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泰钢45t转炉煤气回收系统的结构特点及应用实践
高振民，任来锁，陈培敦，王道学，栾贻民
（山东泰山钢铁有限公司，山东 莱芜 271100）
摘 要：泰钢45t转炉煤气回收系统应用“OG” 法回收煤气。该系统采用了R-D文氏管、炉口微差压仪表自动调节装置、气体分析装置、干式煤气柜等多项先进技术和设备。应用表明，吨钢回收煤气70m3，煤气热值近6000kJ/m3，年减少大气粉尘排放7.2t，为“负能炼钢”奠定了基础。
关键词：OG”法；转炉煤气回收；干式煤气柜；煤气放散；煤气热值
中图分类号：TF724.9 文献标识码：B
Structural Feature and Application Practice of 45t Converter
Gas Recovery System at Taigang
GAO Zhen-min, REN Lai-suo, CHEN Pei-dun, WANG Dao-xue, LUAN Yi-min
（Shandong Taishan Iron & Steel Co., Ltd., Laiwu 271100, China）
Abstract：The means of “OG” is adopted at Taigang 45t converter gas recovery system. The system adopts lots of advanced technologies and devices such as R-D Venturi tube, micro-differential meter accurately and automatically adjusting device for converter mouth, gas analyzing device and dry-style gas cabinet etc. The practices show that the gas recovery of one-ton steel is 70m3, the gas burning value is 6000kJ/m3 and the dust emission is reduced by 7.2t every year. It establishes the base for steel-making with negative energy.
Keywords：“OG”system；converter gas recovery；drystyle gas cabinet；gas discharge； gas burning value
1 前言
为提高工艺装备水平，增强市场竞争力，搞好产业、产品的结构调整，山东泰山钢铁有限公司（简称泰钢）于2001年12月20日建成投产45t转炉。在45t转炉系统建设中，泰钢配套建设了转炉煤气回收系统，该转炉煤气净化回收系统按2座45t转炉进行设计。运行实践证明，转炉煤气净化回收系统的建设是成功的，取得了较好的经济效益和社会环保效益。
2 煤气净化回收系统简介
泰钢45t转炉煤气回收系统采用“OG”法回收转炉煤气，主要工艺参数见表1，工艺流程见图1。
表1 泰钢45t转炉煤气回收系统工艺参数（设计）
项目 技术参数 系统最大煤气流量/m3.h-1 55（标况）、130（工况） 煤气成分/% CO：66.6，CO2：16，N2：17，O2：0.4 煤气含尘量/mg.m-3 80～150 吨钢煤气回收量/m3 60～80 煤气回收率/％ 75 煤气热值/kJ.m-3 7500～8400 每炉回收时间/min 9～10转炉冶炼时产生的温度在1450～1600℃、含尘量在150mg/m3左右的高温烟气（即转炉煤气），经活动烟罩、固定汽化冷却烟罩冷却到900℃后进入溢流文氏管（一文），在一文内粗除尘降温后再进入重力脱水器脱水，脱水后的烟气进入R-D可调喉口文氏管（二文），经二文净化后进入90°弯头脱水器、湿旋脱水器进行气水分离，最后脱水净化后的合格煤气经风机、气动三通阀、气动水封逆止阀、V型[CM(22]水封阀进入煤气柜。不合格煤气则经风机、气动三通阀进入放散烟囱放散。
