炼钢厂1号—3号转炉煤气回收实践.pdf

炼钢厂 1 号3 号转炉煤气回收实践 袁宏伟 攀钢集团攀枝花钢钒有限公司提钒炼钢厂，四川 攀枝花 617062 摘要 针对提钒炼钢厂建设于 20 世纪 70 年代初的 1 号3 号转炉实施煤气回收的可能性进行了论证， 对影响煤气回 收的问题提出了相应的完善措施， 在此基础上成功实施了 1 号3 号转炉煤气回收改造， 改进后年回收转炉煤气达 2 127 138GJ以上， 可发电 59 124 kWh， 减少 CO2排放量近 20 万 t， 对降低生产能耗及减少温室气体排放起到了较好 作用。 关键词 转炉; 煤气; 节能; 减排; 除尘; 文氏管 GAS RECOVERY FROM NO． 1 － NO． 3 CONVERTERS OF A STEELMAKING PLANT Yuan Hongwei Vanadium Recovery Steelmaking Plant，Panzhihua Steel Vanadium Company Limited，Panzhihua 617062，China AbstractIt is demonstrated the feasibility of gas recovery from No． 1 － No． 3 converters of a vanadium recovery steelmaking plant， which were constructed in 1970s． The corresponding perfect measures are also proposed． Based on which the re of the gas recovery from No． 1 － No． 3 converters is completed successfully． After the re the gas recovery from the converters can be over 2 127 138 GJ， and an electric energy production is 59 124 kW h， and CO2emission can be decreased by 20t per annum． Keywordsconverter;gas;energy-saving ;emission reduction;dedust;venturi 1概述 攀钢提钒炼钢厂始建于 20 世纪 70 年代初， 原设 计只有年产 150 万 t 钢的 1 号3 号转炉， 后在生产 过程中逐渐建成了 4 号7 号转炉， 其中 4 号、 5 号转 炉用作提钒。 1 号3号 转 炉 配 套 建 有 处 理 能 力 为 52 000 m3/h 炉气量 的一次除尘系统， 未建有二次 除尘系统和煤气回收系统; 一次除尘采用“全湿高压 法” 除尘， 烟气洗涤水经污水处理间进行污泥分离等 处理后重复利用， 净化烟气经 60m 放散塔燃烧放散。 1 号3 号转炉在生产运行过程中， 工艺系统经 过不断技术升级改造， 到 2004 年已具备年产 400 万 t 钢生产能力， 但对于除尘系统及污水处理系统等辅助 部分 基 本 是 维 持 运 行， 并 未 随 生 产 系 统 进 行 完 善改造。 随着国家对节能减排要求的不断提高， 提钒炼钢 厂于 2007 年下半年完成了 1 号3 号转炉一次除尘 系统改造， 同时建成了配套的二次除尘系统。改造后 一次除尘系统按照 82 000 m3/h 炉气量 的处理能力 配置， 原有的“双文一塔” 的工艺布置改为“双文” 制 式， 仍采用“全湿高压法” 除尘， 恢复了喉口自动调节 功 能 和 烟 罩 升 降 功 能， 煤 气 风 机 抽 风 能 力 达 到 210 000 m3/h 烟气量 工况要求， 煤气风机全压为 27 000 Pa， 预留了煤气回收压头。 1 号3 号转炉一次除尘系统流程见图 1。 图 11 号3 号转炉一次除尘系统流程 55 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 2存在问题 由于 1 号3 号转炉主厂房“塔楼” 主体建筑仍 为 20 世纪 70 年代结构， 经过 40 多年运行已进入劣 化期， 因此除尘改造以尽量不改变“塔楼” 现有受力 状况为基本思想 新增的二次除尘系统新建独立基 础， 对无法新建基础的一次除尘系统设施 如余热锅 炉等 仍采用原来的结构型式。由于改造不彻底， 对 一次烟气冷却效果差， 影响了一次除尘效果， 不利于 冶炼余热余能的回收。 针对煤气回收要求， 1 号3 号转炉一次除尘系 统存在以下几方面主要问题 2. 1余热锅炉不满足使用要求 1 号3 号转炉一次除尘净化系统中的余热锅炉 因与“塔楼” 结构密切相关， 故在除尘改造中维持 2. 6 m 直径未变， 若按余热锅炉未端 900℃ 烟温 之 前的烟温更高， 体积量更大 、 炉气燃烧系数为 0. 