王玉興，劉繼云
（首鋼京唐鋼鐵聯合有限公司能源與環境部，河北唐山063200）
【摘要】介紹了目前常用的轉爐煤氣回收方法；闡明了轉爐煤氣回收機理及研究方向；總結了轉氣回收的影響因素和實際生產中存在的問題，同時提出了解決問題的辦法。
【關鍵詞】轉爐煤氣；回收；影響因素；措施
1 前言
目前鋼鐵行業生產成本的不斷增加，競爭加劇，同時環保排放標準更加嚴格，因此提高余能利用效率和零污染成為行業共同追求的目標。其中煉鋼工序的噸鋼轉爐煤氣回收量的提高和如何高效地利用轉爐煤氣，達到“負能煉鋼”和“轉氣零放散”是當前行業共同研究的課題。
2 轉爐煤氣回收方法介紹
當前鋼鐵廠使用的轉爐煤氣回收方法有兩種，一是源自日本的OG（Oxygen converter Gas recovery）法，它是采用雙級文氏管為主流程的煤氣回收方法，俗稱“濕法”；二是源自德國L-T 法，它是采用干式靜電除塵器處理回收煤氣的方法，俗稱“干法”。
2.1 OG 法
OG 法是以雙級文氏管為主，又稱濕法。OG 法主要由煙氣冷卻系統、煙氣凈化系統及風機系統、回收系統、在線監測系統組成，見圖1。鋼鐵冶煉中生成的煤氣，在除塵風機作用下，煤氣從活動煙罩進入全封閉的回收系統。一級文氏管進行粗除塵和煤氣降溫，煤氣經重力脫水器脫水后再進入二級文氏管進行精除塵和再冷卻，而后經過兩文三脫的轉爐煤氣通過安裝在除塵風機后的CO 和O2 在線分析儀的檢測，達到回收條件的煤氣通過水封逆止閥進入煤氣柜儲存，煤氣柜后可設置有靜電除塵器二次除塵，再供給熱軋、套筒窯、電廠等用戶作能源使用，不合格的煤氣通過放散煙囪點火放散，有效地控制了回收煤氣的熱值和氧含量。
OG 法具有技術成熟、投資少、噸鋼煤氣回收量高、投資回收期短、設備國產率高等特點。但是仍存在一些問題，如：耗水量大、風機和水泵的耗電量大、系統阻力損失大、經常發生供排水系統和凈化設備的積灰堵塞，因而維護檢修費用高。
2.2 LT 法
LT 法為干式凈化回收法，又稱干法。LT 法主要由煙氣冷卻系統、電除塵系統及風機系統、回收系統、CO 和O2 在線監測系統組成，見圖2。其工作原理為煉鋼過程中產生的高溫含塵煙氣經過冷卻煙道進入蒸發冷卻器，冷卻煙道中產生的蒸汽送入蒸汽管網。煙氣溫度得到降低，同時煙氣中的粗灰被除去，通過電除塵器除去細灰。除塵后的煙氣，經風機進入切換站，CO 和O2 含量滿足條件的煤氣經再次冷卻后，進入煤氣柜被供給熱軋、套筒窯、電廠等用戶作能源使用，不滿足條件的煤氣則由放散裝置點火燃燒后排空。
LT 法具有以下優點：除塵效率高、節約工業水、回收的粉塵可二次利用、系統阻力損失小等。但是仍存在一些問題，如：投資造價高、自動控制連鎖多導致故障率高、系統易發生泄爆等安全事故。
3 轉爐煤氣回收的機理及研究方向
轉爐煤氣回收過程可以分為吹煉初期、吹煉中期和吹煉末期三個階段，如圖3 所示。何時開始回收煤氣，何時結束回收煤氣，由回收條件———煤氣中CO 和O2 含量決定，在吹煉初期只有兩者同時具備條件時才開始回收，在吹煉末期，當其中一個不滿足條件時，就要結束回收。想要多回收轉爐煤氣，就要延長回收時間。因此，有兩個研究方向：
（1） 研究降低吹煉初期的開始回收條件值和吹煉末期的結束回收條件值，延長吹煉初期或者吹煉末期的回收時間，達到多回收煤氣的目的，但此時煤氣平均熱值會降低，受到用戶的熱值需求的限制。
（2）研究縮短具備回收條件的時間，使吹煉初期CO 回收曲線斜率變大，達到延長有效回收時間的目的，此時平均熱值不會降低，對用戶無影響。
4 轉爐煤氣回收量的影響因素及措施
從以上兩個方向進行研究，可以在工藝、原料、回收條件、設備操作等方面采取措施：
（1）回收條件O2 含量、CO 含量的限定[1]。
一方面，為了保證煤氣回收過程的安全，防止發生爆炸事故，需要限定回收煤氣中的O2 含量；另一方面，為了滿足用戶對煤氣熱值的需求，需要限定回收煤氣中的CO 含量。實際生產中，由于每個企業轉爐煤氣回收工藝和煤氣用戶的要求都有差異，兩者設定值不同。在滿足安全生產和用戶生產需求的條件下，CO 回收限定值越低，回收煤氣的時間越長，回收煤氣量越多。因此，想要多回收煤氣，可以采取適當放寬轉爐煤氣回收條件的措施。
