转炉煤气

马春辉

（河北联合大学 11级3班）

摘要：转炉是炼钢生产的主要工艺，在炼钢流程中产生大量的转炉煤气。这些煤气是优质的燃料，经回收处理后可重新利用。这对于钢铁企业节能降耗和减轻环境污染有着巨大帮助。本文介绍了国内外转炉煤气湿法、干法和半干法回收技术以及利用转炉煤气的最新进展和应用情况。转炉煤气干法除尘技术具有高效能源转换节约新水节能减排清洁环保的技术优势可以大幅度降低水消耗高效回收蒸汽和煤气减少环境污染是当代转炉冶炼实现高效能源转换的关键技术。全面总结分析了目前国内转炉煤气回收的现状、影响回收的原因 . 【 关键词】 转炉煤气 回收 利用

The progress of converter gas recovery and utilization

Ma chun hui

Abstract: The converter is the main process of steelmaking, a large

number of converter gas produced in steelmaking process. The gas is the quality of the fuel, can be utilization after recovery treatment. Which have a great help for iron and steel enterprises energy saving and reducing environmental pollution. The recent progress and application instance of BOF gas recovery technology by wet dry and semi-dry methods in foreign countries and China were introduced. Basic oxygen furnace(BOF) gas dry dusting technique is the key technology of contemporary BOF steelmaking to achieve high efficient energy conversion, which is provided with high efficient energy conversion, water saving, energy saving and lower emission, environment clean and friendly. A detailed analysis and conclusion was made on the current domestic state of recovery of converter gas and causes affecting the re- covery.

【 Key words 】 converter gas recovery utilization 引言:

转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源,转炉煤气 ( L DG ) 回收 占整个转炉工序能源回收总量的 8 0 % ~ 90 % ,是负能炼钢和降低工序能耗的关键环节[1]。煤气热值达到 8 30 0 k J / m3左右,是较为优质的燃料,可以在钢铁企业的燃料平衡中起到重要作用，煤气回收是我国

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。 1.转炉煤气的回收

回收转炉煤气是实现转炉冶炼能耗为负值的主要手段。我国转炉煤气回收利用始于1965年,直至2005年才在一些大型企业普及, 目前回收利用水平最高可达110 m3/ , t水平差的则低于6 0 m3/ , t 2009年我 国重点钢铁企 业转炉煤 气平均 回 收 量 为 75 m3/t 。与日本 钢厂普遍高于1 10 m3/ t 的水平相比,还有很大距氧气转炉炼钢工艺的发展, 相应的煤气净化回收技术也在不断地发展完善。转炉煤气的除尘、冷却与回收一般采用湿法，干法或近年来称为半干法的技术, 以日本OG 法为代表的湿法技术和以德国LT法为代表的干法技术, 一直占据着氧气转炉炼钢煤气净化回收技术的主导地位[2]。 1 .1 湿法回收工艺的进步

OG法( Oxygen Gas Recovery System )是一种传统的转炉煤气回收方法,于20世纪60年代由日本新日铁和川崎公司联合开发,目前世界上约有90 %的转炉采用OG法, 2008年我国钢产量超过5.3亿t,其中大部分为转炉炼钢工艺生产湿法除尘是最主要的转炉烟气净化技术。湿法除尘具备安全可靠,维护量小,系统设备造价低等特性,使其在我国具有广泛的应用前景。经过不断改进,现已发展到第四代(见图1) [3]. 该方法存在的最大缺点是能耗高、耗水量大、污水处理复杂、运行成本高。

1.2 干法( LT 法) 回收工艺的进步德国鲁奇公司和蒂森钢厂在 20 世纪 60 年代末联合开发了转炉煤气干法( LT法)除尘技术[4]。LT 法除尘系统主要由蒸发冷却器、静电除尘器、煤气冷却器及切换站组成。目前我国有2 0多座转炉、全球有60多座转炉采用了LT干法电除尘装置[5]。与OG 法相比, LT 法的主要优点是: 尘净化效率高, 通过电除尘器可直接将粉尘浓度降至 10 m g /m3以下; 该系统全部采用干法处理, 不存在二次污染和污水处理; 系统阻损小、煤气回收量高, 回收粉尘可直接利用,节约能源; 系统简化, 占地面积小, 便于管理和维护[6]。而干法除尘方法最大的优点是能耗低、耗水量小，环保效果明显，但是该方法一次投资大、结构复杂、耗材多；并且设备机构比较复杂、技术难度大[7]。

