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: 介紹了國內外高爐料罐煤氣的回收現狀，以及山東泰山鋼鐵集團引進“高爐料罐煤氣全回收”專利技術，并在 1#和 2#兩座 1 780 m³ 高爐上實際應用情況。項目采用干法布袋除塵器，依靠專用引射器實現料罐煤氣全回收功能。投用后，兩座高爐的料罐煤氣回收均達到了預期的效果，且經濟效益可觀。

關鍵詞: 高爐料罐; 均壓煤氣; 高壓凈煤氣; 引射器; 全回收; 節能環保

0 引言

近年來，隨著鋼鐵企業環境治理和挖潛增效工作的深入開展，部分高爐新增了料罐均壓煤氣布袋除塵凈化回收裝置。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 1例。該裝置能凈化和回收 85% 左右的料罐均壓放散煤氣，不僅能降低生產成本，而且能降低高爐料罐均壓煤氣對空排放產生的噪音和粉塵污染。然而，生產實踐證明該裝置亦存在缺陷。其中包括: 回收煤氣后料罐殘存煤氣壓力高，必須開爐頂均壓放散閥泄壓，才能進行正常操作，而開爐頂泄壓時，不但產生對空排放煤氣和粉塵造成的環境污染等問題，對于爐頂設備作業率較高的高爐來說則無法正常使用。

阜新達誠科技有限公司開發的“高爐料罐煤氣全回收專利技術”實現了料罐均壓煤氣全回收，消除了傳統高爐料罐均壓煤氣回收后，排放料罐殘存煤氣所產生的“冒煙”的問題。經山東泰山鋼鐵集團有限公司煉鐵廠 1#和 2#兩座 1780 m³ 高爐實際應用，料罐均壓凈煤氣含塵量達到 4．0 mg /Nm³ 左右，料罐均壓煤氣總回收時間( 含閥門開閉時間) 縮短到 8 s，回收結束后料罐壓力為零，達到了節能環保的預期效果。

1 國內外高爐料罐煤氣回收現狀

上世紀七八十年代，前蘇聯、日本等國曾對均壓放散工藝優化進行過嘗試，并投入工業生產^［1］。其中，由日本石川島播磨重工業公司研制成功，在鹿島廠 1 #高爐投入使用的均壓回收設備，獲得“日本1980 年節能設備優秀項目獎”^［2］。國內在上世紀九十年代，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” 的專利^［3］。

總體上來說，國內外料罐均壓煤氣的回收方法有直接( 利用爐頂旋風除塵器) 回收、濕法除塵回收和干法除塵回收 3 種。但由于各種方法均存在一定的缺陷，最終無一得到推廣應用。其中，典型原因有: 回收煤氣含塵量高，造成凈煤氣污染; 或以除塵為主、回收煤氣為輔，沒有徹底解決環保問題; 過濾元件失效，煤氣回收時間長。

近年來，公開報道的資料大部分介紹的為“自然回收”應用實績或提出了全回收設想。文獻^［4］和文獻^［5］均介紹了“自然回收”應用實績，而文獻^［6］提出應當進行全回收，但沒有指出如何實現全回收。

針對以上問題，業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料罐均壓煤氣回收的方法^［4］，并對以上 3 種方法進行了比較，但未見其工業運行報道。

在項目實地考察中了解到，阜新達誠科技有限公司研發的“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。已先后在濰鋼 2 # 1 350 m³ 高爐( 2018 年 9 月 1 日投用) 、濰鋼 1# 1 080 m³ 高爐( 2019 年 4 月 9 日投用) 和山西通才工貿有限公司 3# 1 860 m³ 高爐的料罐均壓煤氣凈化與回收項目( 2019 年 6 月 8 日投用) 。

這 3 座高爐的料罐均壓煤氣回收系統，自投用以來均實現了回收煤氣含塵量≤5 mg /Nm³ 、總回收時間≤13 s、回收結束后料罐壓力 0 kPa 的良好效果。

2 泰鋼兩座 1780 m³ 高爐料罐煤氣全回收技術

2． 1 技術方案

(1) 建新布袋除塵器作為料罐均壓煤氣回收除塵裝置，其主要設備參數如表 1 所示。

(2) 從料罐均壓煤氣放散閥后，鋪設 1 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) 從新建布袋除塵器出口，鋪設一路管道至低壓凈煤氣管網上，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引射裝置”，避免開爐頂均壓放散閥泄壓操作步驟，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引射裝置外部，采用管道和彩鋼瓦棚雙重隔音，避免現場噪音過大，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及布袋除塵器的規格型號根據高爐爐容和爐頂作業率等實際生產情況確定。

(7) 回收的煤氣灰加濕后汽車運至燒結配料系統。

(8) 在高爐料罐均壓煤氣凈化回收系統的管道、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和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，避免結露現象。

