高炉炉顶均压放散工艺方案优化分析.doc

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1、高炉炉顶均压放散工艺方案优化分析王小伟，唐恩，范小刚，周强，李菊艳(中冶南方工程技术有限公司，武汉，)摘要：针对当前高炉炼铁均压放散时，煤气直接对空排放的现状，为了减少煤气排放，降低环境污染，提出了气囊法、引射法和气体替代法等新型炉顶煤气均压放散工艺。以上三种新工艺操作简单，自动化程度高，均能实现煤气的回收利用。但气囊法占地面积大，运行维护成本高，当煤气与通入气囊气体单价比值大于4时，才能获得经济效益；引射法可实现煤气与粉尘的完全回收，具有很好的经济和环保效益，由于需要增加除尘设施和引射器，比较适用于新建高炉；气体替换法可回收绝大部分煤气，却无法避免粉尘的排放，但

2、与传统均压放散工艺相比，仍能获得巨大的经济和环保效益，且固定投资少，操作灵活，不仅适用于新建高炉，也适用于现有高炉。关键词：均压放散；气囊法；引射法；气体替换法引言目前，世界范围内的料罐均压放散工艺基本均采用传统的均压放散技术，即采用半净煤气或净煤气一次均压，氮气二次均压，放散时含粉尘的荒煤气直接对空排放。平均吨铁的荒煤气放散量约为7—9Nm3／tFe，粉尘量为280～400g／tFe。按照我国目前年产铁水6亿吨计算，年煤气排放量高达42～54亿m3，粉尘排放量达16．8～24万吨，除了对环境产生巨大的污染外，还造成大量的资源浪费，是一笔巨大的经济损失，不符合我国

3、钢铁行业节能减排，发展低碳经济的要求。因此，若能开发出一种新的均压放散技术，杜绝均压放散煤气直接对空放散，既能减轻环境污染，有利于建立环境友好型钢厂，又能回收大量的煤气资源，获得良好的经济效益，具有广阔的市场前景。2国内外研究现状在上世纪七八十年代，前苏联、日本等国即有对均压放散工艺优化的尝试，并投入工业生产[1]。其中，由日本石川岛播磨重工业公司研制成功，在鹿岛厂1号高炉投入使用的均压回收设备，更是获得了日本1980年节能设备优秀项目奖。在国内，上世纪九十年代，当时的重庆钢铁设计院公开了一种利用引射器、文氏管除尘器和脱水器构成的湿法煤气回收系统的专利[2]，鞍山

4、亨通高炉设备工程技术有限公司2010年也公开了一种利用布袋除尘器净化炉顶煤气并回收进入净煤气管网的专利方法[3]。以上国内外各方法虽有不同，但核心思想均为通过一定的方式，将炉顶料罐内的煤气引入净煤气管网，实现煤气的回收。然而，由于各方法均存在一定的缺陷，有的直接将炉顶煤气排入净煤气管网对净煤气造成污染，有的仅局限于湿法除尘，有的无法实现煤气短时间内有效回收，最终均没有推广使用。本文针对已知各技术存在的特点，提出了气囊法、引射法和气体替换法，对高炉炉顶称量料罐放散的煤气进行有效回收，实现节能减排的目标。3方案分析3．1气囊法3．1．1方案介绍气囊法是通过将称量料罐内

5、的煤气排入一个钢制密封罐内，达到煤气回收与循环利用之目的，其工艺示意图如图1所示。密封罐内有一个气囊装置，均压时，打开氮气切断阀和均压放散阀，通过氮气罐向密封气囊内输送高压氮气，使密封气囊膨胀，将密封罐内的均压煤气压入炉顶称量料罐，当料罐内压力与高炉内压力一致时，均压完毕。放散时，打开均压放散阀和氮气放散阀，气囊内的氮气通过氮气放散阀排入大气，气囊体积收缩，称量料罐内放散的煤气进入密封罐内，当料罐内的煤气放散至常压时，放散完毕。紧急状况下，可打开事故放散阀，放散煤气。充入密封气囊的气体也可使用不对密封罐造成安全隐患的其它气体。本文中结合钢铁厂实际以及叙述方便，采用

6、氮气作为充入密封气囊的气体。气囊法的工艺原理是假定煤气在均压放散过程中无温度变化，根据波义耳定律，料罐中的煤气放散时，等温膨胀进入密封罐内；均压时，往气囊中充入氮气，占据之前放散煤气的体积，从而将煤气再等温压缩进入料罐中。如此，即可实现料罐的均压放散和料罐煤气的回收和循环利用，避免直接排入大气造成污染和资源浪费。为了确定均压时氮气的用量，须计算出气囊和密封罐的大小。各参数的定义如下：Pg：料罐压力；P：大气压力；Vg：料罐体积；Vn：气囊体积；Vh：回收体积；Vd：消耗氮气体积；则根据波义耳定律，有：Pg·Vg=P·(Vg+Vh)(1)Pg·Vh=P·Vd(2)由

7、方程(2)知，Vd=Pg／P·Vh(3)一般情况下，称量料罐内表压为0．25MPa，即实际压力为0．35MPa，则代入方程(3)中，可知Vd=3．5Vh即每次回收过程中，消耗的氮气体积是煤气放散体积的3．5倍。实际上，由于密封罐上部和下部以及回收管路上有一定的体积空间，该部分的气体也需在均压时，被气囊压至与料罐内压力一致，实际所需的气囊体积Vn>Vh，故Vg>3．5Vh，实际设计中，每次消耗的氮气体积至少为回收的煤气体积的4倍。3．1．2方案评估由于消耗的氮气量较多，因此运行费用也较高，采用该技术的实际运行费用取决于钢铁厂内的介质结算价格，同样的工艺对有的企业是盈

8、利的，对于