可以確定，在自然回收結(jié)束的時候，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。而在時間方面，以自然回收和強(qiáng)制回收相結(jié)合的工藝，會比單純自然回收工藝額外需要大約10 s時間，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現(xiàn)完全回收。

3 結(jié)論

對于采用何種回收方式，可以在實際情況中進(jìn)行計算并且合理選擇。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。有效實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。