2． 2 工作原理

高爐原有的兩路均壓煤氣放散系統( 利舊) ，使用 1 路( A 路) ，備用 1 路( B 路) 。在 A 路均壓放散閥出口的均放管道上，沿高爐爐頂煤氣下降管，引出料罐均壓煤氣回收荒煤氣管道，至地面上新建的布袋除塵器，對煤氣進行凈化后，沿新建布袋除塵器出口管道，流向低壓凈煤氣管網。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，料罐煤氣經煤氣回收荒煤氣管道進入煤氣回收系統，料罐進行卸壓，5 ～ 15 s 后，在引射器的作用下料罐壓力降至 0 kPa，A 路均壓煤氣放散閥關閉，同時引射系統的引射閥也關閉，打開上密封閥，料罐上料。上料結束后，關閉上密封閥，打開均壓閥，料罐充壓至爐頂壓力。需要向爐內放散時，打開下密封閥、下料閘，對高爐進行加料，加料結束，關閉下料閘、下密封閥，重復上述操作。如此反復，實現料罐煤氣回收。

因煤氣回收時間較短，約 10 s，且瞬間煤氣流量較大。為保證布袋除塵效果，必須對新建布袋除塵器進行嚴格計算，保證經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的壓力沖擊，從而達到在較短時間內盡可能多地回收煤氣的目的。煤氣經過除塵凈化后，進入高爐煤氣調壓閥組的消音器后的煤氣管網。高爐料罐均壓煤氣全回收工藝流程如圖 1 所示。

2． 3 技術特點

(1) 通過負壓的吸引和正壓的推動，實現了將料罐均壓煤氣引射回收，省去了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% ，較傳統裝置多回收 15% 左右的均壓煤氣; 同時由于原有均壓放散閥可以不打開，減少了煤氣凈化回收時間，又不增加爐頂設備作業率，既節能，又經濟。

(3) 該裝置占地面積小，結構簡單，只是管和閥的連接，操作方便，易于實施及維護。

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

(5) 利用高壓高溫凈煤氣對料罐均壓煤氣凈化回收系統進行引射，引射氣體與被引射氣體成分相同，回收的煤氣熱值不降低。

3 泰鋼兩座 1 780 m³ 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引進“高爐料罐煤氣全回收專利技術”。其中，2020 年 2 月 19日 2#高爐投用，2020 年 6 月 7 日 1#高爐投用。投用后的技術指標和經濟指標分別如表 2 和表 3 所示。

可以 看 出: 回收的料罐均壓凈煤氣含塵量4． 0 mg /Nm3 左右，總回收時間 8 s，回收結束后料罐壓力0 kPa，達到了預期效果。

說明:

(1) 年工作日按 350 天計;

(2) 按 3 Nm³ 煤氣發 1 kwh 電，每度電按峰、平、谷均價 0． 57 元計，即每回收 1 Nm³ 料罐均壓煤氣價格為 0． 19 元;

(3) 煤氣含塵量按 3 g /Nm³ ;

(4) 每 1 萬 Nm³ 高爐煤氣折碳排放量 8． 48 t。

由表 3 可以看出: 兩座高爐每天回收料罐均壓煤氣約 6． 2 萬 Nm³ 、創效 12 000 元/d、回收煤氣灰538 kg /d、減少碳排放53． 14 t /d，預期兩座高爐年回收料罐均壓煤氣 2 194 萬 Nm³，回收煤氣灰 66 t，減少碳排放 18 600 t，年創效 436 萬元，達到了預期效果。

4 結論

(1) “高爐料罐煤氣全回收專利技術”，真正實現了料罐均壓煤氣全回收，徹底解決了傳統高爐料罐均壓煤氣回收后排放料罐因殘存煤氣而“冒煙”問題，環保效益顯著。

(2) 泰鋼兩座 1 780 m³ 高爐應用料罐煤氣全回收專利技術后，各項工藝參數均達到了設定值，預計年回收料罐均壓煤氣 2 194 萬 Nm³ 、回收煤氣灰66 t、減少碳排放 18 600 t、年創效 436 萬元，經濟效益可觀。

參考文獻

［1］徐冠忠． 高爐爐頂放散煤氣回收技術的發展［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化分析 ［C］． 全國煉鐵生產技術會議暨煉鐵學術年會，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， CN1062379A，1992 － 07 － 01．

［4］王秀英． 承鋼 2 500 m³ 高爐熱平衡測算與節能探討［J］． 河北冶金，2014，( 8) : 10 ～ 14．

［5］田瑋． 高爐料罐均壓放散煤氣凈化回收技術研究［J］． 河南冶金， 2017，25( 6) : 51 ～ 53．

［6］李寶忠，董洪旺． 綠色高爐煉鐵技術發展方向［J］． 河北冶金， 2020，( S1) : 1 ～ 4 ．