泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用實踐
高振民，任來鎖，陳培敦，王道學(xué)，欒貽民
（山東泰山鋼鐵有限公司，山東 萊蕪 271100）
摘 要：泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)應(yīng)用“OG” 法回收煤氣。該系統(tǒng)采用了R-D文氏管、爐口微差壓儀表自動調(diào)節(jié)裝置、氣體分析裝置、干式煤氣柜等多項先進技術(shù)和設(shè)備。應(yīng)用表明，噸鋼回收煤氣70m3，煤氣熱值近6000kJ/m3，年減少大氣粉塵排放7.2t，為“負能煉鋼”奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：OG”法；轉(zhuǎn)爐煤氣回收；干式煤氣柜；煤氣放散；煤氣熱值
中圖分類號：TF724.9 文獻標識碼：B
Structural Feature and Application Practice of 45t Converter
Gas Recovery System at Taigang
GAO Zhen-min, REN Lai-suo, CHEN Pei-dun, WANG Dao-xue, LUAN Yi-min
（Shandong Taishan Iron & Steel Co., Ltd., Laiwu 271100, China）
Abstract：The means of “OG” is adopted at Taigang 45t converter gas recovery system. The system adopts lots of advanced technologies and devices such as R-D Venturi tube, micro-differential meter accurately and automatically adjusting device for converter mouth, gas analyzing device and dry-style gas cabinet etc. The practices show that the gas recovery of one-ton steel is 70m3, the gas burning value is 6000kJ/m3 and the dust emission is reduced by 7.2t every year. It establishes the base for steel-making with negative energy.
Keywords：“OG”system；converter gas recovery；drystyle gas cabinet；gas discharge； gas burning value
1 前言
為提高工藝裝備水平，增強市場競爭力，搞好產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整，山東泰山鋼鐵有限公司（簡稱泰鋼）于2001年12月20日建成投產(chǎn)45t轉(zhuǎn)爐。在45t轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)建設(shè)中，泰鋼配套建設(shè)了轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收系統(tǒng)按2座45t轉(zhuǎn)爐進行設(shè)計。運行實踐證明，轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收系統(tǒng)的建設(shè)是成功的，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會環(huán)保效益。
2 煤氣凈化回收系統(tǒng)簡介
泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)采用“OG”法回收轉(zhuǎn)爐煤氣，主要工藝參數(shù)見表1，工藝流程見圖1。
表1 泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)工藝參數(shù)（設(shè)計）
| 項目 | 技術(shù)參數(shù) |
| 系統(tǒng)最大煤氣流量/m3.h-1 | 55（標況）、130（工況） |
| 煤氣成分/% | CO：66.6，CO2：16，N2：17，O2：0.4 |
| 煤氣含塵量/mg.m-3 | 80～150 |
| 噸鋼煤氣回收量/m3 | 60～80 |
| 煤氣回收率/％ | 75 |
| 煤氣熱值/kJ.m-3 | 7500～8400 |
| 每爐回收時間/min | 9～10 |
轉(zhuǎn)爐冶煉時產(chǎn)生的溫度在1450～1600℃、含塵量在150mg/m3左右的高溫?zé)煔猓崔D(zhuǎn)爐煤氣），經(jīng)活動煙罩、固定汽化冷卻煙罩冷卻到900℃后進入溢流文氏管（一文），在一文內(nèi)粗除塵降溫后再進入重力脫水器脫水，脫水后的煙氣進入R-D可調(diào)喉口文氏管（二文），經(jīng)二文凈化后進入90°彎頭脫水器、濕旋脫水器進行氣水分離，最后脫水凈化后的合格煤氣經(jīng)風(fēng)機、氣動三通閥、氣動水封逆止閥、V型[CM(22]水封閥進入煤氣柜。不合格煤氣則經(jīng)風(fēng)機、氣動三通閥進入放散煙囪放散。
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圖1 轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收系統(tǒng)流程