我廠通過合理控制3 座轉爐煤氣柜回收節奏和回收速度，提高轉氣鼓風機的輸送能力，將轉爐煤氣回收標準CO 含量由35%降低到32%，噸鋼可多回收4 m3 轉爐煤氣，年產生效益300 余萬元。（2）鐵水含碳量的影響
轉爐煤氣主要是鐵水中的碳氧化而產生，因此鐵水中的碳含量直接決定了轉爐煤氣的回收量。結合冶煉過程分析，影響碳含量的因素按照影響程度大小依次有：鐵水含碳量、鋼水含碳量、碳質發熱劑加入量、廢鋼的加入量等。因此，想要多回收煤氣，可以采取提高鐵水含碳量和碳質發熱劑加入量、降低鋼水含碳量和廢鋼的加入量等措施。
我廠煉鋼采用“全三脫”工藝，在脫磷過程中一部分碳轉化為CO 且沒有回收，降低了后續過程的CO 產生量，因此，我廠正在對脫磷過程的煤氣回收進行可行性研究，計劃將脫磷過程的低熱值煤氣單獨回收使用，避免能源浪費，降低環境污染。
（3）供氧強度影響
進入冶煉中期后，爐內反應以脫碳為主，脫碳速度主要取決于供氧強度。因此，可提高供氧強度，從而提高CO 含量在吹煉初期的上升速率和吹煉末期的下降速率，從而延長吹煉中期的時間，達到提高轉爐煤氣回收量的目的。
（4）降罩控制和爐口微壓差控制
轉爐冶煉過程中，吸入空氣時可造成CO 再次燃燒變成CO2，導致回收的轉爐煤氣熱值降低，間接影響轉爐煤氣的回收量?？諝獾奈胫饕芑顒訜熣挚刂坪蜖t口微差壓的影響。因此，在冶煉過程中，首先，控制降罩和升罩速度，要降罩到位；其次，要盡量減小煙罩與轉爐爐口的間隙，防止空氣吸入；第三，要合理調控爐口微差壓，保持爐口微正壓，避免冶煉過程吸入空氣，保證回收的轉爐煤氣熱值；第四，檢測到CO 合格需要一定的時間，此時間段內煤氣浪費沒有回收，因此可以考慮延長降罩和結束回收的時間，達到多回收轉爐煤氣的目的[2]。
（5）氧、CO 在線分析儀影響
在線氧分析儀和CO 分析儀，用于對煤氣成分進行分析，對煤氣回收發出指令，只有檢測結果達到回收要求，才將回收指令傳到三通閥，開始或者結束煤氣回收。分析儀檢測過程的快慢，直接決定了回收時間的長短，直接影響轉爐煤氣回收總量。因此，可以選擇使用分析速度較快的分析儀，以此來達到延長回收時間的目的，如：色譜分析儀在分析過程中需經過取樣、過濾和干燥等步驟，分析結果滯后，影響煤氣回收時間，可以考慮用激光分析儀代替色譜分
析儀，縮短反應時間，延長煤氣回收時間。
（6）工藝流程的影響。
當回收煤氣量提高時，煤氣的平均熱值降低，此時不能滿足某些用戶對熱值的需求，此時可以在工藝流程上進行改進，在轉爐煤氣中摻入高熱值的煤氣，如焦爐煤氣、天然氣等。
我廠套筒窯對煤氣熱值要求不低于6908.22～7536.24 kJ/m3，這就限制了低熱值轉爐煤氣的回收，為解決此問題，我廠組織設計了一套焦爐煤氣和轉爐煤氣混合站，通過向轉爐煤氣中混入焦爐煤氣，達到提高轉爐煤氣熱值的目的，在滿足套筒窯生產的情況下，能夠回收低熱值煤氣，從根本上解決了用戶對轉爐煤氣回收限制的問題。
（7）煤氣發生節奏、回收與使用的平衡控制。
轉爐冶煉的不連續性，決定了轉爐煤氣回收的不連續性，而轉爐煤氣的輸送與使用是連續的，因此需要平衡好轉爐煤氣發生和使用的矛盾，否則會出現轉爐煤氣拒收、煤氣熱值不穩定等問題。
針對此問題，我們制定了以下措施：首先，合理控制轉氣柜柜位，發揮多座氣柜并聯的作用，增強回收能力，我廠有3 座8 萬m3 轉氣柜可以同時回收，通過實驗驗證，總結出了轉氣柜入口調節閥的最優開度值，并寫入技術操作規程；其次，做好轉氣加壓機風量的調節，提高鼓風機效率，保證轉爐煤氣及時送到用戶；第三，做好轉爐煤氣與高爐煤氣管網的平衡，可以適時向高氣管網串入轉爐煤氣，保證煤氣零拒收。
參考文獻
[1] GB6222-2005，工業企業煤氣安全規程[S].
[2] 高文，賀書明. 提高轉爐煤氣回收量的實踐探索[J]. 冶金能源，2014（6）.