李傳永¹  郭喜明²  郭立濤¹   趙秀志¹  付傳波¹  伊希明¹

(1.泰山鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271100； 2.阜新達誠科技有限公司，遼寧 阜新123000)

摘要：山東泰山鋼鐵集團有限公司1^#（1780m³）高爐和2^#（1780m³）高爐料罐均壓煤氣回收項目，應用了阜新達誠科技有限公司的“高爐料罐煤氣全回收專利技術”。該項目于2020年2月19日在2^#高爐上投用、2020年6月7日在1^#高爐上投用。本項目的除塵元件采用了干法布袋除塵器，全回收功能的實現(xiàn)是依靠引射器，引射器采用了阜新達誠科技有限公司的“高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)引射裝置”。兩座高爐料罐均壓煤氣回收系統(tǒng)投用后都達到了預期效果，據(jù)了解泰鋼是國內第三家實現(xiàn)料罐均壓煤氣全回收技術的鋼廠，該技術處于行業(yè)領先水平。

關鍵詞：高爐；料罐均壓煤氣；高壓凈煤氣；引射器；全回收；節(jié)能環(huán)保

0  引言

近年來隨著鋼鐵企業(yè)環(huán)境治理工作和挖潛增效工作的深入開展，一些鋼廠的高爐新增了高爐料罐均壓煤氣布袋除塵凈化回收裝置。如中國專利201120132937.6公告的“一種高爐干法均壓煤氣回收裝置”便是其中的一例。該裝置能凈化和回收85%左右的料罐均壓放散煤氣，不僅能降低生產(chǎn)成本，而且能降低高爐料罐均壓煤氣對空排放之噪音和粉塵污染。然而，生產(chǎn)實踐證明該裝置亦存在缺陷，其中包括：因回收煤氣后料罐殘存煤氣壓力高，故必須開爐頂均壓放散閥泄壓，才能進行正常操作；而開爐頂均壓放散閥泄壓操作時，則仍會存在對空排放煤氣和粉塵污染環(huán)境等問題；再則，如這種需要開爐頂均壓放散閥泄壓的情形，對于爐頂設備作業(yè)率較高的高爐則無法應用。

山東泰山鋼鐵集團有限公司煉鐵廠的1^#（1780m³）高爐和2^#（1780m³）高爐，在高爐料罐均壓煤氣回收在線技改項目上，引進了阜新達誠科技有限公司的“高爐料罐煤氣全回收專利技術”。該技術實現(xiàn)了料罐均壓煤氣全回收，消除了傳統(tǒng)高爐料罐均壓煤氣回收技術最后必須排放料罐殘存煤氣“冒煙”的問題。回收的料罐均壓凈煤氣含塵量4.0mg/Nm³左右，料罐均壓煤氣總回收時間（含閥門開閉時間）8S，回收結束后料罐壓力0Kpa，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的預期效果。兩座高爐每天回收料罐均壓煤氣約3.8萬Nm³/d、回收煤氣灰114kg/d、減少碳排放32.46t/d、回收煤氣創(chuàng)效7274元/d，預期兩座高爐年回收料罐均壓煤氣1340萬Nm³/y、回收煤氣灰40t/y、減少碳排放11360t/y、年創(chuàng)效254萬元/y。

1  國內外現(xiàn)狀

國外在上世紀七八十年代，前蘇聯(lián)、日本等國即有對均壓放散工藝優(yōu)化的嘗試，并投入工業(yè)生產(chǎn)^[1]。其中由日本石川島播磨重工業(yè)公司研制成功，在鹿島廠1^#高爐投人使用的均壓回收設備，更是獲得了日本1980年節(jié)能設備優(yōu)秀項目獎^[2]。國內在上世紀九十年代, 當時的重慶鋼鐵設計院公開了一種利用引射器、文氏管除塵器和脫水器構成的濕法煤氣回收系統(tǒng)的專利^[3]。

