孟现俭，王玉春，龙海波，陈民，周茂林

（莱芜钢铁股份有限公司 炼钢厂，山东 莱芜 271105）

摘　要：针对莱钢炼钢厂转炉煤气系统扩容后回收量增加带来的煤气含尘浓度高、煤气输出能力有限、管网系统设计不合理等问题，对系统进行了适应性优化设计，完成了转炉煤气自产自用、系统管网改造、煤气精除尘改造、煤气加压机升压改造，使吨钢煤气回收量达到60m3，煤气含尘量降至14mg/m3，年直接经济效益达1053万元。

关键词：转炉煤气系统；管网系统；煤气含尘浓度；精除尘；煤气加压机

中图分类号：TF724.9　　 文献标识码：B

Research and Application of Converter Gas System at Laigang

MENG Xian-jian, WANG Yu-chun, LONG Hai-bo, CHEN Min, ZHOU Mao-lin

(The Steel-making Plant of Laiwu Iron and Steel Group Co. Ltd, Laiwu 271105, China)

Abstract：Aiming at the problems of high dust content of gas, limited gas output, irrational design of pipe network system existed in the capacityenlarging converter gas system, the system is designed adaptability and optimized. Then projects of self-sufficiency of converter gas, rebuilding of pipe network system, reforming of gas refined dust cleaning, set-up rebuilding of gas forcing machine are finished. After the transformation, the gas retrieving volume of one-ton steel is 60m3, the dust content of gas is reduced to 1.4mg/m3, and the direct economic profit is up to 10.53 million Yuan.

Keywords：converter gas system；pipe network system；dust content of gas；refined dust cleaning；gas forcing machine

1 前言

　　莱芜钢铁股份有限公司炼钢厂（简称莱钢炼钢厂）的3座25t氧气顶吹转炉自投产以来，为适应转炉炼钢向高产、低耗方向发展，于1993年安装了25t转炉煤气回收贮配系统，并于2000年进行了40t扩容改造，同年3座转炉具备了煤气回收能力。3座转炉实现煤气回收后，单炉煤气回收量****达2600m3。随着莱钢转炉钢产量的提高，转炉煤气回收量大为增加，但由于转炉煤气系统设计不合理，在煤气的生产和利用过程中产生了许多问题。

2 转炉煤气系统现状分析

2.1 回收的煤气无法全部利用

　　转炉煤气回收系统原设计用于并网，而混合煤气总网压力偏高（多在12000Pa以上），特别是每年5～11月份，混合煤气总网压力达到14000Pa。而炼钢煤气加压机的加压能力最高只能达到15000Pa，当外网压力大于13000Pa后，煤气并网量极低，有50%的转炉煤气无法利用，被迫放散。为使转炉炼钢产生的煤气得到合理利用，提高转炉煤气回收率，莱钢采用转炉煤气自产自用工艺，使转炉煤气系统实现了一部分用于自产自用，多余部分并网利用的应用工艺。

2.2 转炉煤气管网系统设计不合理

　　原煤气回收管道系统、煤气柜输出管道及并网管道系统设计不合理,难以适应煤气全部回收及并网和自用要求，安全隐患严重。主要情况如下:

　（1）回收管道过流面积不足，回收管道阻力大，造成转炉回收时回收管道压力高，水封逆止阀水封易击穿,检修无安全保障,且不能满足三炉同时回收的安全要求；

　（2）煤气柜柜后管道过流面积不足。当煤气量大于20000m3/h时，加压机机前负压,不符合安全运行要求，造成回收的煤气不能全部有效输出；

　　（3）并网管道过流面积不足，造成管道阻力大，不能使回收的煤气全部有效并网利用。

2.3 煤气含尘浓度高，需进行深度精除尘处理

　　回收的转炉煤气中含尘量高，达到80～100mg/m3，对各煤气用户造成了不利影响:

　  （1）加压机叶片积灰严重，运行10天左右就须停机清理叶片一次,否则就会产生震动造成事故。

　（2）管道积灰严重，加压机运行30天以上，出口管道积灰厚度达300mm，影响管道的正常出力，必须停加压机进行清理，既影响煤气并网又增加了工人的劳动强度。

　　（3）并网的转炉煤气灰尘与混合煤气中的焦油结合，易造成混合煤气管道积灰并且不易清理。且上述油灰可造成加热炉换热器堵塞和煤气烧嘴堵塞，影响加热炉的正常生产与运行。

2.4 加压系统能力不足

　　原加压系统有3台D150-11型煤气加压机，每台加压机的额定流量为9000m3/h，升压为12kPa，使用制度为两用一备，在外网煤气压力较高达到10 kPa以上时，即使双机并联，煤气****输出能力只能达到8000m3/h。而实际回收煤气量为20000m3/h，已不能满足回收的所有煤气全部输出要求。莱钢4#转炉煤气回收后,煤气回收量可达34200m3/h，更不能满足回收的所有煤气全部输出要求，需要对煤气加压机进行升压改造。

3 煤气系统的优化改造

　　转炉吹炼过程中产生1250℃左右的炉气，炉气经汽化冷却烟道冷却降温，烟气温度降到900℃左右。烟气进入一文饱和冷却降温、除尘，温度降至175℃左右，然后经脱水器脱水后进入二文精除尘，二文配有液压伺服装置，通过转炉炉口微差压装置自动调节二文喉口开度，控制抽气量。二文烟气由背包脱水器脱水再经过旋风除尘器进行脱水除尘后，烟气进入除尘引风机。转炉煤气经ZFK-1型煤气分析仪分析合格后，水封逆止阀打开，三通切换阀由放散转为回收。转炉煤气经水封逆止阀进入20000m3转炉煤气柜，然后进入SDB型转炉煤气湿式电除尘器除尘后，煤气含尘量低于2mg/m3，同时在静电除尘器入口设有氧气浓度连续检测，确保进入转炉煤气静电除尘器的煤气成分不超标而造成除尘器发生爆炸事故。合格的转炉煤气由煤气加压站加压机将煤气加压后送往炼钢厂钢包烘烤、中间包烘烤、混铁炉保温、合金烘烤、在线烘烤、砂子加热等煤气用户，多余煤气并网利用。工艺流程见图1。

 

图1 莱钢转炉煤气系统工艺优化流程

3.1 转炉煤气自产自用

3.1.1 自用煤气工艺参数的确定自用煤气需要量包括：

     烘包煤气需要量:单台烘包器****煤气消耗量为350m3/h，则16台烘包器****煤气需要量为5600m3/h；

     混铁炉保温：每座混铁炉保温****煤气消耗量为300m3/h，则2座混铁炉保温时煤气****消耗量为600m3/h；

     合金烘烤：3座合金烘烤窑共12台煤气烧嘴，煤气****消耗量为600m3/h；

     沥青、沙子烘烤：****煤气消耗量为300 m3/h；

     连铸中间包烘烤：共34台煤气烧嘴,****煤气消耗量为3900 m3/h。

　　上述各项相加，可知自用煤气需要量为11000 m3/h。

3.1.2 自用煤气管路管径计算根据煤气需要量Q为11000 m3/h，煤气流速V为10m/s计算，则总管管径D为：

　　D=Q/（2820×V）    （1）

　　代入数据，得D为0.624m。选择D630×8标准煤气管道，通径600mm。

3.1.3 煤气压力各煤气用户燃烧器要求最小压力为3000Pa，考虑煤气运行的最远用户沿程阻力损失为4500Pa，总管煤气压力控制在8000～10000Pa。

3.1.4 安全设计转炉煤气是无色、无味、有剧毒的可燃性气体，如发生煤气泄露及回火爆炉事故，后果极为严重。针对转炉煤气的这些特性，结合煤气管道设计规范，做了以下安全设计：

　（1）加压站防护措施：为防止煤气用户操作不当或加压机跳电引起回火爆炸事故，保护加压机和煤气柜，在煤气站自用管路始端设有防回火泄爆水封组，并对燃烧器进行防回火设计，确保安全。

　（2）快速切换保压装置：为防止煤气自用管路压力低造成烧嘴灭火或引发回火事故，在用户总管设有转炉煤气与混合煤气快速切换保压装置，当煤气加压机全部跳电引起自用总管压力低时，快速切换阀立即打开，用混合煤气为自用总管保压，防止回火爆炸事故的发生。

