转炉煤气回收分析及其提高措施

　第 41 卷 　第 5 期 　2 0 0 6 年 5 月 钢 铁 Iron and Steel 　Vol. 41 , No . 5 May 　2006 转炉煤气回收 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 及其提高措施 王爱华1 , 　蔡九菊1 , 　郦秀萍1 , 　王 　鼎2 , 　周庆安2 (1. 东北大学热能与环境 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 研究所 , 国家环境保护生态工业重点实验室 , 辽宁 沈阳 110004 ; 2. 宝山钢铁股份公司能源部 , 上海 201900) 摘　要 : 以宝钢二炼钢 250 t 转炉煤气回收系统为背景 ,结合转炉煤气成分变化曲线从理论上分析了提高煤气回 收量的基本途径 ,研究了转炉工序设备条件、原料条件、空气吸入量、回收条件、供氧强度等因素对转炉煤气回收量 的影响 ,其中空气吸入量、回收条件、供氧强度等因素的影响尤为显著。从完善软硬件设备等方面提出了提高二炼 钢转炉煤气回收水平的具体措施 ,实施后可取得很好的节能效果。 关键词 : 转炉煤气 ; 回收 ; 空气吸入量 ; 回收条件 ; 供氧强度 中图分类号 : X757 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 04492749X(2006) 0520081204 Converter Gas Recovery Analysis and Improvement WAN G Ai2hua1 , 　CA I J iu2ju1 , 　L I Xiu2ping1 , 　WAN G Ding2 , 　ZHOU Qing2an2 (1. Institute of Thermal and Environmental Engineering , SEPA Key Laboratory on Eco2indust ry , Northeastern University , Shenyang 110004 , Liaoning , China ; 　2. Energy Department of Baoshan Iron and Steel Co . , Ltd. , Shanghai 201900 , China) Abstract : The basic approaches to improve gas recovery ratio were analyzed in theory based on converter gas recov2 ery system of Baosteel No. 2 steel making plant . The effect of following factors such as converter conditions , raw material supply , air suction rate , recovery conditions , and intensity of oxygen blowing on converter gas recovery ra2 tio was studied. And the effect s of air suction rate , recovery conditions and intensity of oxygen blowing are remarka2 ble. The physical measures are put forward for modification of hard and soft ware of converter gas recovery system , and good result s can be achieved. Key words : converter gas ; recovery ; air imbibed quantity ; recovery rest ricted condition ; intensity of oxygen blowing 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (50334020) 作者简介 : 王爱华 (19762) , 男 , 博士生 , 讲师 ; 　　E2mail : wangaihua1976 @yahoo. com. cn ; 　　修订日期 : 2005208222 　　转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源 ,也是我 国二次能源回收利用的薄弱环节之一 ,提高转炉煤 气回收量 ,不仅能有效降低炼钢工序生产成本 ,为实 现“负能”炼钢打下基础 ,而且能极大降低钢厂污染 物排放总量 ,实现清洁生产。