總體上來說，國內外回收料罐均壓煤氣的有直接（利用爐頂旋風除塵器）回收法、濕法除塵回收法和干法除塵回收法三種。但由于各種方法均存在一定的缺陷，最終均沒有得到推廣應用。不能推廣用比較典型的原因如下：有的因回收煤氣含塵量高，造成凈煤氣污染而停用；有的以除塵為主、回收煤氣為輔，沒有徹底解決環(huán)保問題而廢棄；還有的因過濾元件失效引發(fā)回收時間長而被迫下線。

針對以上問題，業(yè)內研究人員進行了理論研究，提出了氣囊法、引射法和氣體替換法等新的回收料罐均壓煤氣的方法^[4]，并對以上三種方法進行了比較，同時還發(fā)表了論文。但未見其在鋼鐵行業(yè)運行的相關報道。

經(jīng)與兄弟單位交流和實地考察，阜新達誠科技有限公司的“高爐料罐煤氣全回收專利技術”先進且成熟可靠，并能做到料罐均壓煤氣全回收。實地考察的有濰鋼2^#1350m³高爐料罐均壓煤氣凈化與回收項目（2018年9月1日投用），濰鋼1^#1080m³高爐料罐均壓煤氣凈化與回收項目（2019年4月9日投用），山西通才工貿有限公司3^#1860m³高爐料罐均壓煤氣凈化與回收項目(2019年6月8日投用)。這三座高爐的料罐均壓煤氣回收系統(tǒng)，自投用以來都實現(xiàn)了回收煤氣含塵量≤5mg/Nm³、總回收時間≤13S、回收結束后料罐壓力0 Kpa的良好效果。圖1是濰鋼2^#1350m³高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)運行畫面，圖2是濰鋼1^#1080m³高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)運行畫面，圖3是山西通才工貿有限公司3^#1860m³高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)運行畫面。

圖1  濰鋼2^#1350m³高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)運行畫面

Fig.1  Operation picture of pressure equalizing gas purification and recovery system of No.2 1350m³ blast furnace in Weigang

圖2  濰鋼1^#1080m³高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)運行畫面

Fig.2  Operation picture of pressure equalizing gas purification and recovery system of No.1 1080m³ blast furnace in Weigang

圖3  山西通才工貿有限公司3^#1860m³高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)運行畫面

Fig.3  Operation picture of gas purification and recovery system of No.3 1860m³ blast furnace charging tank of Shanxi tongcai industry and Trade Co., Ltd

2  阜新達誠科技有限公司高爐料罐均壓煤氣全回收技術簡介

2.1技術方案

(1)建設一套布袋除塵器，作為料罐均壓煤氣回收除塵裝置。

(2)從料罐均壓煤氣放散閥后的均壓煤氣放散管道上，鋪設一支管道連接至新建的布袋除塵器入口，作為料罐均壓煤氣回收荒煤氣主管。

(3)將新建布袋除塵器出口，用一路管道鋪設至低壓凈煤氣管網(wǎng)上，作為料罐均壓煤氣回收凈煤氣管主管。

(4)在高壓凈煤氣主管與料罐均壓煤氣回收凈煤氣主管之間，設置“高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)引射裝置”，以免除開爐頂均壓放散閥泄壓操作步驟，可以提高煤氣回收率（達到煤氣100%回收），縮短回收時間，最終不影響高爐正常上料。

(5)在高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)引射裝置外部，采用管道保溫和消音板房雙重隔音，避免現(xiàn)場噪音過大，對周邊職工造成影響。

(6)料罐均壓煤氣回收荒煤氣主管、凈煤氣主管、引射用高壓凈煤氣管道，以及布袋除塵器的規(guī)格型號，根據(jù)高爐爐容和爐頂作業(yè)率等實際生產(chǎn)情況確定。

(7)回收的煤氣灰加濕后，由汽車運至燒結配料系統(tǒng)。

(8)在高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)的管道、箱體等部位，配置相應的閥門儀表，并對新建布袋除塵器箱體、料罐均壓放散煤氣回收荒煤氣主管進行保溫，對新建布袋除塵器箱體錐體進行伴熱處理，以避免結露現(xiàn)象。