1 82000m3/h 的 炉 气 燃 烧 后 折 合 烟 气 量 为 92 944 m3/h 计算， 烟气在余热锅炉的流速为式 1 v 4Q1 3600 π D2 4 399 352. 8 3600 3. 14 2. 62 21 m/s 1 式中Q1 Qo 273 t 273 92944 273 900 273 399353 m3/h ; D 为余热锅炉通径， 2. 6 m。 从式 1 中可知， 烟气在余热锅炉内的流速偏高 通常情况下应在 15 m/s 左右 ， 在使用方面存在以 下三方面的不利影响 第一， 烟气在余热锅炉内流动过快， 余热锅炉受 热面换热效果不好， 烟气来不及冷却就已到一文入 口， 烟气的体积量相应增大， 煤气风机抽尘量减少， 并 影响后序设施除尘效果。 第二， 烟 气 在 余 热 锅 炉 内 流 速 过 高， 烟 气 中 的尘粒对锅炉受热面的 冲刷较 大， 余热 锅 炉 整 体 寿命降低; 经 设 计 验 算， 未 改 造 余 热 锅 炉 烟 气 量 在 210 000 m3/h 的抽力下正常寿命仅为 9 个月左 右， 而正常情况下余热锅炉使用寿命为 5 ～ 8 年。 2. 2一次烟气洗涤水不满足使用要求 按 82 000 m3/h 炉气量、 炉气出炉口后燃烧系数 α 0. 1 计算， 烟气在一文、 二文所需水量及水质条件 与现状对比见表 1。 表 1一次除尘烟气洗涤水设计参数与现状对比 项目 供水量 / m3h － 1 水温 / ℃ 水压 / MPa SS/ mg m － 3 一文设计300350． 3 ～ 0． 4＜ 120 现状20048 ～ 490． 3 ～ 0． 4～ 450 二文设计200350． 3 ～ 0． 4＜ 120 现状10048 ～ 490． 3 ～ 0． 4～ 350 根据表 1 所列数据， 一次烟气降温除尘所需水量 总 计 为 500m3/h，而 实 际 供 水 能 力 为 300m3/h， 200m3/h 的差额供水量因现有水处理系统没有扩能 改造而无法供应; 除尘改造时采用串联供水方案解决 了除尘所需水量问题。 串联供水方案主要是在现场适当位置新建一座 提升泵场， 将二文除尘水排入新建泵场的水池内抽送 至一文使用， 不足水量由水处理间补充。 1 号3 号转炉串联供水原理见图 2。 图 21 号3 号转炉一次除尘串联供水原理 采用串联供水方案虽然解决了水量问题， 但是由 于烟气量增大、 烟气中含尘量相应增多， 净化时进入浊 环水中的粉尘量增大; 另外采用串联供水方案后水处 理流程缩短， 浊环水中悬浮物来不及浓缩沉淀就又进 入一次除尘入口， 浊环水温也得不到有效散热而较高; 因此一次除尘入口水温和水质均不满足烟气降温除尘 要求， 烟气冷却效果较差， 系统内烟温高于设计值; 烟 温升高后体积增大， 风机抽吸入烟道内烟量实际减少， 降低了一次除尘效果， 不利于实施煤气回收。 2. 3外部条件限制了 1 号3 号转炉煤气回收可能性 建成于 20 世纪的 1 号3 号转炉经过数次技术 改造后， 区域内增加了许多设备。由于建设时总图没 有规划这些新增设备， 因此技改时新增设备只有根据 现场情况穿插安装。 由于 1 号3 号转炉“塔楼” 南侧紧接方坯连铸 65 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 机， 北侧紧邻一次除尘风机房、 渣罐北调场及浊环水 处理系统、 东侧为散状料转运站、 西侧为脱硫提钒区 域， 四个方向上都没有就近的场地可以布置煤气回收 系统的三通阀、 水封阀、 煤气主管道、 煤气柜等煤气设 施， 给实施煤气回收带来了阻力。 31 号3 号转炉煤气回收实践 为响应国家节能减排要求， 炼钢厂从 2009 年开 始， 对 1 号3 号转炉实施煤气回收存在的问题进行 了有针对性研究， 最终完成了煤气回收改造。 3. 11 号3 号转炉运行参数调整 3. 1. 1适当降低冶炼供氧强度 针对 1 号3 号转炉余热锅炉通径小于设计值 而导致烟气冷却效果差及烟气中粗颗粒对受热面的 冲刷磨损问题， 经试验采取适当降低冶炼供氧强度解 决了这个难题。 氧枪供氧强度降低后， 瞬间炉气发生量减小， 烟 气中的粉尘含量降低， 在相同流速下对余热锅炉受热 面磨损程度减轻。 经综合考虑炼钢厂各生产工艺的衔接与匹配情 况， 1 号3 号转炉供氧强度选择在 27 000 ～29 000 m3/ h， 降低供氧强度后 1 号3 号转炉冶炼时间延长约 2. 5 min/炉， 通过加强生产调度等措施加快钢水转运 速度， 通过管理措施缩短物流时间， 在保证生产节奏 前提下满足了煤气回收条件之一。 3. 1. 2改善一次除尘浊环供水条件 针对 1 号3 号转炉一次除尘浊环水质较差的 实际问题， 采取以下三项措施对供水状况进行改善 1 在新增二文提升泵场增加加药装置， 向进入提升 泵场的浊环水中加入絮凝剂， 加快提升泵场浊环水中悬 浮物絮凝沉淀速度， 降低进入一文浊环水悬浮物含量。 2 增设活动烟罩下极限与氧枪运行条件联锁信 号， 烟罩下降至下极限时才能开氧吹炼， 尽量减少炉 气出炉口后燃烧量， 既降低余热锅炉入口烟温， 又提 高烟气中 CO 含量。 