高炉放散煤气回收方案分析.pdf

52设备工艺创新设备工艺创新第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）高炉放散煤气回收方案分析王辉，秦宇，罗飞，张靖雨（鞍钢股份有限公司鲮鱼圈钢铁分公司炼铁部，辽宁营口1150 0 7）【摘要】以40 38 m高炉为例，介绍了高炉放散煤气自然回收和全回收两种方式的工艺流程，确定最终煤气回收方案并计算出经济效益。根据煤气回收系统工艺流程，使用AMESim软件进行建模，并对模型进行动态特性分析。由仿真结果可知，系统压力稳定，回收效果良好。【关键字】高炉；煤气回收；AMESim仿真模型；动态特性分析Analysis on Recovery Scheme of Discharged Gasfrom Blast FurnaceWang Hui,Qin Yu,Luo Fei,Zhang Jingyu(Iron Making Department of Bayuquan Steel Company of Ansteel Co.,Ltd.,Yingkou Liaoning 115007)Abstract Taking 4038 mblast furnace as an example,the technological processes of natural and total recovery ofdischarged gas from blast furnace are introduced.Final gas recovery scheme is determined and economic benefit is calculated.According to the process flow of gas recovery system,use AMESim software to model.The dynamic characteristics of the modelare also analyzed.The simulation results show that the system pressure is stable and the recovery effect is good.Key Words blast furnace;gas recovery;AMESim simulation model;dynamic characteristic analysis1概述高炉内部常保持一定压力以保证高炉更好地燃烧，为了在上料阶段仍然能维持高炉内压力，必须使用“均排压”工艺，俗称“倒罐”。在排压工艺中，料罐内的气体通过消音器后直接排放在大气中，其中大量的煤气和烟尘不仅造成了环境污染，而且浪费了能源。在原有“均排压”工艺基础上植人放散煤气回收管路，利用料罐内的气压与大气压的压差，将放散煤气经过除尘系统过滤，再回收至煤气管网中，使放散煤气转化成可利用的能源。虽然煤气一次回收量较小，但高炉日常生产需多次放散，少量多次的煤气回收也能节约可观的能源 2。因此，在“均排压”工艺流程中加人放散煤气回收工艺，可以降低烟尘排放、回收能源，具有社会效益与经济效益。2放散煤气回收方案2.1放散煤气自然回收方案根据联通容器内气体从高压强处向低压强处流动原理，利用料罐内与煤气管网之间的压力差，将部分煤气自动回收至煤气管网中，而当两者压强一致时，会有少量煤气停留在旋风除尘器、控制阀以及部分管道内，这部分无法回收的气体会随着放散阀的再次开启放散到大气中3。煤气回收装置主要由管路、除尘器和控制阀门组成，关键部位设置盲板阀方便检修工作。放散煤气自然回收流程如下：2.1.1回收流程放散煤气料罐一旋风除尘器一一次回收阀煤气回收管路一布袋除尘器一净煤气管网2.1.2二次放散放散煤气一料罐一旋风除尘器一主排压阀一消音器一大气。2.1.3均压流程均压煤气一净煤气一均压阀一旋风除尘器一料罐。2.2放散煤气全回收方案放散煤气全回收方案是在自然回收方案的基础上，增加引射器强制回收工艺。在自然回收煤53设备工艺创新第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）气条件下，料罐煤气压力低于2 5kPa时，引射器开始工作，将料罐、除尘器、控制阀门、部分管路内的残余煤气强制回收至煤气管网中。放散煤气全回收流程如下：2.2.1次回收流程放散煤气一料罐一旋风除尘器一一次回收阀一煤气回收管路一布袋除尘器一净煤气管网。2.2.2二次回收流程放散煤气一料罐一旋风除尘器一二次回收阀引射器一煤气回收管路一布袋除尘器净煤气管网。2.2.3二次放散流程（备用）放散煤气一料罐旋风除尘器一主排压阀消音器大气。2.2.4均压流程均压煤气一净煤气一均压阀旋风除尘器一料罐。引射器如图1所示。图1引射器3放散煤气回收方案分析对比放散煤气自然回收方案设计成本较低、工程量较小，煤气回收率约为7 0%。与原有“均排压”工艺成并行关系，可随时切换。当系统投运时，开启进出口盲板阀，使整个回收管路保持畅通。当高炉准备上料时，放散回收阀门自动开启，放散煤气自动进人煤气管网中4。整个回收过程与原均排压系统放散时间相近，并不会影响高炉上料。相比于自然回收方案，放散煤气全回收方案的煤气回收效率理论值为10 0%，具有更好的节能减排效果。放散煤气全回收系统分为一次自然回收和二次强制回收两部分组成。