1.3 “半干法”除尘工艺

我国目前有550多座转炉，其中有10多座转炉采用干法，其余均采用湿法。无论湿法、干法均不同程度存在高排放、高耗能、高耗水、维修量大等多方面的问题。为此上海外高桥喷雾系统公司申请了一项更适合于目前国情的转炉烟气半干法除尘工艺，于2006年9月获得了中国发明专利所谓“半干法”，简单地说就是采用干法喷雾蒸发冷却+湿式电除尘器进行转炉煤气的除尘，但所产生的粉尘由原有污水处理系统回收和理。“半干法”采用湿式电除尘器，控制要求与湿法基本相同，节省了控制系统费用；粉尘回收处理利用现有的污水处理系统，既节省了投资又缩短了改造所需时间[8]。

所述的半干法除尘工艺的工 艺步骤包括： 第一，炉口微差压喷

雾补偿步骤，当转炉烟气出炉后，首先在炉口进行微差压 喷雾补偿，通过炉口上方活动烟罩外侧喷水环管上设置的多个双流体喷嘴向出炉的 烟气喷射水雾，进行初步除尘、降温并减少吸入空气； 第二，汽化冷却烟道冷却步骤，转炉烟气经炉口微差压喷雾补偿后，经活动烟 罩进入汽化冷却烟道，由设在汽化冷却烟道内的冷却水盘管对其进行再次冷却，并 回收部分热量生产蒸汽； 第三，喷雾冷却除尘步骤，转炉烟气经汽化冷却烟道冷却后，进入喷雾冷却除 尘塔，由喷雾冷却除尘塔内设置的多个气体雾化喷嘴向所经过的烟气喷射雾化的水 雾，对烟气进行喷雾冷却与除尘，使出喷雾冷却除尘塔后的烟气温度降至约40℃； 第四，湿式电除尘步骤，转炉烟气经喷雾冷却除尘后，进入湿式电除尘器进行 湿式电除尘，对所经过的烟气进行静电除尘，以进一步降低烟气中的粉尘，使之达 到排放标准； 第五，风机排放步骤，经湿式电除尘后的烟气由风机抽排到烟囱燃烧放空或送 入煤气回收系统回收利用。

“半干法”除尘工艺的优点是：

1）排放的烟气含尘浓度低于10mg/m达到发达国家目前的排放水平。 2）回收的煤气含尘浓度也低于10mg/m可以直接使用，无需在煤气柜后再建电除尘器。

3）转炉除尘风机的维修周期可以延长到1年，减少维修工作量和热停时间，备件消耗较低。

4）冷却水消耗量仅为湿法的一半，对转炉扩容引起的水处理能力不足有特殊利用意义。

5）系统阻力只有湿法的约30%，在处理相同烟气量的情况下，风机所需法的50%，加之采用交流变频调速技术，除尘的电费可以节省约50%。

2.影响转炉煤气回收的因素

（1）煤气分析在转炉吹炼3min时才能启动程序进行分析，且煤气分析仪自开始工作到分析出结果，一般需要2min，导致转炉开吹前5min不能进行煤气回收 而实际上转炉开吹至3min左右，CO含量即可达到煤气回收条件，由于煤气分析响应时间过长造成部分煤气得不到回收

CO起始回收浓度的设定值偏高攻关前CO起始回收浓度的设定值为30%，因为工艺阀门动作需要时间，回收存在滞后，实际起始回收时CO含量已达到35%以上，超过设定值，造成部分煤气放散浪费煤气回收过程中因条件变化拒收后，不能重新启动回收系统。

（2）每冶炼一炉钢只能回收一次煤气，回收过程中遇到转炉加料等情况时，CO含量会有短时间的不稳定，当CO含量降至终止回收值以下时，该炉煤气回收结束，剩余时间的煤气只能放散造成浪费空气吸入量及供氧强度不稳定转炉冶炼中，在活动烟罩与炉口的间隙处会有少量的空气进入，易造成煤气燃烧，降低煤气品质，导致起始回收时间的延迟; 供氧强度过高，会缩短冶炼周期，相应地也会缩短煤气回收时间。

