凌鋼5#高爐均壓煤氣回收改造及節能分析

蘇相成

(凌源鋼鐵集團設計研究有限公司,遼寧 凌源 122500)

0 前言

20世紀 80 年代，國外已經開發了濕法均壓煤氣回收技術，后來國內也對濕法回收技術進行過研究并得到實際應用，但受回收煤氣粉塵濃度偏大、回收時間較長等不利因素的影響，該工藝未能取得預期的效果。直到近年來得益于高爐自動控制技術的發展和干法除塵工藝的完善，才又為均壓煤氣回收提供了新的途徑[1]。高爐爐頂均壓煤氣回收技術是近幾年來新發展起來的節能環保技術，目前已經在國內數十家鋼鐵企業，上百座高爐上得以成功運用，具有技術成熟，運行穩定的特點。且該項目還統籌考慮了超低排放和節能降碳的雙重要求，具有社會效益的同時還具有可觀的經濟效益。從環保政策要求到節能降耗指標要求上來看，該項目都有盡快實施的必要性。

凌鋼現有5#高爐爐容為2 300 m3，具體參數見表1。高爐爐頂料罐在裝料前需將罐內的高壓煤氣經放散閥放散泄壓后，方可開啟上部閥門裝料。此部分放散煤氣直接通過爐頂消音器排入大氣，由于煤氣中含有大量有毒、有害、易燃易爆的氣體，并且放散過程中伴隨有大量粉塵，這對大氣環境尤其是高爐生產區域造成了嚴重的污染。并且全年均壓放散煤氣量較大，造成煤氣能源浪費[2-4]。因此實施均壓煤氣全回收改造，實現節能與環保的雙重達標。

表1 凌鋼5#高爐工藝設備參數

1 均壓煤氣回收系統工藝流程

1.1 均壓煤氣自然回收流程

高爐爐頂料罐裝料前，料罐內煤氣處于高壓狀態，整套煤氣回收系統內的煤氣處于常壓的狀態。當打開煤氣回收閥時，利用自然壓差，料罐內高壓的煤氣會自動通過均壓煤氣回收系統新增的管道再經過專用干法除塵箱體除塵后流向低壓凈煤氣管網[5-6]。當料罐內的壓力達到常壓時，關閉均壓煤氣回收系統，再按照高爐裝料程序將料罐內剩余的煤氣進行放散。此工藝不能實現均壓煤氣的全部回收。

1.2 均壓煤氣強制回收流程

在原有均壓煤氣自然回收系統的基礎上，增加引射器、引射閥組及配套設施。當自然回收結束后，對料罐內殘余煤氣進行引射強制回收。引射方式分為前引射法和后引射法兩種方式，可根據不同高爐、不同回收效率及不同回收時間進行選擇前引射法、后引射法、雙引射法。本工程全回收系統采用的是雙引射形式，采用高壓凈煤氣作為引射動力氣源。布袋除塵器采用DN5000 mm，壁厚14 mm，頂進頂出形式，當自然回收模式效率下降時(時間模式和壓力模式控制)，打開引射閥組利用高壓氣流，將料罐內剩余煤氣經引射器及配套管網回收至新建緩沖除塵布袋箱體，除塵降壓后并入凈煤氣管網[7-8]。作為動力氣源的高壓凈煤氣來自干法箱體除塵后的煤氣管網，提供完動力后再次回到煤氣管網，不涉及管網新增加壓設施及能源消耗。

具體工藝流程(詳見圖1)：高爐料罐—旋風除塵器(若有)—爐頂閥門組—前端引射器—箱體進口閥門組—專用干法除塵箱體—箱體出口閥門組—后端引射器—并網閥門組—低壓凈煤氣管網。

圖1 凌鋼5#高爐均壓煤氣全回收系統流程圖

2 項目運行成本及效益分析

2.1 運行成本分析

該項目為低耗能項目，年運行成本主要由以下五部分構成。

2.1.1 用電消耗

(1)整套系統共涉及到的電動閥門8臺，其中爐頂閥門組2臺、前后端引射系統2臺、箱體進出口2臺、并網點1臺、頂部放散1臺，閥門總功率為11 kW。

系統正常運行時，電動閥門只有在檢修或休風的時候動作一次，每年有10次休風或檢修機會，每次閥門動作約10 s，則年耗電量為：11 kW×20 s/次÷3 600 s/h×10次=0.61 kWh。

(2)另有卸灰閥2臺、振動電機2臺，總功率為2 kW。卸灰閥每周使用三次，每年50周，卸灰閥單次動作10 s，振動電機每次20 s，則年耗電量為2 kW×20 s/次÷3 600 s/h ×50周×3次/周=1.67 kWh。