因此 ,“转炉煤气回收” 成为现代转炉炼钢中的重要技术 ,被国家列为“十 五”期间重点推广的技术之一[1～3 ] 。 转炉煤气回收系统管线长 ,设备复杂 ,影响转炉 煤气回收的因素较多。资料表明[4 ] ,国内绝大部分 钢厂的转炉煤气回收利用效果均不理想 ,截至 2003 下半年 ,吨钢煤气回收量多数停留在 40～60 m3 / t 的水平上 ,与国外先进水平相差甚远 ,既浪费了大量 能源 ,又严重污染了环境。因此 ,尽快消化掌握转炉 煤气回收技术、充分挖掘设备潜能、安全高效地提高 转炉煤气回收水平 ,已成为国内绝大部分钢厂面临 的共同课题[5 ] 。 本文以宝钢二炼钢厂 L T 法煤气回收系统为背 景 ,通过对提高转炉煤气回收量基本途径的理论分 析 ,研究了影响因素对转炉煤气回收量的影响 ,并提 出了提高转炉煤气回收水平的具体措施。 1 　转炉煤气回收系统简介 二炼钢的生产实践表明 ,转炉煤气回收量占转 炉工序能源回收量近 90 %的比例 (以折算为 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 煤 计) ,是其实现“负能”炼钢的关键环节。 二炼钢转炉煤气回收系统是从奥钢联引进的 L T法煤气回收系统 ,其工艺 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 如图1所示[6 ] 。 图 1 　LT法转炉煤气回收流程 Fig. 1 　Converter gas recovery system of LT system 钢 　铁 第 41 卷 图 2 　转炉煤气中 CO、O2 含量随吹炼时间变化散点图 Fig. 2 　Change of CO and O2 content in converter gas with blowing time 该系统主要由烟气冷却、净化回收和粉尘压块等 3 大部分组成。与传统的湿法除尘相比 ,其主要技术 特点为 : ①除尘净化效率高 ,回收的煤气含尘量小于 10 mg/ m3 ,可直接供用户使用 ; ②年回收含铁粉尘 压块 5 万 t ,返回转炉代替铁矿石利用 ; ③不存在二 次污染和污水处理 ,节省能耗 ; ④转炉煤气回收率 高。因此 ,L T 法煤气回收工艺有更高的经济效益 和环境效益。 2 　转炉煤气回收影响因素 2 . 1 　转炉煤气成分含量随吹炼时间变化 转炉依靠铁水中 C、Si、Mn、P 等元素的氧化反 应放热 ,完成冶炼过程 ,并生成大量高温烟气。烟气 通过回收系统回收成为可利用的转炉煤气。从宝钢 二炼钢转炉冶炼过程控制机中 ,采集正常生产条件 下多炉钢水冶炼过程中转炉煤气中 CO 和 O2 含量 变化数据 ,绘制其随吹炼时间变化的含量散点图 ,如 图 2 所示。 分析图 2 可知 : ①吹炼过程中 CO 和 O2 含量散 点始终分布在图中 2 条曲线两侧 ,这 2 条曲线分别 为 CO、O2 含量变化均值线 ,代表了二炼钢转炉冶炼 过程中 CO、O2 含量随冶炼时间的变化规律 ; ②在转 炉吹炼前期、中期和末期 3 个时段中 ,不同时段因反 应机理不同 , CO 的生成量及其在煤气中含量也有 所不同 ,其中冶炼中期产生 CO 最多 ,CO 含量达到 最高水平。 2 . 2 　转炉煤气回收量提高途径的理论分析 转炉煤气是否进行回收 ,取决于烟气中 CO 和 O2 含量。二炼钢转炉煤气的回收条件为φ( CO) ≥ 40 %且φ(O2 ) < 1 %。根据图 2 中 CO 和 O2 含量变 化均值线 ,绘制图 3。根据积分原理 ,将回收时间内 CO 含量变化曲线对吹炼时间进行积分 ,得转炉煤 气单位体积热值 ,乘以烟气流量 ,再进行标准热值 (8 360 kJ / m3 )折算后 ,所得煤气体积量即为转炉煤 气回收量。分析图 3 可知 ,吹炼过程中烟气流量基 本保持不变 ,因此 ,通过分析转炉煤气单位体积热值 的变化即可知煤气回收量的变化情况。图 3 中τa 和τf 分别为当前回收条件下煤气回收的开始与结 束时刻 ,连接图 3 中 a2b2c2d2e2f 2a ,所得图形面积即 为回收条件下转炉煤气单位体积热值 ,提高转炉煤 气单位体积热值 ,意味着提高转炉煤气回收量 ,就是 要增大回收条件下 CO 含量变化曲线对吹炼时间的 积分面积。