热风炉烟气使高炉煤气脱湿的研究

2018-04-13施万玲吴炳成夏朝晖

冶金动力 2018年4期

施万玲，吴炳成，夏朝晖

1　高炉煤气水分问题概述

干法除尘串联余压透平发电（TRT）系统，因其发电量高、除尘效率高、节水、节电等优点显著，目前已经发展成钢铁企业高炉煤气余能回收的首选流程。然而干法除尘系统无法除掉高炉煤气中的酸性气体，TRT出口静煤气管道腐蚀严重的问题逐渐在各大钢厂显露出来。大量研究表明，当高炉煤气温度低于露点温度时，高炉煤气中大量的Cl离子溶于煤气冷凝水造成酸露点腐蚀是静煤气管道腐蚀的主要原因。而干煤气中的Cl离子几乎没有腐蚀性，所以控制好煤气的露点温度，使煤气管道没有冷凝水析出，可有效避免煤气管道腐蚀问题。

张琰等人提出加保温材料[1]、盖东兴等人提出采用外加热源[3]的办法来提高高炉煤气温度的方法，避免煤气管道结露腐蚀。但上述方法只能保证局部区域煤气管道不结露，随着煤气传输，冷凝水还会在其他区域冷凝，造成管道结露腐蚀。

高炉煤气中的水分不仅会造成煤气管道结露腐蚀，还会降低煤气热值。同时煤气燃烧过程中，水分会消耗大量的气化潜热与显热，过多的水分会造成燃烧器熄火。降低高炉煤气含水量，使其露点温度低于大气常温，可有效解决管道腐蚀问题，同时提高煤气热值[4]，提高热风炉风温[5]等，产生一系列的节能降耗作用。

2　高炉煤气含湿量的计算及对煤气热值的影响

虽然我国大中型高炉多采用干法布袋除尘，但随着高炉喷煤量的增加，高炉煤气的含湿量不断增加，通过TRT的降温降压后煤气基本达到饱和状态，饱和煤气含湿量计算公式为：

de=804×P汽/（P－P汽）

式中，de——工作状态饱和气体的含水量，g/m3；

P——煤气绝对压力，Pa；

P汽——饱和水蒸汽分压，Pa。

通过上式计算出，在不同温度下、TRT出口高炉煤气达到饱和状态时的含湿量如表1所示。

假设通过湿法精除尘后的煤气温度为55℃，煤气压力为0.35 MPa（绝压），则TRT入口前含湿量为37.88 g/m3；假设通过TRT煤气温度降到30℃，出口压力同样取0.118 MPa，则此时饱和煤气含湿量为30.01 g/m3。

生产实践表明高炉采用的原料含有较多水分或者喷煤量较大时，TRT出口将有冷凝水析出，此时高炉煤气温度～55℃，达到饱和状态。则由表1可知，采用干法除尘后高炉煤气携带的水分反而比湿法除尘大，随着TRT后管路不断降温将有大量水分析出。

表1　饱和状态高炉煤气含湿量

高炉煤气携带大量水汽将带来以下弊端：（1）降低了热风炉风温；由于携带水分的原因，使高炉煤气的热值降低，见表2；（2）水分的析出将使煤气中携带的盐溶解，尤其使用海运来的矿石，因为矿石输运过程中混入大量氯离子，对管路造成严重腐蚀。

表2　不同饱和温度下高炉煤气的成分及热值 %

由表2知，随着煤气含湿量的增加，煤气热值迅速下降，且露点温度越高，下降越快，60℃的饱和煤气的热值是干煤气热值的83.11%。

热风炉的送风温度等于拱顶温度减去150℃，而拱顶温度取决于煤气的燃烧温度，煤气的燃烧温度计算如下：

式中，t——高炉煤气燃烧温度，℃；

Hl——煤气热值，kJ/m3；

Qk——助燃空气带入显热，kJ/m3；

Qm——煤气带入显热，kJ/m3；

cp——烟气的平均热容，kJ/（m3·℃）；

V——产生烟气量，m3/m3；

η——高温系数，取0.92。

高炉鼓风温度：t风温＝t-150。

假设煤气预热到200℃，空气预热到300℃，空气过剩系数均取1.1，笔者分别计算了富氧率6%和不富氧两种情况下，40～50～60℃的饱和状态高炉煤气脱湿后其可达到的热风温度，如图1所示。由图1可知，随着脱湿率的增加，热风炉送风温度呈线性增加。

图1　脱湿后热风炉送风温度

假设煤气的饱和温度分别为40℃、50℃和60℃，本文研究了不同的脱湿率下高炉热风炉的送风温度提升量，如图2所示。由图2可知，脱湿50%后，热风炉送风温度提高40～80℃不等，对于大喷煤或原料含水较多的高炉，通过煤气脱湿将能有效提高热风炉风温。对于采用富氧的热风炉，相同脱湿率的情况下，其风温提高量更大。

图2　脱湿后热风提升温度与脱湿率的关系

高炉煤气除湿对于提高煤气的燃烧温度具有重要作用，煤气燃烧温度的提高将直接提高高炉鼓风的温度，研究表明：高炉鼓风温度每提高100℃可降低焦比20～25 kg/tFe，同时可增产3%～5%，还可增加喷吹煤粉40～50 kg/tFe，达到降低炼铁成本的目的[6]。

3　热风炉烟气干燥高炉煤气除湿系统

笔者提出采用干燥剂对高炉煤气中的饱和水进行吸附，降低高炉煤气的含水量，从根本上将煤气露点温度降至常温以下，避免管道腐蚀的同时，提高高炉煤气热值，提高热风炉风温。干燥剂选用13X型分子筛（球状，直径3～5 mm）；可以顺着隔板2自由滚落。高炉热风炉排放烟气温度在280～350℃，将之通过空气预热器之后温度降为150℃左右，通常直接排放于大气中而造成能源浪费。笔者提出利用热风炉150℃左右的排烟对干燥剂进行再生。其工艺系统如图3。