3 在 1 号3 号转炉浊环水处理间采用以下措 施改善运行水质条件 ①在 18 m 浓缩池附近增设 一座 9 m 二次浓缩池， 18 m 浓缩池底部污泥经二 次浓缩后抽至真空过滤机， 这样底部污泥及时排空后 有利于浊环水悬浮物絮凝沉淀; ②恢复浊环水冷却塔 散热风机运行。1 号3 号转炉一次除尘浊环水原采 用余压冷却方式; 除尘改造完成后， 浊环水运行条件 变化， 尤其是运行压力降低， 浊环水不能上塔散热， 致 使入口温度提高。鉴于此， 炼钢厂重新安装了 1 号 3 号转炉浊环冷却塔散热风机、 上塔喷淋系统及冷却 塔填料等设施， 有效地提高了浊环水散热效果; ③调 整水处理间用药量， 在浓缩池处适当增加絮凝剂用药 量， 在浊环吸水井适当增加缓蚀阻垢剂用量， 进一步 改善浊环水入口水质条件。 一次除尘主要参数调整前后与设计对比情况见 表 2。 表 21 号3 号转炉一次除尘主要参数 参数调整前调整后设计值 一 文 入口烟温 /℃950 ～ 1 030 900 ～ 950700 ～ 900 出口烟温 /℃80 72 ～ 7572 供水量 / m3h － 1 290 ～ 310290 ～ 310300 水温 /℃ 48 ～ 4938 ～ 4135 水质 / mg m － 3 ≥300200 ～ 230 ＜ 150 二 文 出口烟温 /℃72 ～ 75 67 ～ 7065 喉口前后差压 /MPa12 500 ～12 70012 500 ～12 700 12 000 ～14 000 供水量 / m3h － 1 220200 ～ 210200 水温 /℃ 48 ～ 4935 ～ 3735 水质 / mg m － 3 200 ～ 230140 ～ 150＜ 150 风 机 风量 / m3h － 1 170 000 ～180 00019 ～ 20． 521 全压 /MPa17 500 ～19 500 17 500 ～19 50027 000 注 风机预留有 5 000 Pa 煤气回收所需压力。 从表 2 所列数据可以看出 1 号3 号转炉一次 除尘系统采取上述措施后， 运行参数趋近设计参数， 为煤气回收创造了很好的条件。 3. 21 号3 号转炉煤气回收实施 1 号3 号转炉煤气回收方案确定后， 于 2009 年 至 2010 年间结合生产完成了煤气回收改造。 针对 1 号3 号转炉区域场地狭窄的现状， 采取 在 1 号3 号转炉一次除尘风机房北侧渣罐北调场 高架方式安装煤气回收新增设施， 三座转炉煤气回收 支管汇总为一条总管后并入 6 号、 7 号转炉煤气回收 总管至 80 000 m3/h 煤气罐后调配使用。 1 号3 号转炉增设煤气回收系统后系统工艺流 程见图 3。 41 号3 号转炉煤气回收效果评价 1 号3 号转炉煤气回收系统于 2010 年下半年 建成投运后， 通过运行完善调整， 煤气回收状况很快 正常， 煤气回收实施取得了较好效果。 下面从理论发生量与实际回收量对比情况及回 收煤气产生的直接经济效益对 1 号3 号转炉煤气 回收效果进行评价。 75 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 图 31 号3 号转炉一次除尘及煤气回收系统工艺流程 4. 11 号3 号转炉回收煤气理论值 2009 年、 2010 年 1 号3 号转炉实际产钢量分 别为 3 315 620， 3 540 728 t， 取 350 万 t 的平均年产钢 量为计算依据， 转炉每吨钢煤气的发生量取 75m3 ， 以 此计 算， 1 号3 号 转 炉 年 可 回 收 煤 气 理 论 量 见 式 2 V1 1 800 000 4. 1819 1 000 000 000 3 500 000 75 85 1 679 556 GJ 2 式 2 中 4. 1819 为热功转换系数， 1K 4. 1819 J; 85 为 1 号3 号转炉煤气回收率。 4. 21 号3 号转炉回收煤气实际值 取 2011 年 1 号3 号转炉的实际产钢量及实际 煤气回收量进行煤气回收效果评价。 2011 年 14 月 1 号3 号转炉实际产钢量为 1 082 970 t， 煤气回收量为 709 046 GJ， 未回收煤气系 数等均与前述相同， 则吨钢回收煤气量见式 3 K1 709 046 1 000 000 000 J 1 800 000 K/m3 4. 1819 J/K 1 082 970 t 87 m3/t 3 以全年均衡生产折算全年煤气回收实际值， 见 式 4 V2 709 046 3 2 127 138 GJ 4 4. 31 号3 号转炉回收煤气实际量高于理论量分析 从前述计算可知， 1 号3 号转炉煤气回收实际 量高于理论量， 主要原因在于原设计煤气回收条件参 数 烟气中 CO ＞ 35 ， O2＜ 2 时， 具备回收条件 偏 高， 经考察国内同类企业煤气回收情况， 结合炼钢厂 实际情况， 将 1 号3 号转炉煤气回收条件修改为 “当 CO ＞ 28 、 O2＜ 1. 