劉寶奎，孟凡雙，李建軍，張榮軍

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021）

高爐冶煉過(guò)程中，爐頂料罐裝料前需先將罐內(nèi)的高壓煤氣放散泄壓,再開(kāi)啟上部閥門(mén)裝料。此部分放散煤氣通常都是直接通過(guò)爐頂消音器排入大氣。由于煤氣中含有大量有毒有害、易燃易爆的氣體，且放散過(guò)程中伴隨有大量粉塵，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境尤其是高爐區(qū)域造成嚴(yán)重污染。另外，放散煤氣中一般含有較高的水分，通過(guò)消音器對(duì)空放散時(shí)，由于壓力突然降低，煤氣中的水分容易析出結(jié)露與粉塵混合后黏糊，堵塞均排壓閥及放散消音器，使其不能正常工作，導(dǎo)致高爐需休風(fēng)檢修，給高爐的生產(chǎn)維護(hù)帶來(lái)很大困難。為此，對(duì)鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠10號(hào)（3200 m3）高爐開(kāi)展了爐頂均壓煤氣回收技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐。

1 高爐爐頂均壓煤氣回收技術(shù)

高爐爐頂均壓煤氣回收工藝由煤氣回收系統(tǒng)、煤氣凈化系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)建成后與原有均排壓系統(tǒng)為并行關(guān)系，可通過(guò)程序控制自由切換。當(dāng)系統(tǒng)具備回收條件時(shí)，切換成投運(yùn)狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)處于故障或檢修狀態(tài)時(shí)，切換成常規(guī)放散狀態(tài)。

不同狀態(tài)時(shí)的系統(tǒng)工藝流程如下：

（1）系統(tǒng)離線時(shí)的均排壓流程

均壓流程：凈煤氣→均壓閥→下料罐；

排壓流程：下料罐→主排壓閥→消音器→大氣。

（2）系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)的均排壓流程

均壓流程：凈煤氣→均壓閥→下料罐；

排壓回收流程：下料罐→備用排壓閥→煤氣回收管路→布袋除塵器→凈煤氣管網(wǎng)；

二次放散流程：下料罐→主排壓閥→消音器→大氣。

高爐放散煤氣回收工藝流程圖見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，此工藝新增了一路放散煤氣回收管路，既可實(shí)現(xiàn)爐頂接近零排放，又能實(shí)現(xiàn)煤氣的回收利用。

圖1 高爐爐頂均壓煤氣回收工藝流程Fig.1 Process Flow for Recovery of Equalizing Gas at Top of BF

1.1 煤氣回收技術(shù)

1.1.1 煤氣回收系統(tǒng)組成

煤氣回收系統(tǒng)由管路及閥門(mén)組成，負(fù)責(zé)將爐頂放散煤氣引至除塵系統(tǒng)，之后再將凈化后的煤氣并入管網(wǎng)中。整個(gè)回收系統(tǒng)由兩部分組成，一部分是從爐頂?shù)讲即龎m器間的粗煤氣管路，另一部分是從布袋除塵器至煤氣管網(wǎng)之間的凈煤氣管路。每部分管路兩端均設(shè)置切斷閥，方便檢修單獨(dú)處理煤氣。

1.1.2 煤氣回收系統(tǒng)工藝流程

煤氣回收系統(tǒng)工藝采取一次回收結(jié)合二次放散工藝。當(dāng)回收系統(tǒng)就緒時(shí)，開(kāi)啟回收閥門(mén)，使整個(gè)回收管路保持暢通狀態(tài)。隨著爐頂備用排壓閥的開(kāi)啟，放散煤氣通過(guò)爐頂料罐與管網(wǎng)之間的壓差自然流至管網(wǎng)?；厥漳┢陉P(guān)閉備用排壓閥，開(kāi)啟主排壓閥，將料罐內(nèi)約20%的低壓煤氣二次排放到大氣中，此部分氣體壓力較低、攜塵量較少，二次排放時(shí)幾乎不可見(jiàn)，對(duì)環(huán)境和消音設(shè)備影響也較小。

由于煤氣回收量與時(shí)間成正比，同時(shí)整個(gè)回收過(guò)程先快后慢。為不影響爐頂裝料主工藝，通過(guò)裝料時(shí)序演算，回收時(shí)間控制在10 s以內(nèi)較為合理，實(shí)際操作時(shí)可根據(jù)高爐的裝料制度靈活調(diào)整回收時(shí)間或回收壓差，以滿足效益最大化［1］。

煤氣回收系統(tǒng)滿足爐頂常規(guī)放散煤氣回收工藝需要，根據(jù)爐頂上料時(shí)序要求，在不同時(shí)間設(shè)置下，能回收爐頂80%的放散煤氣。管系直徑選擇方面，遵循減少磨損、減少積水積灰的原則，采用前粗后細(xì)的不等徑設(shè)計(jì)。充分利用干法除塵倉(cāng)體的緩沖作用，快速將爐頂煤氣引至除塵器內(nèi)，再緩慢釋放到管網(wǎng)中，以減小氣流對(duì)布袋和管網(wǎng)的沖擊［2］。

1.1.3 煤氣回收系統(tǒng)特點(diǎn)