在转炉正常生产条件下 ,增加积分面积、 提高转炉煤气回收量的基本途径为 : ①延长回收时 间 ,将图中回收开始时间τa 和结束时间τf 分别提前 和推迟至τa′和τf′,则多边形 a′2b′2b2a2a′和 e2f 2f ′2e′2 e 的面积为煤气单位体积热值的增加量 ; ②在此基 础上提高吹炼初期 CO 含量上升速率 (即斜率 k1 = tgβ1 ,代表了上升速率) 和末期 CO 含量下降速率 (即斜率 k2 = - tgβ2 ,代表了下降速率) ,从而缩减 CO 含量达到回收中期的时间 ,即将图 3 中 CO 含量 上升线 b2c 改变为 b′2c′、下降线 d2e 改变为 d′2 e′,转 炉煤气单位体积热值增加量为多边形 b′2b2c2c′2b′和 e′2e2d2d′2e′的面积值 ; ③最后 ,提高吹炼中期 CO 含 量值 ,将 CO 含量水平从 c2d 提高至 g2h ,即可增加 多边形 c′2d′2h2g2c′的面积值 ,煤气单位热值和回收 量相应提高。 2 . 3 　转炉煤气回收量的影响因素 转炉煤气回收量的影响因素较多 ,因此需结合 上述理论分析 ,从转炉设备条件、原料条件、钢水碳 含量、空气吸入量、煤气回收条件、供氧强度等方面 研究这些因素对转炉煤气回收量的影响。 2 . 3 . 1 　转炉设备条件的影响 设备运行状态的好坏直接影响转炉煤气回收水 ·28· 第 5 期 王爱华等 :转炉煤气回收分析及其提高措施 图 3 　转炉煤气回收量提高途径的理论分析图 Fig. 3 　Theoretical analysis of approaches for improving converter gas recovery 平的高低 ,特别是煤气柜容量和用户用气量的调配 状态。当煤气回收供大于求时 ,会造成煤气不能回 收而无谓放散。同时 ,煤气成分分析仪中 CO 含量 量程若偏低也会影响了转炉煤气的回收水平。 2 . 3 . 2 　原料条件和钢水碳含量的影响 转炉煤气主要是由铁水脱碳过程中碳氧化产生 的 ,通过对二炼钢转炉正常生产条件下生产数据统 计分析 ,计算得原料条件和钢水碳含量对转炉煤气 回收量的影响如表 1 所示。由表 1 可见 ,原料条件 和钢水碳含量对吨钢煤气回收量的影响十分明显。 其中 ,原料中铁水比变化影响最大。 2 . 3 . 3 　空气吸入量的影响 转炉冶炼中 ,在活动烟罩与炉口的间隙处会有 少量空气进入 ,易造成煤气二次燃烧、降低煤气品 质。这里引入“空气吸入系数”的概念 ,用于描述炉 口空气吸入量对转炉煤气回收量的影响 ,以α表示。 空气吸入系数是指在转炉冶炼中从转炉炉口吸入的 空气量与转炉烟气全部燃尽所需理论空气量之比。 α既影响煤气量又影响煤气的单位热值 ,若α增加 , 使煤气中 CO 燃烧 ,导致煤气热值降低 ,使转炉煤气 回收量减少。理论上讲 ,若α= 1 ,煤气中 CO 已完全 燃尽 ,此时煤气热值为零 ;若α= 0 时 ,煤气中 CO 含 量最大 ,其标准热值煤气体积量亦最高。目前二炼 表 1 　原料条件和钢水碳含量变化对 吨钢煤气回收量的影响 Table 1 　Effect of ra w material and carbon content in molten steel on converter gas recovery rate per ton steel 影响因素 vm/ (m3 ·t - 1) 原料中铁水比变化±1 % ±1. 016 原料中碳含量变化±0. 1 % ±0. 650 钢水碳含量变化±0. 1 % ±0. 650 钢转炉冶炼中的空气吸入系数在 0. 09～0. 16 ,削弱 了转炉煤气的回收效果。因此 ,就转炉煤气回收而 言 ,α越小越好 ,通过计算分析可知α若降低 0. 01 , 吨钢煤气回收量可提高 0. 92 m3 / t 。 2 . 3 . 4 　转炉煤气回收条件的影响 为了达到煤气回收的安全 ,同时还要考虑到用 户需求煤气品质的要求 ,需设置相应的回收条件。 回收条件直接影响回收的开始与结束 ,即回收时间 的长短。改善回收条件可延长煤气回收时间 ,提高 转炉煤气回收量。如马钢将其转炉煤气回收条件从 φ(CO) ≥30 %且φ(O2 ) < 1. 5 %改为φ(CO) ≥18 % 且φ(O2 ) < 1. 5 % ,回收时间增加 0. 5 min ,吨钢煤气 回收量提高近 3 m3 / t [7 ] ,且能安全回收。若将二炼 钢转炉的回收条件改善为 φ ( CO ) ≥30 % 且 φ(O2 ) < 1 % ,结合实际生产数据计算可得吨钢煤气 回收量提高 1. 52 m3 / t 。 2 . 