1 轉(zhuǎn)爐 2 活動煙罩 3 爐口微差壓調(diào)節(jié)儀表裝置 4 汽化冷卻煙道 5 煤氣回收系統(tǒng)自動控制裝置6 溢流水可調(diào)文氏管7 重力脫水器 8 線性矩形可調(diào)喉口文氏管 9 液壓伺服控制裝置 10 彎頭脫水器 11 水霧分離器 12 風(fēng)機 13 轉(zhuǎn)爐煤氣成分自動分析裝置 14 旁通閥 15 氣動三通切換閥 16 旋轉(zhuǎn)水封逆止閥 17 V型水封 18 煤氣流量計 19 煤氣柜 20 放散煙囪
3 煤氣回收系統(tǒng)主要特點
由于轉(zhuǎn)爐煤氣無色、無味、劇毒，極易發(fā)生煤氣爆炸、煤氣中毒等事故，因此轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)對系統(tǒng)設(shè)備運行的可靠性、穩(wěn)定性及工人操作的準確性等提出了很高的要求。為確保轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，泰鋼在45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)的建設(shè)中采用了多項國際先進技術(shù)和設(shè)備。
3.1 線性矩形可調(diào)喉口文氏管（R－D文氏管）
泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)的二文可調(diào)喉口文氏管選用的是日本新日鐵專利產(chǎn)品R－D文氏管，它具有以下特性：
（1）橢圓形閥芯調(diào)節(jié)性能好。在保證爐口微差壓恒定的條件下，橢圓形閥芯與水平面的夾角在30°（全閉狀態(tài)）至90°時，其開口度與煙氣通過量呈直線函數(shù)關(guān)系。這樣有利于調(diào)節(jié)文氏管喉口的氣流速度，提高喉口的調(diào)節(jié)精度。
（2）R－D擋板的執(zhí)行機構(gòu)采用液壓伺服裝置控制。液壓伺服執(zhí)行機構(gòu)傳動平穩(wěn)，響應(yīng)速度快，能高速起動、制動與反向運動，并可根據(jù)爐口微壓差訊號的大小進行同步無級控制，調(diào)節(jié)范圍寬，控制精度極高。
（3）喉口擋板呈米粒狀，上部設(shè)置有分流擋板，因而二文的阻損極小。
（4）文氏管供水是經(jīng)過噴嘴霧化噴入文氏管內(nèi)的。為防止噴嘴堵塞，設(shè)置有專門的氣動捅針，用于在吹煉結(jié)束時清掃噴嘴。
（5）R－D文氏管具有凈化效率高、金屬耗量少、傳動力矩小、維護方便等優(yōu)點。
泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)R－D文氏管（二文）性能參數(shù)見表2。
表2 泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)R－D文氏管性能參數(shù)
| 項目 | 參數(shù) |
| 煙氣處理量/m3.h-1 | ～63000 |
| 進口煙氣溫度/℃ | ～65 |
| 出口煙氣溫度/℃ | ～58 |
| 阻力/Pa | 8000～13000 |
| 喉口煙氣流速/m.s-1 | 90～120 |
| 耗水量/t.h-1 | 70（壓力0.35MPa） |
3.2 爐口微壓差儀表自動調(diào)節(jié)裝置
為提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收的質(zhì)量，泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)采用爐口微壓差儀表自動調(diào)節(jié)裝置來控制爐口內(nèi)外氣壓差。該裝置由微壓差變送器、位置變送器、調(diào)節(jié)儀表和液壓伺服機構(gòu)組成。微壓差變送器連續(xù)測量爐口內(nèi)外壓力差，并將壓差信號經(jīng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)后，作為指令信號輸給伺服放大器，同位置變送器送來的二文R－D閥位開度反饋信號進行差動放大后控制液壓伺服裝置動作，調(diào)節(jié)二文R－D喉口閥芯，從而調(diào)節(jié)煤氣凈化回收系統(tǒng)的氣量，使爐口內(nèi)外的壓力保持在近于0的很小波動范圍內(nèi)，并使風(fēng)機的引風(fēng)量與煙氣量同步。
3.3 氣體分析裝置
為確保系統(tǒng)煤氣質(zhì)量和運行安全，泰鋼在45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中設(shè)置了1套O2濃度分析儀和2套CO檢測儀，并在多處危險點設(shè)置了CO自動報警裝置。借助這些分析裝置對煙氣中的O2和CO進行連續(xù)測定，當O2和CO含量不符合規(guī)定要求時，系統(tǒng)立即放散不予回收；當有煤氣泄漏時及時實現(xiàn)自動報警。
3.4 氣動三通切換閥和氣動旋轉(zhuǎn)水封逆止閥
泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)爐煤氣的回收與放散是通過氣動三通切換閥和氣動旋轉(zhuǎn)水封逆止閥的聯(lián)鎖動作來實現(xiàn)的。氣動三通切換閥和氣動旋轉(zhuǎn)水封逆止閥均具有可靠的密封性和聯(lián)鎖性，且操作簡單實用。其中氣動三通切換閥的閥座側(cè)面設(shè)有專供沖洗閥座工作面粘塵的環(huán)形噴水板，三通切換閥每切換一次沖洗一次，確保閥座密封面清潔光滑。同時為確保安全生產(chǎn)，在三通切換閥旁邊又設(shè)置了一個旁通閥作為三通切換閥的備用閥。
3.5 英國威金斯煤氣柜
適合于儲存轉(zhuǎn)爐煤氣的煤氣柜通常有兩種，一種是濕式鐘罩式煤氣柜，一種是橡膠簾密封威金斯干式煤氣柜。在考察論證、綜合平衡后，泰鋼選用了英國威金斯干式煤氣柜。英國威金斯煤氣柜主要有以下幾個特點：
?。?） 吞吐量大，能夠滿足生產(chǎn)需要。該干式煤氣柜具有吞吐量大的優(yōu)點，升降速度可達到5m/min，既能完全適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝要求，又能滿足用戶（軋鋼加熱爐、鋼包烘烤）穩(wěn)定供應(yīng)煤氣的要求。
