溫維漢¹  郭喜明²  王曉婷¹  劉同俊¹  李志斌¹

(1.山西新泰鋼鐵有限公司，山西 介休032000； 2.阜新達誠科技有限公司，遼寧 阜新123000)

摘要：山西新泰鋼鐵集團有限公司4^#（1250m³）高爐料罐均壓煤氣回收項目，采用了“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)。該項目除塵元件采用了濕式除塵器，除塵方式為氣水霧化除塵，該項目依靠引射器實現(xiàn)了均壓煤氣全回收，引射器動力氣源為高壓凈煤氣，同時高壓凈煤氣也為氣水霧化的氣體。本工程于2020年8月19日在山西新泰鋼鐵有限公司煉鐵廠4^#（1250m³）高爐投用，投用后便達到了預期效果，據(jù)了解山西新泰1250m³高爐是國內(nèi)第一座實現(xiàn)料罐均壓煤氣濕式全回收技術(shù)的高爐，該技術(shù)處于行業(yè)領(lǐng)先水平。

關(guān)鍵詞：高爐；料罐均壓煤氣；濕式除塵；引射器；氣水霧化；全回收

0  引言

現(xiàn)代高爐爐頂煤氣壓力高，其裝料設(shè)備之受料斗在向料罐裝料前必須進行料罐排壓。所謂料罐排壓是指：高爐爐頂裝料設(shè)備之料罐裝料前排出料罐中煤氣的過程，所用的排氣設(shè)備為均壓放散閥。所排出的煤氣，傳統(tǒng)的作法是直接排入大氣，故也稱為放散。可是由于料罐中的煤氣含有大量煙塵和CO等毒性物質(zhì)，會嚴重污染環(huán)境，再加之煤氣本身的能源損失，因此，現(xiàn)已明令禁止將高爐爐頂均壓煤氣排空。既如此，這部分放散煤氣就需要加以回收，既要進行回收，就需對這部分煤氣進行除塵后送入煤氣管網(wǎng)。

“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利裝置，于2020年年8月19日在山西新泰煉鐵廠4^#（1250m³）高爐正常投用，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(shù)最后必須排放料罐殘存煤氣“冒煙”的問題，同時克服了料罐均壓煤氣溫度低于露點時布袋除塵器無法正常工作問題。通過生產(chǎn)實踐證明，本料罐均壓煤氣濕式全回收技術(shù)，凈煤氣含塵量在5.0mg/Nm³左右，料罐均壓煤氣總回收時間（含閥門開閉時間）縮短到12S，回收結(jié)束后料罐壓力為零，實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的預期效果。

1  國內(nèi)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] 進行了試運行。國內(nèi)在上世紀九十年代,當時的重慶鋼鐵設(shè)計院公開了一種利用引射器、文氏管除塵器和脫水器構(gòu)成的濕法煤氣回收系統(tǒng)的專利^[2]。由于各種方法均存在一定的缺陷，最終均沒有得到推廣應(yīng)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(nèi)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^[3]，并對以上三種方法進行了比較，同時還發(fā)表了論文。但未見其工業(yè)運行報道。

經(jīng)與兄弟單位交流和山西新泰鋼鐵公司專業(yè)技術(shù)人員的研究討論，與會專家一致認為“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)，先進且成熟可靠，并可做到料罐均壓煤氣全回收。決定在山西新泰煉鐵廠4^#（1250m³）高爐料罐均壓煤氣回收項目率先采用“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)。

2  山西新泰1250m³高爐料罐煤氣濕式全回收技術(shù)簡介

2.1技術(shù)方案

(1)新建“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”。新建專用濕式除塵器主要設(shè)備參數(shù)如表1：

表1  專用濕式除塵器主要設(shè)備參數(shù)表

Tab.1  Main equipment parameter list of special wet dust catcher

(2)從料罐均壓煤氣放散閥后的均壓煤氣放散管道上，敷設(shè)一支管道連接至新建的“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”入口作為料罐均壓煤氣回收荒煤氣主管。

(3)將“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”出口用一條管道引至低壓凈煤氣管網(wǎng)上（調(diào)壓閥組與并網(wǎng)閥組之間的煤氣管道），作為料罐均壓煤氣回收凈煤氣管主管。

(4)在“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”與料罐均壓煤氣回收荒煤氣主管之間，設(shè)置“引射裝置”。

(5)“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”含污水自循環(huán)系統(tǒng)，除塵用水經(jīng)污水自循環(huán)系統(tǒng)打打致“引射裝置”噴頭處。

(6)在引射裝置外部，采用管道隔音和彩鋼瓦棚雙重隔音，避免現(xiàn)場噪音過大，影響崗位工人健康。

(7)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及“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”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。

(8)其污水處理裝置之除塵水采用閉路循環(huán)專利技術(shù)，最終排出污泥用吸排車運至燒結(jié)系統(tǒng)回收利用。

(9)在高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統(tǒng)的管道、除塵器等部位配置相應(yīng)的閥門儀表，對新建“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”和料罐均壓煤氣回收荒煤氣部分主管進行保溫，并對“高爐料罐均壓煤氣濕式除塵裝器”錐體進行伴熱處理。