(3)转炉煤气的回收受到原料条件（如表1）、操作制度及影响程度来看,最重要的是操作制度尤其是转炉降罩制度,转炉降罩的早晚直接影响到转炉煤气的回收量; 其次是供氧强度,对250t转炉供氧强度每增加10000 m3/h ,可多回收转炉煤气约7m3/t[9];再就是原料条件,主要是入炉铁水的碳含量和加入炉内的碳质发热剂的量,转炉煤气主要是由它们中的碳氧化生成。根据研究,铁水比增加1 % ,吨钢可多回收转炉煤气约1m3/t ,碳质发热剂消耗增加1kg/t,可多回收约0.9m3/ t[10]。此外,困扰大多数钢铁企业另一个因素就是用户不足导致柜满放散, 这主要是生产管理方面的原因。这说明在实际生产过程中,切实做好煤气平衡和协调好各工序是非常重要的。转炉装备水平的差异也

从根本上影响着煤气的回收[11]。炉余热回收系统包括转炉煤气回收系统和蒸汽回收系统。各种炉型的转炉余热回收系统热效率是不一样的, 吨位越大的转炉其热效率越高[12]。 3.提高转炉煤气回收量的技术措施 3.1 提高转炉煤气分析响应时间

(1) 降罩升罩为手动控制 规定操作时氧枪下枪到位开始吹炼的同时，岗位工就要同时给出降罩信号，信号给出后CO分析仪就开始分析烟气中的成分，将分析时间和响应时间叠加，这样合格时间上能够提高到2．5～3min左右，从而增加回收转炉煤气的质量和回收量 (2) 吹炼完成后，岗位工在提枪的同时给定升罩信号，避免以往吹炼过程中后3min不能回收的现象发生，适当增加转炉煤气回收量 3.2 优化转炉冶炼工艺操作

(1) 炼钢工序严格执行降罩操作规定，确保CO尽快达到回收值，延长煤气回收时间

(2) 优化供氧制度，合理控制氧枪枪位，做好过程化渣平稳，减少喷溅与返干现象

(3) 做好转炉物料平衡和热平衡的测算，提高自动化炼钢水平，减少中途提枪操作，提高成分的终点命中率，有效提高转炉煤气的回收量 3.3 降低煤气起始回收CO浓度

把CO起始回收浓度从原来的30%降低至25%，预留工艺阀门动作时间延长煤气回收的开始与结束时间，提高吨钢煤气回收量修改和完善煤气回收系统程序将煤气回收系统的操作方式由原来的全自动回收改为手动回收和自动回收的操作相结合方式，解决了一炉钢的煤气回收过程中因条件变化拒收后，不能重新启动回系统的问题 煤气回收操作人员可以通过手动回收方式完成一炉钢中满足煤气回收条件的剩余时间的煤气回收，从而增加吨钢煤气回收量

4.转炉煤气的利用

转炉煤气是一种优质燃料和原料, 其主要有以下几个用途: (1) 替代焦炉煤气 或天然气用于炼 钢烘烤。这在实现转炉煤回收的企业, 应用已较普遍[13]。目前,在炼钢车间配合蓄热式烘烤装置的应用, 转炉煤气可用于钢包烘烤;与焦炉煤气混合可用于中间包烘烤。有的企业甚至正在研究炼钢烘烤介质全部采用转炉煤气的可能。这样可以为钢铁企业节省大量宝贵的焦炉煤气或天然气,其经济价值巨大。

(2) 用于活性石灰生产。转炉煤气可以替代传统的焦炭和煤粉用于石灰生产,该技术已经十分成熟。和焦炉煤气、高炉煤气比较,转炉煤气热值适中非常适合气烧石灰窑的生产需要;并且转炉煤气中基本不含S,是生产炼钢用低硫石灰的优质燃料[14]。国内首钢、马钢、包钢、梅钢、莱钢等企业已经在使用转炉煤气生产活性石灰,并取得了良好的经济效益。

(3) 满足其它工序需求。对于煤气富裕的企业,转炉煤气可以送入全厂管网, 综合利用。进一步满足发电、轧钢加热炉、炼铁热风炉等的需要。用于发电时, 根据计算, 2 - 2.5 m3转炉煤气可以发1kWh电[15]。这些应用在国内钢铁企业中也已经相当普遍了。

(4) 用于化工生产。转炉煤气含CO较高,是一种优质的化工原料[16]。国内莱钢等企业已经开始研究转炉煤气用于甲酸等化工产品的生产。因此对于转炉煤气富裕的企业,将其用于化工生产也是一个很有潜力的利用途径[17]。 4.结论