一次自然回收利用料罐与低压煤气管网之间的自然压差回收约65%的放散煤气，剩余煤气通过增加引射器强制回收至管网，以此实现均压放散煤气全回收，炉顶零排放。当均压放散时，一次回收阀自动开启，放散煤气通过炉顶料罐与管网之间的压差自然流至管网。回收末期关闭一次回收阀，开启二次回收阀，将料罐内约35%的低压煤气通过引射器强制吸人低压管网中。当炉顶料罐压力降至8 kPa时，关闭二次回收阀，引射终止，整个回收流程结束。综上所述，总结出两种回收方式的优缺点，见表1。表1两种回收方式的优缺点回收方式优点缺点1.设计成本较低。2.施工难度小，工程量小。煤气回收量约为7 0%，放散煤气自然3.与原系统放散时间相近，仍有部分烟尘和煤气回收工艺不影响上料。被放散到大气中。4.与原有系统并行。1.煤气可10 0%被回收至煤气管网，环保效益好。1.设计成本较高。放散煤气全回2.可在自然回收工艺基础上2.工程量大。收工艺改造。3.煤气回收时间较长。3.与原有系统并行。由表1可以看出，放散煤气自然回收工艺最大的优势在于设计成本低，不影响上料时间，且可以与原有系统并行；而全回收工艺最大优势在于煤气回收量可达10 0%，且可以与原有系统并行。因此，在实际生产中可以得出回收方式最优解：两种工艺同步实施，以放散煤气全回收工艺为主要回收方式，达到最好的环保效益；以自然回收为辅助回收方式，在紧急上料时可缩短上料时长。4效益计算以40 38 m高炉为例，炉顶料罐有效容积为80m，几何容积为12 0 m。回收煤气按照几何容积折合标态体积，可计算出年均回收煤气总量。在此按全回收方案计算，年均放散煤气回收量参见表2，年均减排量参见表3。表2 年均放散煤气回收量m编号项目数值几何容积折标态量2282单次放散理论回收量2283每小时放散量27404每日放散量657585每年放散量230210454-设备工艺创新第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）表3年均减排量编号项目数值1污染煤气减排量/10 4(m3.al)2282折二氧化碳减排量/（ta）2283炉尘减排量/（ta）2.7405建立基于AMESim的放散煤气回收系统模型参考现有有“均排压”系统工艺流程，搭建AMESim放散煤气回收系统模型，验证煤气回收系统稳定性，高炉“均排压”系统原理如图2 所示使用AMESim气体元件库，用密闭容腔模型模拟料罐容器，电磁阀模型模拟控制阀门的开启和关闭，恒压气源模型模拟引射器气源，过滤器模型模拟除尘器布袋，管道模型模拟管道的变径管路和弯折管路，调压阀模拟调定低压煤气管网压力值，最终搭建好AMESim放散煤气回收系统模型如图3所示。煤气回收管路DN600DN50煤牛人口煤气出口DN500原有氮OOSNG氮气吹扫阀气接点干爆味尘器煤气管网10 kPaTRT调压阀图2 高炉均排压系统原理图CO2COGas+25WSMixI.Sf(x)k福Cp图3放散煤气回收系统模型6放散煤气回收系统动态特性分析在AMESim中运算放散煤气回收系统仿真模型，分析其动态特性，着重关注料罐模型与管道模型压力变化，得到压力与时间关系曲线。自然回收工艺压力变化曲线如图4所示，全回收工艺压力变化曲线如图5所示。55（2 0 2 3-0 1-30 收稿第41卷2 0 2 3年第4期（总第2 2 6 期）设备工艺创新0.250.22料罐内压力管道内绝对压力0.20-0.20-0.18-0.150.16-0.10-0.14-0.05-0.120-0.1002468100246810时间/5时间/：（a）自然回收料罐压力变化曲线（b）自然回收管道压力变化曲线图4自然回收工艺压力变化0.250.22料罐内压力管道内绝对压力0.200.200.180.150.16-0.100.14-0.05-0.12-00.100510152005101520时间/5时间/5（a）全回收料罐压力变化曲线（b）全回收管道压力变化曲线图5全回收工艺压力变化由图4可知，放散煤气自然回收开始时料罐内压力变化较快，然后逐渐变慢，在6 s之后压力趋于平稳，相对压力在0.0 7 MPa附近，需启用二次放散将料罐内残余气体排出，可计算出煤气回收率约为7 0.8%。管道内压力平稳，无剧烈波动。由图5可知，放散煤气全回收时间较长，料罐内压力约2 0 s后与大气压力持平，回收效果较好，回收率接近10 0%。管道内压力峰值与自然回收工艺相近，压力平稳。综上所述，放散煤气自然回收与全回收工艺均达到预期值。在上料时间充裕时采用全回收工艺，用自然回收工艺作为辅助，可达到最大效益。7结论（1）在实际生产中以放散煤气全回收工艺为主要回收方式，自然回收为辅助回收方式。两种工艺可以同步实施，灵活切换达到最好经济效益。（2）煤气回收工艺每年回收煤气量为230210m，每年炉尘减排量2 7 40 t，节能减排效果显著。（3）仿真结果料罐内压力值稳定，系统稳定性较好，无压力剧烈波动，煤气回收达到预期效果。参考文献：1张书文.高炉煤气回收放散系统控制策略应用J.新疆钢铁，2 0 0 9（0 3)：2 7-2 9.2程鹏，潘宇林。钢铁厂高炉煤气回收利用的途径J.冶金动力，1997（0 3)：57-6 1.3丁全贺，耿云峰.高炉煤气回收利用技术开发与应用J.中国石油和化工，2 0 10（12)：39-40.4徐莉莉.南钢的高炉煤气回收与利用J.冶金动力,1997(0 4)：36-38.