5 时， 具备回收条件” ; 煤气 停止回收条件仍维持原设计的“当 CO ＜ 25 、 O2 ＞ 1. 5 时， 终止回收” 不变。 1 号3 号转炉煤气回收主要工艺参数适当降低 后， 每冶炼一炉钢可增加 2min 左右的煤气回收时间， 煤气回收单耗和总量因此增加。 4. 41 号3 号转炉回收煤气减排量计算 根据前面叙述， 2011 年 14 月 1 号3 号转炉 实际煤气回收量为 709 046 GJ， 按均衡生产折算全年 回收煤气 2 127 138 GJ， 再按照攀钢现有的折算系数 计算出全年回收煤气的发电量， 见式 5 q 2 127 138 0. 034 16 1. 229 59 124 104kWh 5 式 5 中 1. 229 为标准煤发电量系数， 燃烧 1. 229 tce 发电量约 10 000 kWh。 工 业 锅 炉 每 燃 烧 1 t 标 准 煤 产 生 CO2为 2 620 kg， SO2为 8. 5 kg， NOx 为 7. 4 kg， 结合前面计 算数据， 炼钢厂1 号3 号转炉年回收煤气用于发电 后的减排量见表 3。 表 3炼钢 1 号3 号转炉煤气回收减排量 项目 CO2SO2NOX 年减排量 /万 t19． 040． 06 0． 05 4. 51 号3 号转炉回收煤气的经济效益 将 1 号3 号转炉年回收煤气总量折合为标准 煤来简化计算回收效益。 下转第 80 页 85 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期 ［ 18］霍丹群， 王永忠， 侯长军． 生物滴滤床废气净化技术及 应用 ［J］． 环境污染治理技术与设备， 2004 5 1- 5. ［ 19］Kumar S， Fedorov A G， Gole J L． Photodegradation of ethylene usingvisiblelightresponsivesurfacespreparedfromtitania nanoparticle slurries［J］． Appl Catal B Environ， 2005， 57 93- 107. ［ 20］Fujishima A， Honda K． Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode［J］． Nature， 1972， 238 37- 38. ［ 21］Tseng T K， Lin Y S， Chen Y J， et al． A Review of Photocatalysts Prepared by Sol-Gel for VOCs Removal［J］． International Journal of Molecular Sciences， 2010 11 2336- 2361. ［ 22］Wang K H，Tsai H H，Hsieh Y H． A study of photocatalytic degradationoftrichloroethyleneinvaporphaseonTiO2 photocatalyst［J］． Chemosphere， 1998， 36 2763- 2773. ［ 23］Hussain M， Russo N， Saracco G． Photocatalytic abatement of VOCs by novel optimized TiO2nanoparticles［J］． Chemical Engineering Journal， 2011， 166 138- 149. ［ 24］Sakthivel S， Kisch H． Daylight photocatalysis by carbon-modified titanium dioxide［J］． Angew Chem Int Edit， 2003， 42 4908- 4911. ［ 25］Asahi R， Morikawa T， Ohwaki T， et al． Visible Light Photocatalysis in Nitrogen Doped Titanium Oxides［J］． Science， 2001，293 269- 271. ［ 26］Li X， Xiong R C， Wei G． S-N co-doped TiO2photocatalysts with visible light activity prepared by sol gel ［J］． Catal Lett， 2008， 125 104- 109. ［ 27］Dvoranov D， Brezov V， Maz M， et al． Investigations of metal doped titanium dioxide photocatalysts［J］． Appl Catal B，2002，37 91- 105. ［ 28］Zou L D， Luo YG，Hooper M，et al． Removal of VOCs by