转炉烟道煤气爆炸事故技术分析与预防

夏进军

转炉烟道煤气爆炸事故技术分析与预防

夏进军

（河北钢铁集团宣钢公司一钢轧厂，河北张家口075100）

宣钢转炉煤气回收工艺曾发生过烟道煤气爆炸事故，通过转炉烟道煤气爆炸事故原因分析，提出预防爆炸的三方面具体措施：切断煤气空气混合途径、控制火源、设置防爆装置。

转炉煤气；烟道；爆炸极限；爆炸

1 前言

宣钢炼钢厂现有2座110 t转炉，其烟气净化除尘与煤气回收系统采用日本OG工艺，2002年10月1#、2#转炉相继投产，2003年4月配套的煤气回收系统投入使用，煤气回收量100 m3/t钢左右。2#转炉烟气净化回收设备运行初期，由于缺乏工作经验，烟道发生过煤气爆炸事故。因急于恢复生产,没有及时找出爆炸的原因,恢复生产后烟道又接连发生几次爆炸，最严重的一次爆炸造成重力脱水器开裂。本文就2#转炉烟道煤气爆炸的原因进行分析，并提出预防爆炸的具体措施。

2 转炉烟气净化设备及煤气生产回收工艺

2.1 转炉烟气净化设备（见图1）

图1 宣钢炼钢厂110 t转炉OG系统二文一塔除尘装置工艺流程图

2.2 转炉煤气生产回收工艺

转炉煤气是炼钢生产中炉内氧气同铁水中的碳、硫、磷、硅、锰等元素氧化生成的，其主要含量为60%的CO以及N2和CO2等成分。转炉煤气是间歇性生产的，主要集中在吹炼中期。在吹炼期内不同的时间段CO含量是不同的，在吹炼前期和后期由于烟气中的CO含量比较低，一般达不到回收条件要求。尤其为确保煤气回收的安全性，在前期、后期采

用了升罩操作，通过抽入一定量的空气与含较低CO浓度的烟气燃烧生成废气对烟道进行清扫，消除煤气与空气在烟道混合而引发爆炸的危险。在吹炼中期采用降罩操作安全回收转炉煤气。煤气从炉内发生后，经升降烟罩、汽化冷却烟道进入溢流文氏管、二文可调文氏管除尘降温后进入丝网脱水塔脱水，经除尘风机、三通阀、水封逆止阀进入50000 m3煤气柜，后序煤气经过加压通过管道送往用户。

3 转炉煤气爆炸机理

3.1 煤气爆炸特性

作为可燃气体的煤气与助燃气体空气的混合气体并不一定产生爆炸，而必须具备两个条件：第一个条件是组分条件或浓度条件，即混合气体中煤气浓度达到燃烧和爆炸极限范围；第二个条件是要有发火源，也即能量条件。当煤气与空气的混合气体具备上述两个条件时，便发生气体爆炸。爆炸是可燃气体急剧的燃烧反应过程，燃烧产生火焰，以波动的形式传播，所以又称燃烧波，其波面也称火焰面；火焰传播时，在火焰面前端未燃的可燃性混合气体，也伴随着燃烧气体的膨胀而向前移动，火焰速度为燃烧速度与其移动速度之和，其反应速度很大程度上取决于反应系统的温度、压力。燃烧反应伴随大量放热，使反应生成气体的温度、体积膨胀，并使与火焰面接近的未燃的可燃气体的温度和压力上升，使燃烧速度越来越快，火焰速度呈指数关系上升。火焰速度的加快，压缩其前部的未燃的可燃气体形成压缩波，若在密闭容器或一定有限空间发生气体爆炸，爆炸产生的上升压力会造成容器壁薄弱地方破坏而释放能量。总之，转炉煤气爆炸是急剧的燃烧反应，是生成的反应热引起气体体积迅速膨胀，压力急剧上升而释放的结果。

3.2 转炉煤气爆炸极限的影响因素

转炉煤气的爆炸极限是该气体能够发生爆炸的最低到最高的浓度范围。转炉煤气的爆炸极限不是一个固定数值，而是随着这一气体的温度、压力、氧含量、惰性气体含量、接触火源的能量、容器体积的影响而变化。一般情况下，转炉煤气的爆炸极限随着温度的升高而变宽；随着压力的增高而变宽。压力影响转炉煤气的爆炸极限比较复杂，最初下限值变窄，当压力达到10~20个大气压以上时下限值开始变宽，上限值一般随着压力的上升而变宽；煤气受氧气含量影响比较大，转炉煤气在空气中的爆炸极限与在氧气中的爆炸极限是不同的，在含氧量高的环境中转炉煤气爆炸极限变宽，下限值变化不大，上限值显著增加；转炉煤气爆炸极限随着点火源能量的增加而变宽，随着容器体积的增大而变宽；随着气体惰性成分的增加而变窄。一般在20℃和一个大气压下转炉煤气与空气混合的爆炸极限是12.5%~75%，与氧气混合的爆炸极限是13%~96%，转炉煤气与空气混合的最低着火温度为630℃，与氧气混合的最低着火温度为590℃。

在整个回收过程中转炉煤气CO含量约25% ~80%左右，如与空气混合都处在爆炸极限范围内。同时烟道本身是个有限容器，并且在生产过程又具备高温能量这个爆炸条件，因此只要煤气生产过程中烟道进入空气，煤气就有发生爆炸的危险，因此预防除尘器内煤气爆炸的关键是控制煤气中氧气含量超标。转炉煤气生产工艺比较复杂，煤气回收也是间歇进行的，每回收一炉次转炉煤气都要经过前燃烧期、回收期、后燃烧期（前后燃烧期CO＞25%），前后期燃烧的废气作为安全吹扫气体两次清扫烟道和后序除尘器。如果置换过程中没有将空气或煤气彻底清扫干净，就会产生煤气与空气混合这一爆炸条件。