3.1.5 燃烧器改造由于原来的混合煤气燃烧器无燃烧火道和燃烧稳焰措施，再加上燃烧转炉煤气时的火焰传播速度低于混合煤气的火焰传播速度，燃烧范围窄，着火性与稳定性差，所以容易发生脱火事故。针对转炉煤气的特性，把煤气燃烧器改造为转炉煤气稳焰烧嘴。稳焰烧嘴的主要特点是：将转炉煤气分散成多股射流喷出，空气进入烧嘴后与转炉煤气进行良好的混合，在燃烧火道内完全燃烧形成稳定的高温火焰喷出，达到高效烘烤的目的。

3.2 转炉煤气系统管网适应性优化

3.2.1 回收管道改造 

　　（1） 转炉扩容后技术参数：

　　铁水****装入量G：3.6×10.4kg

　　****脱碳速度Vc：0.4%C/min

　铁水含碳量C1：4.2%

　钢水含碳量C2：0.10%～0.17%

　　吹炼时间T：14min

　　供氧强度K：4m3/t.min

　（2）炉气量计算：

　按****降碳速度计算：

　　V0=GVc×22.4/12×60×1/(C0+C02)    （2）

　　代入数据，得V0为21795m3/h。

　　按供氧强度计算：

　　V0=2×GK×60      （3）

　　代入数据，得V0 为17280 m3/h。

　　按经验公式计算：

　　V0=G(C1-C2)×22.4/12×60/14×1.8     （4）

　　代入数据，得V0为21254 m3/h。

　　（3）****烟气量计算：

　　Vy=1.17V0    （5）

　　按经验数据进行计算，得Vy 为24800 m3/h。

　　则3座40t转炉同时回收煤气时的****瞬时量Q为74400 m3/h。按标准安全流速V为10m/s计算，回收管道直径d应为1.41m。

　　上述计算说明，3座转炉同收煤气时需要直径1410mm的回收总管才能使转炉煤气安全送到煤气柜。直径1410mm的煤气管道过流面积为1.67 m2，而原设计DN1000回收管道过流面积为0.85m2，故需并联一根过流面积0.81m2的管道 ,即DN1020×8mm的回收管道才能满足3座转炉同时回收的安全要求。

　（4）改造实施:设计安装一根DN1020×8mm转炉煤气回收管道与原煤气回收管道并联运行。按V为10m/s核算，单炉回收时沿程压力损失500Pa，两炉回收时沿程压力损失2000Pa，三炉回收时沿程压力损失4000Pa。

　　实际单炉回收时沿程压力损失500Pa，高压风机机后压力为3500Pa；两炉回收时沿程压力损失2000Pa，高压风机机后压力为5000Pa，而水封逆止阀水封高度为6000Pa,此时检修任意一座转炉高压风机均无安全隐患，满足了检修安全要求。

3.2.2 煤气柜出口管道（加压机入口总管）改造

　　（1）改造依据：莱钢现有3座转炉年产钢量为220万t，考虑莱钢新上4#转炉后年产钢量为328万t, 则每天4座转炉冶炼小时钢产量为3796t。按吨钢****煤气回收量为90m3计算，煤气发生量为34200m3/h。按煤气回收波动系数1.15计算，柜出口管道输出****瞬时流量Q为38304m3/h。按Q为10m/s计，气柜出口直径d为1.16m。

　　（2）实施情况:上述计算说明,原D630×6mm柜后管道过流面积不够，取消现有DN600管道，设计安装1根DN1020×8mm柜后管道与煤气加压机连接成为柜后新系统。按V为10m/s、4炉回收的煤气全部输出即Q为38304m3/h核算，柜后管道沿程压力损失为1500Pa，煤气加压机机前压力大于1000 Pa，满足了回收的煤气全部输出时加压机运行的安全要求。

3.2.3 并网管道改造

　　（1）改造依据：原并网管道公称通径为600mm，并网量达到20000m3/h时阻力达到4800Pa。现****并网量为气柜****输出量(38304m3/h)，与****自用量(11000 m3/h)之差约为27000m3/h，按煤气流速为11m/s计，则并网管道直径d为0.91m。

　　（2）实施情况:设计安装1根D920×8mm并网管道与莱钢混合煤气总管连接成为并网新系统。原DN600并网管道取消。按V为10m/s,****煤气并网量Q为27304m3/h，管道长度L为100m核算，新并网管道沿程压力损失为1100Pa。并网管道阻力大大降低使并网量大为增加，满足了回收煤气除自用外全部并网的要求。