（2） 貯氣壓力波動小，管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。
?。?）設(shè)備維護費用低，使用壽命長。與其他類型煤氣柜相比，橡膠簾密封威金斯干式煤氣柜結(jié)構(gòu)簡單，附屬設(shè)備少，既不需要水封，也不需要任何油封，免除了復(fù)雜的供水、供氣、供油系統(tǒng)，且設(shè)備使用壽命長。
3.6 轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)自動控制裝置
泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)可實現(xiàn)手動控制和自動控制，其中自動控制系統(tǒng)由煤氣回收過程顯示模擬盤和回收過程控制柜兩部分組成。
?。?）通過顯示模擬盤直觀地顯示回收系統(tǒng)的工作原理、設(shè)備運行狀態(tài)以及各回收條件是否具備、系統(tǒng)故障點及報警。
（2）通過過程控制柜按照煤氣回收時序要求，控制全系統(tǒng)各設(shè)備的投入和退出，以及各設(shè)備清掃程序的執(zhí)行，實現(xiàn)自動回收煤氣。在設(shè)備維修及故障處理時，又能切換成主控制室手動操作或現(xiàn)場手動操作，保證檢修方便及檢修人員的安全。
4 應(yīng)用情況及效益分析
4.1 應(yīng)用情況
泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煉鋼工程于2001年12月20日建成投產(chǎn)，其附屬的轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收系統(tǒng)于2002年3月投入試運行，5月底轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)完全達到正常狀態(tài)，并開始正常運轉(zhuǎn)回收煤氣。轉(zhuǎn)爐煤氣回收情況及回收煤氣成分見表3，噸鋼煤氣回收達到70m3，回收的煤氣熱值接近6000kJ/m3，回收的煤氣主要用于鋼包烘烤和燒結(jié)機點火爐點火。
表3 泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)回收煤氣成分
| 時間 | 鋼產(chǎn)量/t | 煤氣回收量/m3 | 噸鋼煤氣回收量/m3 | 回收煤氣成分/％ | 回收氧化鐵污泥量/t | |
| CO | O2 | |||||
| 2002-06 | 46003.11 | 1723400 | 37.46 | 40.4 | 0.4 | 1402.7 |
| 2002-07 | 25784.82 | 1567000 | 60.77 | 41.6 | 0.6 | 865.8 |
| 2002-08 | 49063.50 | 3289400 | 67.04 | 42.4 | 0.6 | 1498.9 |
| 2002-09 | 50682.42 | 3677600 | 72.56 | 43.2 | 0.2 | 1586.0 |
| 2002-10 | 55080.74 | 3552700 | 64.50 | 39.8 | 0.4 | 1579.5 |
| 2002-11 | 35628.7 | 2710000 | 76.06 | 41.4 | 0.4 | 977.6 |
| 2002-12 | 47348.09 | 3760000 | 79.41 | 39.6 | 0.6 | 1293.5 |
| 2003-01 | 48788.74 | 4147000 | 85.00 | 42.6 | 0.4 | 1358.5 |
| 2003-02 | 44441.01 | 3829000 | 86.16 | 41.0 | 0.4 | 1257.1 |
4.2 效益情況
泰鋼45t轉(zhuǎn)爐煤氣凈化回收系統(tǒng)正常運行后，每冶煉1t鋼可回收煤氣70m3。按年產(chǎn)鋼60萬t、煤氣0.2元/m3計，則年回收煤氣總價值為840萬元；回收轉(zhuǎn)爐煤氣的成本按年200萬元計，年回收轉(zhuǎn)爐煤氣的利潤為640萬元，在第2座轉(zhuǎn)爐建成投產(chǎn)后，年回收煤氣產(chǎn)生的效益將更為可觀（在1300萬元以上）；此外，煤氣回收系統(tǒng)的投入運行在一定程度上也減少了轉(zhuǎn)爐煙塵對環(huán)境的污染。據(jù)不完全測算，向大氣排放的煙塵量每年可減少7.2t（按煙塵含氣量150mg/m3計）,環(huán)保效益顯著?；厥盏姆蹓m主要用于燒結(jié)配料。
5 結(jié)束語
節(jié)能環(huán)保是鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必走之路，其中“OG”法轉(zhuǎn)爐煤氣回收是鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煉鋼向“零消耗”和實現(xiàn)“負能煉鋼”的捷徑。
泰鋼在45t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)的設(shè)計建設(shè)中采用了多項先進、成熟、適用技術(shù)。系統(tǒng)投入運行后經(jīng)過不斷的完善與摸索，系統(tǒng)運行良好，并取得了良好的經(jīng)濟效益和社會環(huán)保效益，為向“負能煉鋼”邁進奠定了堅實的基礎(chǔ)。泰鋼第2座45t轉(zhuǎn)爐在2003年4月28日建成投產(chǎn)，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)爐煤氣也要凈化回收利用。泰鋼正在對轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)進一步優(yōu)化完善，以適應(yīng)2座轉(zhuǎn)爐交替回收煤氣的需要
