高炉煤气加压机改转炉煤气加压机的理论与实践

王馨薇

摘 要：煤气作为冶金生产过程中的一种低热值气体燃料，能够持续供给炼钢炼铁所需的热量，近年来，随着冶金行业生产工艺条件的改变，在转炉炼钢工序中产生的富余煤气需要输入高炉煤气管网，以提升高炉炼铁效率，减少能源消耗，进而为冶金企业创造更多的经济效益。因此，本文将以国内某钢铁企业为例，针对高炉煤气加机改转炉煤气加压机遵循的原则与设计理论展开论述。

关键词：高炉煤气加压机;转炉煤气加压机;性能参数;设计理论

国内某钢铁企业在转炉炼钢过程中产生大量的富余煤气，出于对节能降耗，节省生产成本的考虑，经技术人员研究决定，将原有的处于闲置状态的高炉煤气加压机改造成为转爐煤气加压机，同时把转炉煤气输送管网与高炉煤气管网进行并网处理，以提升转炉煤气的利用率，改造后的煤气加压机通过试验与运行，收到了良好的应用效果。

1.高炉与转炉煤气性能参数

高炉煤气主要由CO、CO2、H2、N2、O2、CH4等据气体成分组成，其中CO占总气体的26.6%，等压比热为0.25，CO2占总气体的20.8，等压比热为0.20，H2占总气体的2.27%，等压比热为3.408，N2占总气体的49.13%，等压比热为0.25，O2占总气体的0.8%，等压比热为0.218，CH4占总气体的0.4%，等压比热为0.5271。通过各性能参数的分子量计算公式，可以计算出定压比热值为0.241，绝热指数为1.366。

转炉煤气各气体组分的性能参数如下：CO占总气体的44.2%，等压比热为0.25，CO2占总气体的20.8，等压比热为0.20，H2占总气体的2.27%，等压比热为3.408，N2占总气体的31.33%，等压比热为0.25，O2占总气体的1%，等压比热为0.218，CH4占总气体的0.4%，等压比热为0.5271。通过各性能参数的分子量计算公式，可以计算出定压比热值为0.2773，绝热指数为1.304。

从以上煤气混合气体各分子量的计算结果可以看出，虽然各气体组成含量有所不同，但是定压比热值与绝热指数的数值并不存在较大差异。在高炉煤气加压机改转炉煤气加压机时，受性能参数的影响并不大，因此，仅仅对转子进行改造就可以提高煤气利用率，达到降本增效的目的[1]。

2.转炉煤气加压风机的性能参数

转炉煤气加压风机的性能参数主要包括介质、进气温度、进气流量、进气压力、进气密度、电机功率、主轴转速等。该项目的改造思路主要是煤气管网的并网改造，因此，在改造之前，首先确定高炉煤气风机的压力区间，经过测定，风机压力波动范围介于11kpa—12.5kpa之间。为了提升煤气利用率，出口压力值应当大于12.5kpa这一压力值，才能确保富余煤气被高炉煤气管网所用。

当确定转炉煤气加压风机的各项性能参数后，应当计算出改造以后煤气加压风机的各项参数。首先确定进口绝对压力值为                                 ，出口绝对压力值为                                ，进气绝对温度                                   。压缩比为1.127，多变效率为0.78，进气介质密度为1.17kg/m3，多变能量头系数为3.346，温升为11.75℃，多变能量头为1085，转子周速为140.45m/s，叶轮直径为1.807m，选用功率为347KW。

3.高炉煤气加压机改转炉煤气加压机试验与运行

3.1 核算性能参数

通过上述计算过程发现，改造后的转炉煤气加压机的综合性能参数存在较大差异，但是介质压缩性较为相似，因此，原高炉煤气加压机的仪表装置、阀门组件、密封装置、管道与风机等装置都具有利用价值，煤气管网的输送程序也可作为新型转炉煤气加压机的设计参考程序。然后重新对设计参数进行核对。在设计叶轮性能参数时，原风机性能参数应当于新风机性能参数相匹配。由于原高炉的叶轮材质抗腐蚀性能差，因此，需要对改变叶轮材质，将碳钢材质替换为沉淀硬化不锈钢材质，通过试验运行发现，运行时间较原来提高1倍以上。当新煤气加压机的性能参数核算完毕，在保持原有机组各性能参数不变的情况下，对新机组进行上线实验，通过计算得到的运行功率值相对较低，进而对改变叶轮材质后的新机组予以运行生产。新机组运行参数如表1所示。

从表1可以看出，新机组的出口位置的压力值明显低于高炉煤气压力，究其原因主要是由于新机组的出口位置存在一处扩压段，而在测试压力值时，测点位置处于高速管道气流区，如果根据物理流体力学原理，该区域属于低压力区，当煤气流经扩压区后，新机组出口压力将陡然上升，因此可以得出结论，如果扩压段压力值高于原高炉煤气压力，便可以实现富余煤气的并网输送。同时，通过试验数据可以表明，总体流量值偏小，最大流量值只有733m3/min，这就说明此时的电机电流已经处于满负荷状态，调节门的开度已经达到极限值[2]。

3.2 更换新电机后的试验测试结果

该钢铁企业为了满足实际生产需求，提高单位时间内的生产效率，将原有电机替换为功率为400KW的新电机，然后对煤气流量等性能参数进行测定，测试结果如表2所示。

从表2中可以看出，更换新电机以后，与原高炉煤气管网压力相比，有了显著提升。而风机流量的原设定值为1000m3/min，表中数据显示，风机流量在入口调节门的位置已经远远超过设定值。对于风机入口位置的压力，明显低于-1.5kPa，这就表明新风机的吸风能力大幅提升，这就隔断了空气的入侵通道，避免空气吸入，使进口阀门阻力值减小，因此，煤气输送管网的输送能力显著提高。另外，在使用新电机后，进风口与叶轮之间的间隔距离增加，几乎是原设定值的2倍，这就容易造成内部煤气损失量过大现象，为了有效避免这种现象的发生，技术人员对进风口与叶轮进行重新改造，在提高风量、风压的同时，转炉煤气的输送能力进一步增强，煤气的利用率也得到大幅提升。

结论：

通过对该钢铁企业高炉煤气加压机的改造设计，使闲置的高炉煤气加压机得到有效利用，这就给企业节省了大量的采购与生产成本。另外，在改变原有高炉叶轮以及更换功率为400KW的电机以后，转炉煤气输送管网与高炉煤气管网顺利并网，转炉中的富余煤气在新加压机的作用下，成功输入到高炉煤气管网当中，进而实现了节能降耗的目的，对提高企业的经济效益起到积极的促进作用。

参考文献：

[1]吴畏，钟天炜.高炉煤气加压机改转炉煤气加压机的理论与实践[J].冶金动力，2019（11）：27-29.

[2]郑恒静.提高煤气加压机的运行稳定性[J].中国科技投资，2019（11）：205.

（山钢股份莱芜分公司能源动力厂  山东  济南  271104）