（1）转炉煤气回收量主要受到生产操作水平、供氧强度、原料条件、 装备水平等因素的影响[18]。有条件的企业应积极采用 LT干法除尘系统。

（2）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。

（3）转炉煤气是一种优质燃料, 可以替代焦炉煤气和天然气用于炼

钢生产; 利用其适中的热值可用于活性石灰的生产; 煤气富裕的企业转炉煤气并入全厂管网后, 可满足其它工序或分厂的需要;作为一种优质的化工原料,已有企业在积极探索转炉煤气用于化工的新途径[19]

。 (4)通过完善煤气回收工艺、采用节能新技术降低煤气消耗以提高煤气回收与利用水平, 开发煤气优化利用数学模型、煤气柜与自备电厂燃料供应系数学统模型, 建立以监控、预测、分析决策及优化调度等功能为一体的煤气管理系统,实现煤气的产、供、用一元化管理,合理利用煤气资源,减少煤气放散损失[20].

参考文献

[1] CHEN Zhi-bin. The Current State and Development of Recovery and Utilization Technology of Domestic Converter Gas [J]. Metallurgic Power, 2003, (1): 9-12 (in Chinese)

[2] 潘秀兰 转炉.煤气回收和利用技术的最新进展.冶金能源2010/5/29

[3] 何鹏, 王纯,白万胜等 第四代转炉煤气回收OG 系统 [ J] . 冶金环境保护, 2007 , ( 6 ) : 41-43,63.

[4] 张福明 大型转炉煤气干法除尘技术研究与应用[J] .钢铁, 2013 48（2）

[5] Aleksashin AL, Schnaltzger I, Hollias G. Creation and growth of oxygen converter steelmaking. Metallurgist 2007;51:60–5

[6] 梁广 张杰 炼钢转炉煤气干法净化回收与利用技术[J]. 钢铁技术, 2006（6）

[7] ）王永刚 叶天鸿 翟玉杰 郭启超 孔玉柱 尹延海 转炉煤气干法净化回收技术与湿法技术比较[J].工 业安全与环保, 2008 34（5）

[8] 刘晨, 裴丽苗, 宋会江. 转炉烟气半干法除尘工艺 [ J] . 冶金动力, 2007 , ( 3 ) : 27 - 29. [9] 王爱华, 赵九菊 等. 转炉煤气回收规律及其影响因素研究[ J ] . 冶金能源. 2004. 23(4): 54.

[10] Zhongyang Han, Ying Liu, Jun Zhao, Wei Wang, Real time prediction for converter gas tank levels based on multi-output least square support vector regressor Control Engineering Practice 2012 (20) 1400–1409

[11] 郦秀萍, 蔡九菊, 王爱华,等. 转炉煤气回收量极限值的研究 [ J] .节能, 200 4 ( 5) : 13 - 15.

[12] S.M. Al-Salem, P. Lettieri, J. Baeyens Recycling and recovery routes of plastic solid waste (PSW): A review Waste Management 2009 (29) 2625–2643

[13] 刘占刚． 提高转炉煤气回收利用率． 推进节能降耗工作［J］． 冶金动力，2008( 4) :23－25． [14] 王永忠, 施锦德 转炉煤气节能减排的几种技术措施 [ J] . 世界钢铁 2009,9 (4) : 35 - 40

[15] YU Bo. Comprehensive Measures for Improving Rate of Converter Gas Recovery [J]. China Metallurgy, 2003, (10): 14- 17 (in Chinese)

[16] Yuanjing Zheng, Anker D. Jensen, Christian Windelin, Flemming Jensen Review of technologies for mercury removal fromflue gas from cement production processes Progress in Energy and Combustion Science 2012 (38) 599-629

[17] 李建新 姜碧涛 底根顺 翟永臻 赵国英 转炉煤气回收及综合利用[J]. 中国冶金, 2006 16（3）

[18] Anto´nio F. de O. Falca˜o Modelling and control of oscillating-body wave energy converters with hydraulic power take-off and gas accumulator Ocean Engineering 2007(34) 2021–2032

[19] 张琦 蔡九菊 王建军 等 钢铁厂煤气资源的收与利用[J].钢铁, 2009 44

[20] 苑学礼 转炉烟气净化回收与煤气综合利用技术的应用实践[J]. 天津冶金, 2004（4）