高炉均压煤气回收系统应用特征分析

何小明

(马钢股份公司炼铁总厂 安徽马鞍山 243000)

在当前低碳的整体思想背景之下，高炉成为人们关注的一个重点，其在运行过程中所带来的巨大能耗和污染问题，必然使其成为节能减排的重点推进对象。就目前而言，针对高炉系统的低碳技术研究已经取得诸多进展，而在众多技术之中，高炉均压煤气的回收，占据了不容忽视的一个位置，在坚持环保绿色路线的同时，也给企业带来了可观的经济效益。

1 均压煤气回收技术特征分析

在高炉生产过程中，在装料的时候，料罐中的均压煤气通常直接对空进行排放，这些对空排放的煤气，由CO、CO、N以及粉尘组成，对于处于常态运行中的高炉而言，每天大约要排放三百次左右，这些气体携带粉尘排入大气中，会直接带来大气污染，也浪费了煤气能源。因此，必须对均压煤气展开除尘回收，以确保良好的环保和经济效益。

对于均压煤气的回收技术，最初是由一台缓冲罐和一台布袋除尘器共同构成，炉顶料罐的煤气先后进入两个设备，最终进入到净煤气管网中。在上述的这个自然回收过程结束之后，强制回收过程通过向料管注入N来进一步实现对于低压煤气的驱赶，并且在随后按照高炉装料程序将N经放散装置实现放散。对于这样的回收过程而言，会因为场地问题而导致无法有效实现缓冲罐和布袋除尘气的安置，因此技术进一步发展，即去掉了系统中的缓冲罐，并且在除尘器中增加缓冲区域，将缓冲罐和除尘器的功能进行整合，产生新的工艺流程。具体的流程参见图1。

图1 改进后的均压煤气回收工艺流程

改进后的煤气回收流程中，采用了完整的干法除尘工艺进行工作，除尘之后的煤气含尘量低，能够有效达到进入净煤气管网的要求。并且改进之后的回收流程中的缓冲区设置，本质上是均压煤气从高压到低压的泄压过程环节，这必然会给除尘器滤袋和净煤气管网带来冲击。在料罐放散煤气进入净煤气管网的过程中，插入了这个缓冲环节，因此因为泄压对净煤气管网带来的影响就会有所缩减。并且煤气在经过滤袋区域实现除尘的时候，滤袋经受的冲击也会减小，有助于延长滤袋的使用寿命。除此以外，从图1中可以看到，除尘器中气体以顶进顶出的方式实现，其中的重力同样有一定的的除尘作用。这种方式相对于传统的侧面进出的除尘方式而言，气体的分布相对而言比较均匀，同样利于延长除尘器的寿命。改进的除尘器还在内部设置了中心导管式喇叭口，煤气在经过这个区域的时候，因为断面的陡然增加，煤气在进人除尘器下部缓冲区域时流速明显降低，再反向向上流动，煤气中尺寸较大的尘粒在惯性力作用下沉降到除尘器底部，实现尘气分离，这同样是实现初步除尘的一种重要方式。

2 均压煤气回收系统的效益分析

在高炉工作过程中增加均压煤气的回收环节，会导致装料的过程中增加一个额外的回收时间，而这个时间有可能会成为影响炉顶装料的工作效率。为了明确这一问题，有必要展开相关的计算分析。在此仅对自然回收过程进行考察。

前文中已经讨论过，自然回收过程是指放散煤气的压力从炉顶压力降至接近净煤气管网压力的过程，其会受到多个方面因素的影响，包括诸如炉顶压力以及料罐和缓冲罐容积等方面。在料罐进行排压的时候，放散煤气会处于临界或者亚临界状态，处于临界状态的时候，料罐排压放散煤气以当地音速向缓冲罐流动，而处于亚临界状态下的时候，料管排压放散煤气的速度，则需要展开进一步的计算，其平均速度可以用

V

来进行表示。

对应的有对于煤气临界判断方式参见式(1)。

根据工程热力学原理，临界压力与进口压力的比值为临界压力比，因此临界压缩比公式：

(1)

放散煤气的速度

V

则可以参见式(2)。

(2)

在式(2)中，

ρ

表示料罐内的气体密度，而

P

'和

P

'则分别表示在该回收过程结束的时候，缓冲罐以及料罐内的气体压力。通过计算，可以进一步将均压煤气回收过程大体划分为四个阶段。其一，即临界状态之前，煤气从料罐以音速朝向缓冲罐的流动过程。其二，在临界状态之后，即处于亚临界状态的情况之下，煤气从料罐内以平均速度

V

来朝向缓冲罐内流动的过程，这个过程会持续到料罐内的压力达到设定值，也标志着自然回收过程的结束。其三则是上述自然回收过程的继续，这个阶段进一步分为两个细节，即料罐中的剩余煤气进一步放散，以及采用自然回收和强制回收两种工艺，来实现氮气从氮气罐到料罐逐步填充，并且驱离煤气的过程。其四同样属于自然回收和强制回收结合的阶段，主要落实料罐中剩余氮气的放散。通过计算可以确定，在自然回收结束的时候，料罐中的压力

P

'需要达到略高于净煤气管网压力的设定水平。而在时间方面，以自然回收和强制回收相结合的工艺，会比单纯自然回收工艺额外需要大约10 s时间，但是在放散煤气的采集方面则表现更优。通常自然回收可以完成大约85%水平的放散煤气获取，但是在强制回收的帮助之下，放散煤气基本可以实现完全回收。

3 结论

对于采用何种回收方式，可以在实际情况中进行计算并且合理选择。但是通常而言，有强制回收环节参与的回收工作，虽然其占时更多，但是整体效益更优。目前高炉日产量与容量相匹配，多保持在1280 m-5500 m范围内，对应的日产量能够达到每天3648 t-11000 t水平，而煤气回收工作，在有强制回收参与的时候，能够达到21716 Nm-81910 Nm每天水平，可以用于直接发电利用，而减少碳排放为每天8958 kg-33788 kg，减少粉尘排放为每天217 kg-819 kg。有效实现节能环保。