图1 转炉煤气净化回收系统流程
1 转炉 2 活动烟罩 3 炉口微差压调节仪表装置 4 汽化冷却烟道 5 煤气回收系统自动控制装置6 溢流水可调文氏管7 重力脱水器 8 线性矩形可调喉口文氏管 9 液压伺服控制装置 10 弯头脱水器 11 水雾分离器 12 风机 13 转炉煤气成分自动分析装置 14 旁通阀 15 气动三通切换阀 16 旋转水封逆止阀 17 V型水封 18 煤气流量计 19 煤气柜 20 放散烟囱
3 煤气回收系统主要特点
由于转炉煤气无色、无味、剧毒，极易发生煤气爆炸、煤气中毒等事故，因此转炉煤气回收系统对系统设备运行的可靠性、稳定性及工人操作的准确性等提出了很高的要求。为确保转炉煤气回收系统能够安全、稳定、经济运行，泰钢在45t转炉煤气回收系统的建设中采用了多项国际先进技术和设备。
3.1 线性矩形可调喉口文氏管（R－D文氏管）
泰钢45t转炉煤气回收系统的二文可调喉口文氏管选用的是日本新日铁专利产品R－D文氏管，它具有以下特性：
（1）椭圆形阀芯调节性能好。在保证炉口微差压恒定的条件下，椭圆形阀芯与水平面的夹角在30°（全闭状态）至90°时，其开口度与烟气通过量呈直线函数关系。这样有利于调节文氏管喉口的气流速度，提高喉口的调节精度。
（2）R－D挡板的执行机构采用液压伺服装置控制。液压伺服执行机构传动平稳，响应速度快，能高速起动、制动与反向运动，并可根据炉口微压差讯号的大小进行同步无级控制，调节范围宽，控制精度极高。
（3）喉口挡板呈米粒状，上部设置有分流挡板，因而二文的阻损极小。
（4）文氏管供水是经过喷嘴雾化喷入文氏管内的。为防止喷嘴堵塞，设置有专门的气动捅针，用于在吹炼结束时清扫喷嘴。
（5）R－D文氏管具有净化效率高、金属耗量少、传动力矩小、维护方便等优点。
泰钢45t转炉煤气回收系统R－D文氏管（二文）性能参数见表2。
表2 泰钢45t转炉煤气回收系统R－D文氏管性能参数
项目 参数 烟气处理量/m3.h-1 ～63000 进口烟气温度/℃ ～65 出口烟气温度/℃ ～58 阻力/Pa 8000～13000 喉口烟气流速/m.s-1 90～120 耗水量/t.h-1 70（压力0.35MPa）3.2 炉口微压差仪表自动调节装置
为提高转炉煤气回收的质量，泰钢45t转炉煤气回收系统采用炉口微压差仪表自动调节装置来控制炉口内外气压差。该装置由微压差变送器、位置变送器、调节仪表和液压伺服机构组成。微压差变送器连续测量炉口内外压力差，并将压差信号经调节器调节后，作为指令信号输给伺服放大器，同位置变送器送来的二文R－D阀位开度反馈信号进行差动放大后控制液压伺服装置动作，调节二文R－D喉口阀芯，从而调节煤气净化回收系统的气量，使炉口内外的压力保持在近于0的很小波动范围内，并使风机的引风量与烟气量同步。
3.3 气体分析装置
为确保系统煤气质量和运行安全，泰钢在45t转炉煤气回收系统中设置了1套O2浓度分析仪和2套CO检测仪，并在多处危险点设置了CO自动报警装置。借助这些分析装置对烟气中的O2和CO进行连续测定，当O2和CO含量不符合规定要求时，系统立即放散不予回收；当有煤气泄漏时及时实现自动报警。
3.4 气动三通切换阀和气动旋转水封逆止阀
泰钢45t转炉煤气回收系统转炉煤气的回收与放散是通过气动三通切换阀和气动旋转水封逆止阀的联锁动作来实现的。气动三通切换阀和气动旋转水封逆止阀均具有可靠的密封性和联锁性，且操作简单实用。其中气动三通切换阀的阀座侧面设有专供冲洗阀座工作面粘尘的环形喷水板，三通切换阀每切换一次冲洗一次，确保阀座密封面清洁光滑。同时为确保安全生产，在三通切换阀旁边又设置了一个旁通阀作为三通切换阀的备用阀。
3.5 英国威金斯煤气柜