(3)有照明燈20個，單個功率50 W，總功率為1 kW。系統照明每天8 h，則年耗電量為8 kWh/d×350 d=2 800 kWh。

綜上，年耗電量總計為2 802 kWh，用電按0.5元/kWh計算[9]，則該系統每年用電成本約為1 401元。

2.1.2 氮氣消耗

(1)系統閥門動作時氮氣消耗量：均壓回收過程單臺氣動閥門單次動作用氣量0.006 m3，凌鋼5#高爐料批次數為9批/h，共計36次開關動作，一天的用氣量為 0.006 m3/次×36次/h×24 h=5.184 m3，正常工作時只需涉及后端引射閥一臺，其余氣動閥門均處于不動作的狀態，單日用氣量為 5.184 m3，則每年耗氣量為5.184 m3×350天=1 814 m3。其余閥門均在檢修或休風的情況下進行動作，且動作頻率低，氮氣消耗量可忽略不計。

(2)反吹時氮氣用氣量：新建除塵箱體配置22臺脈沖閥，單臺噴吹時間 0.2 s，間隔時間3 s，循環周期按時間和壓差兩種同時設定，基本為4 h一次，單臺脈沖閥噴吹耗氣量342 L/次，則一次循環反吹周期耗氣量為342 L/臺×10-3×22臺=7.524 m3，單日耗氣量為7.524 m3×6=45.144 m3，則每年耗氣量為45.144 m3/天×350天=15 800 m3。

(3)為防止閥門長時間關閉造成堵塞，閥門系統配置氮氣吹掃系統，按照正常系統休風檢修情況，每年耗氣量為300 m3。

綜上，總計年耗氣量為：17 914 m3，氮氣按0.25元/m3計算，則該系統每年氮氣消耗成本約為4 479元。

2.1.3 蒸汽消耗

目前該系統蒸汽的用途主要是為除塵箱體伴熱，年耗蒸汽用量為75 t，蒸汽價格按22.035元/GJ計算，則每年耗費蒸汽成本約為4 958元。

2.1.4 新建除塵箱體布袋消耗

除塵箱體配備212條布袋，每條布袋價格為342元，骨架價格為180元，布袋更換周期為18個月，則該系統每年更換布袋成本約為(342+180)×212×12÷18=73 776元。

2.1.5 系統內設備正常備件、維護與更換

根據系統備件、維護與更換的相關要求，該系統平均每年耗費成本約為80 000元。

凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統年運行費用見表2，年運行費用總計164 614元，噸鐵運行費用為0.08元/t鐵，運行費用極低。

表2 凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統年運行費用表

2.2 效益分析

2.2.1 社會效益

(1)凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統改造完畢后，均壓煤氣無對空排放，煤氣中所含粉塵經過除塵箱體過濾后經卸灰系統回收，回收后的煤氣粉塵濃度<5 mg/Nm3。經測算，年可減少煤氣灰排放量112 t，減少碳排放量1 097 t?？梢源蟠蟾纳聘郀t周邊區域的空氣環境。

(2)凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統改造完畢后，爐頂均壓煤氣回收時，噪音可以降低至85分貝以下，可以明顯減少原均壓放散時的噪音對周邊環境的影響[10]。

2.2.2 經濟效益

凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統效率為100%[8]，高爐利用系數為2.3，料批次按9批次計，每一料批次放散2次，料罐容積55 m3，則單日高爐煤氣回收量為：55 m3(料罐容積)×9批/h×2(料批次9，每批料放散2次)×24 h×2.3(高爐系數)×100%(回收率)=54 648 m3

高爐年工作天數按350 d計，則年高爐煤氣回收量為：54 648 m3×350 d=19 126 800 m3。節省的高爐煤氣用于發電，每年可以發電：19 126 800÷4=4 781 700 kWh，式中：凌鋼發電鍋爐綜合發電高爐煤氣氣耗為4.0 m3/kWh。

凌鋼綜合電價為0.5元/kWh，則年經濟效益為：0.5元/kWh×4 781 700 kWh=239萬元。

2.2.3 節能量效益

凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統，年耗電量：2 802 kWh；年耗氮氣量：17 914 m3；年耗蒸汽量：75 t。年可回收高爐煤氣量：19 126 800 m3?？鄢裟茉聪牧亢?，節能折合標煤量為：1 912.68×1.071-0.280 2×1.229-1.791 4×0.188-75×0.097 8=2 040 tce。

式中：飽和蒸汽熱力折標系數(當值量)0.097 8 tce/t；電力折標系數(當值量)1.229 tce/萬kWh[11]；氮氣折標系數(當量值)0.188 tce/萬m3。高爐煤氣折標系數(當量值)1.071 tce/萬m3。

3 結語

凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統改造完成后，年節能量2 040 tce，年節能效益239萬元，節能效果非常的明顯；年可減少煤氣灰排放量112 t，減少碳排放量1 097 t，還有效降低了高爐爐頂噪音，滿足了國家節能降碳、綠色發展的要求。對凌鋼具有顯著的社會效益、節能效益和經濟效益。