煤氣回收系統(tǒng)的倉(cāng)體前段、后段管道采用DN500管徑，降低煤氣流速和阻損，有利于減輕管壁磨損和布袋負(fù)荷，使整個(gè)回收過(guò)程平穩(wěn)、順暢。新增管路在布置上采用共架方案，不新立支架。爐頂區(qū)域接點(diǎn)處選擇在現(xiàn)有平臺(tái)上，順著下降管敷設(shè)至重力除塵器區(qū)域，之后再沿著塔前管道接至新增干法除塵器入口。除塵器出口管道沿著干法除塵框架和凈煤氣管網(wǎng)，敷設(shè)至調(diào)壓閥組后部?jī)裘簹夤艿郎?。為不影響爐頂現(xiàn)有均排壓工藝，滿足在線改造需求，在爐頂新增一路均排壓管道，管路上面新增兩臺(tái)排壓閥，串聯(lián)布置，一用一備［3］。

1.2 煤氣凈化技術(shù)

煤氣凈化系統(tǒng)包括布袋除塵器本體和附屬的反吹系統(tǒng)、保溫清灰系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，主要作用是將爐頂放散回收過(guò)來(lái)的含塵煤氣通過(guò)除塵器內(nèi)部濾袋凈化，將含塵量由5 g/Nm3降到5 mg/Nm3以滿足凈煤氣并網(wǎng)條件。如不進(jìn)行凈化，高爐每年將有約40 t的瓦斯灰進(jìn)入管網(wǎng)，會(huì)對(duì)下游生產(chǎn)設(shè)備造成較大影響［4］。另外，布袋除塵器箱體具有一定的緩沖作用。放散煤氣回收初期煤氣壓力較大，流速較快，通過(guò)除塵器時(shí)，因?yàn)槌龎m器箱體容積較大，能快速接收此部分煤氣，同時(shí)又能通過(guò)濾袋阻隔將此部分煤氣緩慢釋放到后部管網(wǎng)，降低對(duì)凈煤氣管網(wǎng)和其它設(shè)備的沖擊。

煤氣凈化裝置在結(jié)構(gòu)與功能上與干法除塵設(shè)施基本一致。實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，如果干法除塵器組有富裕除塵器，可優(yōu)先采用隔離一個(gè)除塵器利舊改造方案，能夠節(jié)省工期，降低投資［5］。新建布袋除塵器選用DN 4600箱體規(guī)格，采用與現(xiàn)有重力除塵器框架共建方案，具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 新建布袋除塵器設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design Parameters of New Bag Filter

除塵器經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行后，需對(duì)除塵器內(nèi)的濾袋進(jìn)行清灰處理。清灰系統(tǒng)采用固定式低壓氮?dú)饷}沖清灰工藝。濾袋除塵器錐形灰倉(cāng)中收集的瓦斯灰定期通過(guò)新增的無(wú)動(dòng)力卸灰裝置卸灰，卸灰運(yùn)輸方式采用與鄰近重力除塵器同形式。新增除塵器架設(shè)在現(xiàn)在三閥室框架之上，借用三閥室外側(cè)四個(gè)地角立柱，向上焊接立柱平臺(tái)。無(wú)新增落地支架。

2 應(yīng)用效果及效益

高爐爐頂均壓煤氣回收工藝于2020年1月開(kāi)始投入運(yùn)行。煤氣回收從爐頂下料罐放散閥旁邊接出，并設(shè)兩臺(tái)液壓回收閥，通過(guò)管道引至布袋除塵器，經(jīng)過(guò)布袋除塵后煤氣直接進(jìn)入凈煤氣低壓管網(wǎng)。新增煤氣回收系統(tǒng)中的均排壓閥與高爐爐頂料罐下密封閥連鎖，當(dāng)爐頂下料罐內(nèi)料排空，下密封閥完全關(guān)閉后，對(duì)應(yīng)的新增均排壓閥開(kāi)啟。開(kāi)啟40 s后，新增均排壓閥關(guān)閉 （即煤氣回收完成），爐頂原有放散閥開(kāi)啟。當(dāng)下料罐內(nèi)壓力降為大氣壓后，上密封閥開(kāi)啟進(jìn)入下一個(gè)裝料時(shí)序。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，均壓煤氣回收率為81%。年煤氣回收量為1 120萬(wàn)Nm3，煤氣灰日回收量約0.5 t，年減少高爐爐頂粉塵排放175 t，在很大程度上改善了高爐區(qū)域的操作環(huán)境，有利于清潔生產(chǎn)。

效益計(jì)算：

（1）煤氣回收減少碳排放量：高爐煤氣標(biāo)準(zhǔn)煤折算系數(shù)按0.12 kg／m3（標(biāo)態(tài)）計(jì)，年回收均壓煤氣折算標(biāo)準(zhǔn)煤量為1 344 t。標(biāo)準(zhǔn)煤碳排放折算系數(shù)按0.85計(jì)，且煤氣灰含有焦炭粉塵（約5%），則均壓煤氣回收減少碳排放量為1 344×0．85+175×0．05≈1 151 t/a。

（2）煤氣回收利用效益：高爐煤氣按照0.1元/m3計(jì)算，年節(jié)約煤氣1 120萬(wàn)m3，則效益為1 120×0.1=112萬(wàn)元/a。

3 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠10號(hào)（3200 m3）高爐通過(guò)應(yīng)用爐頂均壓煤氣回收技術(shù)回收原本直接排入大氣中的煤氣，煤氣回收率達(dá)到81%，減少高爐爐頂粉塵排放175 t/a，減少碳排放量約為1 151 t/a，創(chuàng)效112萬(wàn)元/a，既有良好的節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)效益，又從根本上降低了污染物排放，具有重要的環(huán)保意義，值得推廣和借鑒。