photocatalysisprocessusingadsorptionenhancedTiO2-SiO2 catalyst［J］． Chemical Engineering and Processing，2006，45 959- 964. ［ 29］Cao L， Gao Z， Suib S L， et al． Photocatalytic oxidation of toluene on nanoscale TiO2catalysts Studies of deactivation and regeneration ［J］． J Catal， 2000， 196 253- 261. ［ 30］Van D J，Dewulf J， Leys C， et al． Combining non-thermal plasma with heterogeneous catalysis in waste gas treatment A review［J］． Appl Catal， B 2008， 78 324- 333. ［ 31］Chen H L， Lee H M， Chen S H， et al． Removal of volatile organic compounds by single stage and two stage plasma catalysis systems A review of the perance enhancement mechanisms， Current status， and suitable applications［J］． Environ Sci Technol， 2009， 43 2216- 2227. ［ 32］Hense K， Katsura S， Mizuno A， et al． DC microdischarges inside porous ceramics［J］． IEEE Transactions Plasma Science， 2005， 33 574- 575. ［ 33］Holzer F， Kopinke F D ，Roland U ． Influence of ferroelectric materials and catalysts on the perance of non thermal plasma NTPfor the removal of air pollutants［J］． Plasma Chem Plasma Process， 2005， 25 595- 611. ［ 34］Zhang Y P， Ma P S， Zhu X L， et al． A novel plasma-treated Pt/ NaZSM- 5 catalyst for NO reduction by methane［J］． Catalysis Communications， 2004 5 35- 39. 作者通信处吴祖良310012浙江省杭州市教工路 198 号浙江 工商大学环境科学与工程学院 电话 0571 88071024- 7004 E- mailwuzlchenxp hotmail． com 2011 － 10 － 14 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 58 页 1 号3 号转炉年回收煤气 2 127 138 GJ， 折合 为 2 127 138 0. 03418 72 706 tce ; 按 600 元 /t 的 原煤价格计算， 年回收煤气创造的直接经济效益为 72 706 600 4 362. 34 万元。 5结语 1997 年 12 月生效的京都议定书 规定 在 2008 年至 2012 年间， 全球主要工业国家的工业二氧化碳 排放量比 1990 年的排放量平均要低 5. 2 ， 我国于 1998 年 5 月 29 日正式加京都议定书 ; 在“十二五” 规划也提出了“大幅降低能源消耗强度和二氧化碳 排放强度作为约 束性指 标， 有 效 控 制 温 室 气 体 排 放” 、 “大力发展循环经济” 的明确要求， 以负责的态 度对降低温室气体排放量作出了承诺。 攀钢提钒炼钢厂积极响应国家节能减排要求， 持 续加大余热余能利用力度， 吨钢综合能耗不断降低， 为实现“高产出、 低消耗” 的可持续发展奠定了坚实 的基础。 参考文献 ［1］韩志强， 黄卫国， 陈媛． 攀钢炼钢厂除尘技术改造思路及效果 ［J］． 环境工程， 2011， 29 3 53- 57． ［2］张 殿 印， 张 学 义． 除 尘 技 术 手 册［M］． 北 京 冶 金 工 业 出 版 社， 2002． ［3］冶金工业部建设协调司， 中国冶金建设协会． 钢铁企业采暖通 风设计手册［M］． 北京 冶金工业出版社， 1996． ［4］刘扬程． 冶金企业煤气的生产与利用［M］． 北京 冶金工业部钢 铁司， 1987． 作者通信处袁宏伟617062四川省攀枝花市东区攀钢提钒炼钢 厂综合室 2011 － 11 － 02 收稿 08 环境工程 2012 年 6 月第 30 卷第 3 期