3 . 5 　供氧强度的影响 转炉冶炼进入冶炼中期后 ,熔池内碳开始大量 氧化 ,此时炉内反应以脱碳为主 ,脱碳速度主要取决 于供氧强度 ,供氧强度提高时 ,可提高 CO 含量在吹 炼初期的上升速率和末期的下降速率 ,从而延长吹 炼中期时间 ,提高转炉煤气回收量[ 8 ] 。若将二炼钢 转炉 供 氧 强 度 从 2. 9 m3 / ( min · t ) 提 高 到 3. 5 m3 / (min ·t) ,冶炼时间可缩短到 11 min 内 ,吨 钢转炉煤气回收量提高 7 m3 / t 。 3 　提高转炉煤气回收量的综合措施 明确转炉煤气回收量的潜力 ,对于分析与解决 煤气回收中存在的问题、制定相关措施具有指导意 义。这里引用“转炉煤气回收理想值”的概念用于描 述煤气量的最大潜力 ,它是指在理想工况下生产 1 t 合格钢水转炉冶炼所回收的转炉煤气量 ,以二炼钢 转炉为例 ,计算其理想工况下的吨钢煤气回收理想 值为 128. 8 m3 / t (钢) [9 ] ,将二炼钢转炉目前吨钢煤 气回收量实际值 106. 5 m3 / t 与之相比较可知 ,目前 转炉煤气回收工作还有一定的潜力。因此 ,需要结 合当前生产中存在的不足 ,制定相关措施 ,大幅度提 高转炉煤气回收量。 (1) 完善软硬件设备 ,实现生产炉数的全回收 煤气回收系统良好运行是煤气高效回收的基本 前提。由于 L T 法转炉煤气成分仪中 CO 含量满量 程仅为 85 % ,造成超过 85 %的φ( CO) 被忽略不计。 因此 ,需将煤气成分仪中φ( CO) 满量程修改为 100 % ,由计算可知 ,修改后吨钢转炉煤气回收量可 ·38· 钢 　铁 第 41 卷 提高 1. 8 m3 / t 。 同时 ,可考虑在二炼钢转炉煤气柜与其他煤气 柜之间建一联络管 ,这样既能解决二炼钢煤气放散 问题 ,又能缓解其他煤气柜煤气供应紧张的局面。 (2) 降罩到位与炉口微差压调控并行 ,提高回 收煤气品质 在生产操作中 ,空气吸入量主要受活动烟罩与 炉口间隙的大小以及炉口微差压的影响。因此 ,在 转炉吹炼过程中 ,要严格实行降罩操作 ,尽早将烟罩 降至最低位 ,保持烟罩与转炉的“零”距离 ,防止空气 吸入造成二次燃烧 ,确保煤气回收的质量 ;同时 ,要 合理调控炉口微差压 ,保持炉口微正压 (0～10 Pa) , 限制空气吸入的不良影响 ,提高转炉煤气品质。 (3) 优化供氧 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 ,实施高效冶炼 优化供氧制度 ,合理控制氧枪枪位 ,兼顾转炉脱 碳及煤气回收的关系 ,减少二次倒炉 ,提高终点命中 率等 ,都能有效提高转炉煤气回收量。目前二炼钢 转炉的供氧强度约为 2. 9 m3 / ( min ·t ) ,出于安全 考虑 ,一般控制在 3. 5 m3 / ( min ·t ) 以下。因此 ,在 保障冶炼安全的前提下 ,若将供氧强度提高至 3. 5 m 3 / (min ·t) ,吨钢转炉煤气回收量可提高 7 m3 / t 左右。 (4) 改进回收方式与操作 ,延长煤气回收时间 生产实践表明 ,由于切换站钟形阀从接受指令 到完全动作到位需要一定时间 ,因此回收中存在滞 后效应 ,延迟了回收时间 ,造成部分煤气得不到回 收。因此 ,依据马钢的成功经验[7 ] ,可将二炼钢目前 的煤气回收条件修改为φ( CO) ≥30 %且φ(O2 ) < 2 % ,采取回收开始时间提前与结束时间延迟相结 合 ,可赢得回收时间近 1 min ,吨钢煤气回收量提高 2. 52 m3 / t 。 除此以外 ,还要加强管理 ,促进转炉回收系统现 场操作人员与能源中心的信息交流与合作 ,为安全、 高效地回收转炉煤气提供重要保证。 4 　结论 (1) 结合转炉煤气成分含量变化曲线 ,从理论 上明确了提高转炉煤气回收量的基本途径。 (2) 影响转炉煤气回收的因素包括设备条件、 原料条件、钢水碳含量、空气吸入量、回收条件、供氧 强度等 ,其中空气吸入量、煤气回收条件、供氧强度 等对其影响尤为显著。 (3) 二炼钢目前转炉煤气回收水平与其理想值 尚有一定差距 ,从完善软硬件设备、实行降罩到位与 炉口微差压调控并行、优化供氧制度等方面提出的 具体措施 ,可较大幅度提高转炉煤气的回收量 ,取得 很好的节能效果。 参考文献 : [1 ] 　刘　浏 ,余志祥 ,萧忠敏. 转炉炼钢技术的发展与展望[J ] . 中国 冶金 ,2001 , (1) :17219. 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