2.2工作原理

高爐原設有二路均壓煤氣放散系統(tǒng)（利舊），使用一路（Ａ路），備用一路（Ｂ路），在Ａ路均壓放散閥出口的均放管道上，接出料罐均壓煤氣回收荒煤氣管道，該管路沿高爐爐頂煤氣下降管，引至地面上的新建布袋除塵器，新建的布袋除塵器對煤氣進行凈化，凈化后的煤氣沿新建布袋除塵器出口管道，流向低壓凈煤氣管網(wǎng)，布袋除塵器出口管道末端設有引射器，在引射器的作用下，完成料罐均壓煤氣的凈化與回收。回收時，Ａ路均壓煤氣放散閥（利舊該路均壓放散閥）打開，Ｂ路煤氣均壓放散閥關閉，料罐煤氣經(jīng)煤氣回收荒煤氣管道進入煤氣回收系統(tǒng)，料罐進行卸壓，5~15秒鐘后，在引射器的作用下料罐壓力降至0 kPa，Ａ路均壓煤氣放閥散關閉，同時引射系統(tǒng)的引射閥也關閉，打開上密封閥，料罐上料，上料結束，關閉上密封閥，打開均壓閥，料罐充壓至爐頂壓力。需要向爐內放料時，打開下密封閥、下料閘，對高爐進行布料，布料結束，關閉下料閘、下密封閥，重復上述操作。如此反復，實現(xiàn)料罐煤氣回收。

因煤氣回收時間～10s，時間較短，瞬間煤氣流量較大，為保證布袋除塵器的除塵效果，新建布袋除塵器必須進行嚴格計算，保證經(jīng)濟適用的過濾風速及合理的幾何容積。該布袋除塵器既是一個煤氣過濾、凈化裝置，同時也是個緩沖容器，合理的箱體幾何容積可有效消除回收煤氣對凈煤氣管網(wǎng)的壓力沖擊，從而達到在較短時間內盡可能多的回收煤氣的目的。煤氣經(jīng)過除塵凈化后，進入高爐煤氣調壓閥組、消音器后的煤氣管網(wǎng)。高爐料罐均壓煤氣全回收工藝流程如圖4。

圖4  高爐料罐均壓煤氣全回收工藝流程如圖

Fig.4  The process flow of full recovery of pressure equalizing gas from blast furnace charging tank is shown in the figure below

2.3技術優(yōu)點

(1)通過負壓的吸引和正壓的推動，實現(xiàn)了將料罐均壓煤氣引射回收目的，從而免除開爐頂均壓放散閥泄壓操作工序，簡化了工藝流程。

(2)在對料罐均壓煤氣回收系統(tǒng)進行引射時，可以將料罐均壓煤氣凈化回收率提高到100%，較傳統(tǒng)裝置多回收15%左右的料罐均壓煤氣；同時由于原有均壓放散閥可以不開，故既能減少煤氣凈化回收時間，又不增加爐頂設備作業(yè)率，故而節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟效益明顯。

(3)本系統(tǒng)的裝置結構簡單，只是管和閥的連接，所以操作容易，使用方便，不僅占地及占用空間面積小，而且易于實施及維護。

(4)本系統(tǒng)的裝置只需將高壓高溫的凈煤氣，引進均壓煤氣回收系統(tǒng)的凈煤氣管路中，即可進行在線引射，既不需要其它大型輔助設備，又沒有其它額外電力及動力消耗，安全性高、故投資少、運行成本低。

(5)此外，本系統(tǒng)是利用高壓高溫凈煤氣，對料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)進行引射，引射氣體與被引射氣體成份相同，因此回收的煤氣熱值不降低。

3  泰鋼兩座1780m³高爐料罐煤氣全回收實績

山東泰山鋼鐵集團有限公司煉鐵廠技術人員根據(jù)自身高爐特點，本著技術領先、工藝成熟可靠的原則，在高爐料罐均壓煤氣回收在線技改項目上，引進了阜新達誠科技有限公司的“高爐料罐煤氣全回收專利技術”。該技術消除了傳統(tǒng)高爐料罐均壓煤氣回收技術最后必須排放料罐殘存煤氣“冒煙”的問題，實現(xiàn)了料罐均壓煤氣全回收。2020年2月19日2^#高爐投用，2020年6月7日1^#高爐投用。運行畫面圖5和圖6，技術指標如表1，經(jīng)濟指標如表2。