适合于储存转炉煤气的煤气柜通常有两种，一种是湿式钟罩式煤气柜，一种是橡胶帘密封威金斯干式煤气柜。在考察论证、综合平衡后，泰钢选用了英国威金斯干式煤气柜。英国威金斯煤气柜主要有以下几个特点：
（1） 吞吐量大，能够满足生产需要。该干式煤气柜具有吞吐量大的优点，升降速度可达到5m/min，既能完全适应转炉煤气回收工艺要求，又能满足用户（轧钢加热炉、钢包烘烤）稳定供应煤气的要求。
（2） 贮气压力波动小，管网压力稳定。
（3）设备维护费用低，使用寿命长。与其他类型煤气柜相比，橡胶帘密封威金斯干式煤气柜结构简单，附属设备少，既不需要水封，也不需要任何油封，免除了复杂的供水、供气、供油系统，且设备使用寿命长。
3.6 转炉煤气回收系统自动控制装置
泰钢45t转炉煤气回收系统可实现手动控制和自动控制，其中自动控制系统由煤气回收过程显示模拟盘和回收过程控制柜两部分组成。
（1）通过显示模拟盘直观地显示回收系统的工作原理、设备运行状态以及各回收条件是否具备、系统故障点及报警。
（2）通过过程控制柜按照煤气回收时序要求，控制全系统各设备的投入和退出，以及各设备清扫程序的执行，实现自动回收煤气。在设备维修及故障处理时，又能切换成主控制室手动操作或现场手动操作，保证检修方便及检修人员的安全。
4 应用情况及效益分析
4.1 应用情况
泰钢45t转炉炼钢工程于2001年12月20日建成投产，其附属的转炉煤气净化回收系统于2002年3月投入试运行，5月底转炉煤气回收系统完全达到正常状态，并开始正常运转回收煤气。转炉煤气回收情况及回收煤气成分见表3，吨钢煤气回收达到70m3，回收的煤气热值接近6000kJ/m3，回收的煤气主要用于钢包烘烤和烧结机点火炉点火。
表3 泰钢45t转炉煤气回收系统回收煤气成分
时间 钢产量/t 煤气回收量/m3 吨钢煤气回收量/m3 回收煤气成分/％ 回收氧化铁污泥量/t CO O2 2002-06 46003.11 1723400 37.46 40.4 0.4 1402.7 2002-07 25784.82 1567000 60.77 41.6 0.6 865.8 2002-08 49063.50 3289400 67.04 42.4 0.6 1498.9 2002-09 50682.42 3677600 72.56 43.2 0.2 1586.0 2002-10 55080.74 3552700 64.50 39.8 0.4 1579.5 2002-11 35628.7 2710000 76.06 41.4 0.4 977.6 2002-12 47348.09 3760000 79.41 39.6 0.6 1293.5 2003-01 48788.74 4147000 85.00 42.6 0.4 1358.5 2003-02 44441.01 3829000 86.16 41.0 0.4 1257.14.2 效益情况
泰钢45t转炉煤气净化回收系统正常运行后，每冶炼1t钢可回收煤气70m3。按年产钢60万t、煤气0.2元/m3计，则年回收煤气总价值为840万元；回收转炉煤气的成本按年200万元计，年回收转炉煤气的利润为640万元，在第2座转炉建成投产后，年回收煤气产生的效益将更为可观（在1300万元以上）；此外，煤气回收系统的投入运行在一定程度上也减少了转炉烟尘对环境的污染。据不完全测算，向大气排放的烟尘量每年可减少7.2t（按烟尘含气量150mg/m3计）,环保效益显著。回收的粉尘主要用于烧结配料。
5 结束语
节能环保是钢铁企业实现可持续发展的必走之路，其中“OG”法转炉煤气回收是钢铁企业转炉炼钢向“零消耗”和实现“负能炼钢”的捷径。
泰钢在45t转炉煤气回收系统的设计建设中采用了多项先进、成熟、适用技术。系统投入运行后经过不断的完善与摸索，系统运行良好，并取得了良好的经济效益和社会环保效益，为向“负能炼钢”迈进奠定了坚实的基础。泰钢第2座45t转炉在2003年4月28日建成投产，其产生的转炉煤气也要净化回收利用。泰钢正在对转炉煤气回收系统进一步优化完善，以适应2座转炉交替回收煤气的需要