3.3 转炉煤气精除尘改造

3.3.1 煤气深度精除尘工艺原理转炉吹炼过程中产生的高温烟气经熄火、降温、除尘、加压、成分分析等过程，符合使用要求的煤气被送至2万m3干式煤气柜，然后进入湿式电除尘器。煤气通过湿式电除尘器时，上方喷雾水嘴喷出的水雾使煤气中的细小尘粒汇聚，吸附于尘粒上的荷电量增多，有利于灰尘捕捉，含有大量水分的灰尘沉积在集尘极上形成水膜；当集尘极上的灰尘达到一定的厚度时，冲洗喷嘴开始喷水冲洗集尘极，污水汇至污水斗内，经管道排到除尘器下沉淀池内，沉淀后上部清水进清水池，由水泵分别打入喷雾水嘴和冲洗喷嘴，进行上述循环，循环水量分别为14、12t/h。

　两个污水沉淀池尺寸为3.5m×9.0m，两个沉淀池共同使用，清水池的水位由液位计控制补充新水，并根据pH值定期更换工业新水，以调节循环水的pH值。沉淀下来的污泥，由泥浆泵打入转炉污水系统的斜板沉淀池进行处理。

3.3.2 改造措施新上1台SDB型湿式电除尘器，其煤气处理量40000m3/h，除尘效率达到99%以上，并在静电除尘器入口设氧气浓度连续检测，确保进入转炉煤气静电除尘器的煤气成分不超标。经电除尘器高效除尘,转炉煤气含尘量降至2mg/m3以下，确保了转炉煤气的质量,然后由加压机加压后并网和供自用。

3.4 加压系统改造

　　原加压系统有3台D150-11型煤气加压机，每台加压机的额定流量为9000m3/h，升压为12kPa，使用制度为两用一备。考虑回收煤气量达到38304m3/h，煤气加压机能力已不能满足所有煤气输出要求，3台加压机全部改造为D400-12型，两用一备,并采用变频调速技术节约用电。

3.4.1 加压机的选择

　　（1）煤气量的确定：当吨钢回收煤气量是90m3时，可回收煤气量为38304m3/h。

　　（2） 加压机提升压力的确定：

　气烧窑入口煤气压力P1：16000Pa

　　至气烧窑管道压力降ΔP1：2200Pa

　加压站内的压力降ΔP2：300Pa

　　进入加压站煤气压力P2：1500Pa

　加压机提升压力ΔP：17000Pa

3.4.2 加压机参数确定

　型号：AI400—1.189/1.019、3台

　　进口流量：400m3/min（24000 m3/h）

　进口压力：0.1MPa（绝压）

　　进口温度：40～60℃

　　进口介质重度：1.396kg/m3

　升压:17000Pa

　　工况转数:2860r/min

　　配用电机功率:220kW

4 效益分析

　　2002年11月份，莱钢完成了转炉煤气自产自用、转炉煤气系统管网改造、转炉煤气精除尘改造、转炉煤气加压机升压改造，使煤气加压站煤气输配能力达到4万m3/h，具备了全收全送能力，提高了转炉煤气回收率,大大降低了转炉煤气含尘量，增大了转炉煤气并网量，改善了厂区工作环境，具有极大的经济效益和社会效益。

　　莱钢2002年产钢量为225万t，在保证转炉煤气热值达到31500kJ/m3的条件下，2002年莱钢炼钢厂月最高吨钢煤气回收量达到75m3，月平均吨钢煤气回收量达60m3，转炉煤气价格按0.078元/m3计，产生的直接经济效益为1053万元。

　转炉煤气实现精除尘和加压机升压改造后，不仅能够提高转炉煤气回收率,减少CO排放，更重要的是每年可以减少外排烟尘，对改善环境质量等效果是极为明显的。按烟气含尘量为85mg/m3计，每年少排烟尘量11.475t。

5 结语

5.1 转炉煤气精除尘改造设计，使转炉煤气含尘量降到1.4mg/m3，减少了煤气含尘带来的安全隐患。

5.2 转炉煤气自产自用和加压机升压改造，满足了莱钢转炉煤气全部利用的要求，经济效益显著。

5.3 配套管道系统适应性优化改造，解决了转炉煤气管道系统的安全隐患，为提高煤气回收量提供了可靠的安全保证。