圖5  1^#(1780m³)高爐運行畫面

Fig. 5  Operation picture of No.1 (1080m³) blast furnace

圖6  2^#(1780m³)高爐運行畫面

Fig. 6  Operation picture of No.2 (1080m³) blast furnace

表1  技術指標表

Tab. 1  Technical index table

V₁：料罐有效容積，單位m³；

V₂：料罐幾何容積，單位m³；

Q₁：每罐均壓煤氣量，單位Nm³；

Q₂：每罐回收均壓煤氣量，單位Nm³；

η：均壓煤氣回收率，單位%；

Q₃：回收每罐均壓煤氣引射用高壓凈煤氣量，單位Nm³；

M：回收凈煤氣含塵量，單位mg/Nm³；

S：含閥門開閉總回收時間，單位S。

由上表可以看出：回收的料罐均壓凈煤氣含塵量4.0mg/Nm³左右，料罐均壓煤氣總回收時間8S，回收結束后料罐壓力0Kpa，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的預期效果。

表2  經(jīng)濟指標表

Tab. 2  Table of economic indicators

說明：

1）年工作日按350天計；

2）煤氣單價按3N³煤氣發(fā)一度電，每度電按峰、平、谷均價0.57元計，即每回收1N3料罐均壓煤氣價格為0.19元；

3）煤氣含塵量按3g/Nm³；

4）每1萬Nm³高爐煤氣折碳排放量8.48噸。

由上表可以看出：兩座高爐每天回收料罐均壓煤氣約3.8萬Nm³/d、創(chuàng)效7274元/d、回收煤氣灰114kg/d、減少碳排放32.46t/d，預期兩座高爐年回收料罐均壓煤氣1340萬Nm³/y，回收煤氣灰40t/y，減少碳排放11360t/y，年創(chuàng)效254萬元/y。達到了預期的經(jīng)濟效果，更重要的是真正實現(xiàn)了料罐均壓煤氣料罐均壓煤氣全回收，環(huán)保效益巨大。

4  結論

4.1泰鋼兩座1780m³高爐，在料罐均壓煤氣回收在線技改項目上，引進了阜新達誠科技有限公司的“高爐料罐煤氣全回收專利技術”。實現(xiàn)了料罐均壓煤氣全回收，消除了傳統(tǒng)高爐料罐均壓煤氣回收技術最后必須排放料罐殘存煤氣“冒煙”的問題。

4.2泰鋼兩座1780m³高爐，回收的料罐均壓凈煤氣含塵量4.0mg/Nm³左右，料罐均壓煤氣總回收時間（含閥門開閉時間）8S，回收結束后料罐壓力0Kpa，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的預期效果。

4.3泰鋼兩座1780m³高爐，每天回收料罐均壓煤氣約3.8萬Nm³/d、回收煤氣灰114kg/d、減少碳排放32.46t/d、回收煤氣創(chuàng)效7274元/d。

4.4預期泰鋼兩座1780m³高爐年回收料罐均壓煤氣1340萬Nm³/y、回收煤氣灰40t/y、減少碳排放11360t/y、年創(chuàng)效254萬元/y。

參考文獻

[1]徐冠忠.高爐爐頂放散煤氣回收技術的發(fā)展[J].冶金能源,1985,4(5):38～41.

[2] 王小偉，唐恩，范小剛等.高爐爐頂均壓放散工藝方案優(yōu)化分析[A].見：中國金屬學會.2012年全國煉鐵生產(chǎn)技術會議暨煉鐵學術年會文集（下）[C]. 中國江蘇無錫: 中國金屬學會, 2012:582～587.

[3]項鐘庸,鄒忠平.高爐爐頂排壓煤氣強制回收裝置[P].中國發(fā)明專利,CN1062379A,1992-07-01.

[4] 王小偉，唐恩，范小剛等.高爐爐頂均壓放散工藝方案優(yōu)化分析[A].見：中國金屬學會.2012年全國煉鐵生產(chǎn)技術會議暨煉鐵學術年會文集（下）[C]. 中國江蘇無錫: 中國金屬學會, 2012:582～587.