2.2工作原理

本煤氣回收系統(tǒng)由φ529×10的煤氣回收管道與中間料罐引出的備用均壓放散管道（不走消音器的料罐均壓放散管路）連通將煤氣引出，并在備用均壓放散管道的末端加裝手動扇型盲板閥。具體方案如下：高爐原設(shè)有二路煤氣均放系統(tǒng)，使用備用一路（A路），保留一路（B路），在Ａ路均壓放閥出口的均放管道上接出φ377×8的煤氣回收管道6m，然后通過變徑變成φ529×508×10×φ377管道，并在Ａ路均放閥出口的均壓放管道上加裝手動扇型盲板閥，φ529×10的煤氣回收管道沿高爐爐頂煤氣下降管引至進入新建濕式除塵器，新建濕式除塵器對煤氣進行凈化，凈化后的煤氣沿新建濕式除塵器出口管道流入調(diào)壓閥組的消音器之后的低壓凈煤氣管網(wǎng)，新建濕式除塵器設(shè)有引射器，在引射器的作用下完成料罐均壓煤氣的凈在與回收。回收時，Ａ路煤氣均壓放閥打開，Ｂ路煤氣均壓放閥關(guān)閉，料罐煤氣經(jīng)煤氣回收管道φ529×10進入煤氣回收系統(tǒng)，中間料罐進行卸壓，8~12秒鐘后，在引射器的作用下料罐壓力降至0kPa，Ａ路煤氣均壓放閥關(guān)閉，打開上密封閥，料罐上料，上料結(jié)束，關(guān)閉上密封閥，打開均壓閥，料罐充壓至爐頂壓力，打開下密封閥，對高爐進行加料，加料結(jié)束，重復上述操作。如此反復，實現(xiàn)料罐煤氣回收。

2.3技術(shù)優(yōu)點

(1)由于采用濕法除塵裝置，料罐煤氣回收過程不受料罐煤氣溫度的影響，解決了布袋除塵器在煤氣溫度低于露點時無法正常工作的問題。

(2)由于高爐料罐均壓煤氣回收操作采用噴射器來克服凈煤氣管網(wǎng)壓力，噴射器采用高壓凈煤氣作為動力，使料罐煤氣壓力低于煤氣管網(wǎng)壓力，接近大氣壓力，從而實現(xiàn)了高爐料罐煤氣充分回收。

(3)由于在噴射器高壓凈煤氣出口處設(shè)給水噴頭，高壓凈煤氣流速快，霧化效果好，除塵效率高。

(4)由于除塵用水循環(huán)使用，沒有污水排放。

(5)由于噴射器、脫水器、罐體、噴頭、管道、閥門等結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝、操作方便，因此具有利于推廣應(yīng)用等諸多優(yōu)點。

(6)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  山西新泰1250m³高爐料罐均壓煤氣濕式全回收實績

山新泰鋼鐵集團有限公司煉鐵廠技術(shù)人員根據(jù)自身高爐特點，本著技術(shù)領(lǐng)先、工藝成熟可靠的原則，在山西新泰煉鐵廠4^#（1250m³）高爐料罐均壓煤氣回收在線技改項目上采用了“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)。于2020年8月19日在正式投用。運行畫面如圖3，技術(shù)指標如表1，經(jīng)濟指標如表2。

圖3  4^#(1250m³)高爐運行畫面

Fig. 3  Operation picture of No.4 (1250m³) blast furnace

表2  技術(shù)指標表

Tab.2  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5.0mg/Nm³左右，料罐均壓煤氣總回收時間12S，回收結(jié)束后料罐壓力0Kpa，達到了預期效果。

表3  經(jīng)濟指標表

Tab. 3  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：4^#1250m³高爐每天回收料罐均壓煤氣約3.6萬Nm³/d、創(chuàng)效6841元/d、回收煤氣灰109kg/d、減少碳排放30.53t/d，達到了預期效果。預期高爐年回收料罐均壓煤氣1260萬Nm³，回收煤氣灰38t，減少碳排放10867t，年創(chuàng)效239萬元。

4  結(jié)論

4.1“一種高爐料罐均壓煤氣濕法除塵回收裝置”專利技術(shù)，真正實現(xiàn)了料罐均壓煤氣濕式全回收，克服了料罐均壓煤氣溫度低于露點時布袋除塵器無法正常工作問題，徹底解決了傳統(tǒng)高爐料罐均壓煤氣回收技術(shù)環(huán)保不達標難題。開拓了料罐均壓煤氣回收新局面。

4.2山西新泰1250m³高爐應(yīng)用后，各項工藝參數(shù)均達到了設(shè)定值，預計年回收料罐均壓煤氣1260萬Nm³、回收煤氣灰約38t、減少碳排放約10687t、年創(chuàng)效約239萬元，具有巨大的經(jīng)濟效益和環(huán)保效益。

參考文獻

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

[2]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.

[3] 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(shù)會議暨煉鐵學術(shù)年會文集（下）[C]. 中國江蘇無錫: 中國金屬學會, 2012:582～587.