4 2#转炉烟道煤气爆炸原因分析

2#转炉烟道连续发生几次爆炸事故后，炼钢厂一面停产组织抢修设备，一面对净化除尘设备系统进行全面检查。经过专业技术人员的现场事故调查和分析，认为造成2#转炉烟道煤气爆炸原因主要有以下三个方面：

（1）大量斜烟道积灰，造成一文溢流盆负压水封击穿，导致烟道进入空气，产生了混合爆炸性气体。通过对系统检查发现，2#转炉斜烟道与尾部烟道拐点处积尘、积渣过多，出现了斜烟道局部堵塞现象。由于斜烟道局部堵塞，改变了斜烟道的内截面积，使除尘系统烟气流量减小，而多余的烟气必然从炉口外溢烟，从而增大了炉口压差。由于微差压装置控制调节二文RD阀开度，使得RD阀开度不断增大以及一文后负压的增大。当一文后负压增大到能够将一文溢流盆水封中的水吸干而吸入大量空气时，便发生了转炉煤气与空气的突然混合，结果使烟道局部区域达到转炉煤气的爆炸极限范围，所以，一文溢流盆负压水封击穿是烟道产生转炉煤气与空气预混合发生爆炸的一个必要条件。

（2）烟道温度提供了混合气体燃烧爆炸的温度条件。转炉烟气在一文前烟气温度达600~1000℃左右，具备混合气体爆炸的温度自然条件，另外转炉吹炼发生大喷溅吸入烟道未经熄灭的红渣也是混合气体爆炸的火种来源。

（3）吸入空气的转炉煤气混合气体在转炉烟气高温作用下，发生急剧燃烧反应，压力急剧上升，体积迅速膨胀，在烟道溢流盆区域有限空间发生了爆炸，爆炸能量造成重力脱水器损坏。

5 预防措施

5.1 切断转炉煤气与空气混合的途径

5.1.1 及时清理烟道积灰，防止溢流盆水封击穿

（1）根据净化除尘回收设备阻力损失曲线，提前判断故障，及时清扫烟道积灰是预防烟道煤气爆炸的主要方法。烟道积灰情况判断方法：①出现炉口大量冒红烟现象。在风机转数不变的情况下，如果RD阀自动调节不能改变炉口冒红烟现象，一般应考虑系统有堵塞现象，并重点检查烟道积灰情况。②出现一文阻力损失增大，二文阻力损失减小现象。如果烟道积灰，开始一文流速会比正常偏大，阻力损失比正常时增高（正常一文阻损2500~3500 Pa）；二文阻力损失由于RD阀开度随炉口正压增大而增大，阻力损失比正常会一度降低（二文阻损10000~12000 Pa，回收时阻损10000 Pa）。③一次除尘风机电流远远低于正常值，应及时检查净化除尘系统有无堵塞现象。

（2）结合一文阻力损失增大现象，检查溢流盆水位高度变化，也是帮助判断烟道是否存在积灰现象的方法。当在一次风机转速和溢流盆补水不变的情况下，溢流盆水位低于正常水位，说明一文前系统存在堵塞的可能，应组织进行烟道系统检查。

5.1.2 控制转炉吹炼前烧期和后烧期升罩操作时间，确保燃烧废气彻底置换烟道的空气或转炉煤气也是防止烟道出现煤气与空气混合过程产生爆炸的重要措施。

5.1.3 转炉冶炼过程中，如果在烟道氧枪孔或加料溜槽未设置氮封，或氮封失效，在负压吹炼情况下，空气将会进入烟道或料仓与煤气混合,在烟道高温或吹炼喷入的红渣作用下引发煤气爆炸。

5.2 控制火源

防止烟道、烟罩、氧枪漏水发生喷溅造成红渣进入烟道。如果发现烟道、烟罩、氧枪漏水应立即停止吹炼，同时切断供水来源，待炉内水挥发完时，方可摇炉操作，以免发生钢水大喷，进入烟道红渣而提供爆炸火种。

5.3 在回收系统设置防爆装置，降低爆炸破坏损失

在转炉生产过程中，转炉煤气回收工艺比较复杂，引发煤气爆炸的条件比较多，发生烟道烟气爆炸的几率比较高，因此在回收系统设置防爆装置非常必要。一般应在烟道顶部、重力脱水器、丝网脱水塔等部位设置防爆膜。在一文收缩段设置溢流水封，可起到一定的泄爆作用。

6 结束语

转炉生产过程中烟道工况比较复杂，产生煤气与空气混合的机会较多，引发煤气爆炸的机率也比较高，因此只有在实践中不断总结经验，加强烟道重点部位监督管理，进一步规范技术操作，不断进行设备和工艺的改进，才能尽量减少爆炸事故，确保烟道及除尘回收系统的运行安全。

[1]蒋路.煤气安全技术[M].北京：冶金工业部安全教育指导站，1992.

Technical Analysis of Explosion Accident of Converter Flue Gas and Precautions to be Taken

XIA Jinjun
(The No.1 Steelmaking and Rolling Plant of Xuanhua Steel,Hebei Iron and Steel Group,Zhangjiakou,Hebei 075100,China)

A flue gas explosion accident once happened in the converter gas recovery process of Xuanhua Steel.Through analysis of the explosion accident,specific countermeasures against gas explosion were put forward from three aspects of cutting off gas-air mix channel, controlling fire source and setting up explosion prevention device.

converter gas;flue;explosion limit;explosion

X928.7

B

1006-6764(2013)10-0012-03

夏进军（1972－），男，1995年毕业于河北冶金工业学校焦化专业，工程师，现从事设备管理、能源管理工作。