均排壓煤氣凈化、回收裝置在煉鐵廠的應用研究

陸洪俊 朱啟東 王興國 王強 許紅昆 李云龍

（武昆股份煉鐵廠）

1 前言

目前武昆股份煉鐵廠均排壓煤氣放散夾帶大量粉塵排空，造成增加碳排放量；料罐排壓煤氣直接對空放散，造成資源浪費；放散夾帶大量粉塵進入消音器，影響消音器壽命；排壓放散過程產生較大的噪音對職工身心健康有害。為全面貫徹落實黨中央推動綠色發展和打好污染防治攻堅戰的各項重大決策部署，以改善生態環境質量為核心，以“三治四化”和綠色城市鋼廠建設為重要抓手，滿足《中共中央國務院關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》，《國務院關于印發打贏藍天保衛戰三年行動計劃的通知》，《關于推進實施鋼鐵行業超低排放的意見》（環大氣[2019]35 號）《關于印送的函》（環辦大氣函[2019]648 號），關于印發《云南省鋼鐵行業超低排放改造計劃實施方案》（環發〔2019〕13 號文）、《云南省人民政府關于印發云南省打贏藍天保衛戰三年行動實施方案的通知》等文件精神要求。昆鋼按照深化有組織排放控制，顆粒物小時均值排放濃度≤10 mg/m3；強化無組織排放管理，所有物料儲存、輸送及生產車間應密閉，產塵點應配備抑塵或除塵設施，車間外不得有可見煙粉塵。產塵點應“應收盡收”配置廢氣收集設施，強化運行管理，確保收集治理設施與生產工藝設備同步運轉的原則進行超低排放的改造工作。

綜上，國家綠色環保政策的推動，企業清潔生產和降本增效的要求和企業外在形象的塑造要求，昆鋼對現有環保系統改造已勢在必行。

2 現狀

高爐冶煉生產過程中，爐頂料罐內的均壓煤氣和高爐休風煤氣，通常直接排入大氣，均壓及休風排放煤氣含有大量CO、CO2、SO2及有害粉塵，造成碳排放量增加，同時也浪費能源。

為全面貫徹落實國家相關環保政策，為解決以上現狀，勢必對此排放系統進行研究改進。

3 問題分析

武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司煉鐵廠1#高爐為2 500 m3高爐，均排壓煤氣放散時直接排放，且高爐休風時煤氣放散產生大量粉塵，現有降塵方式是通過爐頂灑水來抑制煤氣放散時產生的粉塵，但因排放壓力高仍夾帶大量粉塵排空，未能達到理想效果；料罐排壓煤氣直接對空放散，造成資源浪費；放散夾帶大量粉塵進入消音器，影響消音器壽命；排壓放散過程產生較大的噪音對職工身心健康有害[1]。

此次1 號高爐的改造項目采用利用1 個干法煤氣除塵布袋除塵器方案。

此項目原始設計參數見表1 所示。

表1 設計參數

緩沖除塵器經過一定時間的運行后，需對除塵器內的濾袋進行清灰處理及布袋要求有檢漏裝置。清灰系統采用固定式低壓氮氣脈沖清灰工藝。

濾袋除塵器錐形灰倉中收集的瓦斯灰定期通過中間小灰罐卸入汽車外運。

煤氣凈化、脈沖清灰、工藝與現有高爐煤氣干式布袋除塵工藝相同[2]。

4 改進措施

4.1 主要工藝系統改造[3]

高爐排壓煤氣全回收工藝由煤氣回收系統、煤氣凈化系統和自動控制系統三部分組成。系統建成后與原有均排壓系統為并行關系，可通過程序控制自由切換。當系統具備回收條件時，可切換成投運狀態；當系統故障或檢修狀態時，可切換成常規放散狀態。不同狀態時的系統工藝流程如下：

（1）系統離線時的均排壓流程

排壓流程：料罐→小旋風除塵器→排壓閥→消音器→大氣；

均壓流程：凈煤氣→均壓閥→小旋風除塵器→料罐。

（2）系統投運時的均排壓流程

排壓回收流程：料罐→小旋風除塵器→回收閥→煤氣回收管路→前端引射器→布袋除塵器→后端引射器→凈煤氣管網；

均壓流程：凈煤氣→均壓閥→小旋風除塵器→料罐。

4.2 排壓煤氣全回收系統

排壓煤氣全回收系統由管路及閥門組成，負責將爐頂排壓煤氣引至除塵系統，之后再將凈化后的煤氣并入低壓凈煤氣管網中。整個回收系統由兩部分組成，一部分是從爐頂到布袋除塵器間的粗煤氣管路，另一部分是從布袋除塵器至低壓煤氣管網之間的凈煤氣管路。每部分管路兩端均設置切斷閥（氣動蝶閥+電動扇形盲板閥），方便檢修單獨處理煤氣。

整個系統采取專有技術雙級引射形式全回收工藝，實現料罐均壓排壓煤氣100 % 回收，增加強制回收裝置（引射器）和快速切斷閥，前期利用料罐壓力自然回收，在回收末期利用閥門切換，將剩余煤氣用全回收裝置強行抽至煤氣管網中，同時緩沖布袋除塵器的箱體出口設置有后端引射器，防止管網波動對回收效果造成影響，雙級引射技術保證回收壓力穩定直至爐頂料罐達到微負壓時停止回收，以此來實現排壓煤氣全部回收。雙級引射在前端引射閥或后端引射閥出現故障時可實現在線檢修，可實現全回收零排放功能，達到環保要求。引射器核心區域材質304 不銹鋼（不含保護殼體）入口設置耐磨陶瓷及可更換噴嘴，進出口配對法蘭、緊固件及密封件。

全回收系統投入后滿足高爐正常上料時間，原爐頂排壓系統不需要打開，全回收引射器氣源采用高壓凈煤氣。

整個管系直徑選擇上，遵循減少管路磨損、減少積水積灰的原則。充分利用干法除塵倉體的緩沖作用，快速將爐頂煤氣引至除塵器內，再緩慢釋放到管網中，以此為來減小氣流對布袋和管網的沖擊。

經計算2 500 m3高爐管道入口采用DN900 管徑、出口管道采用DN900 較為合理，盡量降低煤氣流速和阻損，有利于減輕管壁磨損和布袋負荷；有一定的抑流作用，減輕了并網接點處的煤氣脈沖強度，使整個回收過程平穩、順暢?；拿簹夤艿绤^域的彎頭（做耐磨噴涂，管壁不低于12 毫米、材質不低于Q345B、所有管道內部做防腐噴涂）做加厚處理或采用耐磨彎頭。

新增回收管路在布置上采用共架方案，盡可能不新立支架。爐頂區域接點處選擇在現有平臺上，對爐頂均排壓平臺進行局部改造，回收主管順著下降管或高爐框架敷設至重力除塵器區域，之后接入新增緩沖布袋除塵器內。除塵器出口管道沿著現有干法除塵框架和凈煤氣管網，敷設至調壓閥組后部的低壓凈煤氣管道上（要求有吊裝設備方便檢修）。

4.3 爐頂放散環保除塵系統

爐頂放散除塵工藝設施由旋風除塵器、排灰系統、水沖洗系統、放散閥組成。當新增系統具備放散條件時，可選擇環保放散除塵管路進行排放；當系統故障或檢修狀態時，可采用常規的爐頂放散閥進行放散排放。工藝流程如下：

（1）正常休風放散流程

放散流程：高爐→上升管→旋風除塵器→液壓放散閥→大氣；

排灰流程：液壓放散閥關閉→電動盲板閥打開→電動卸灰閥打開→水沖洗系統打開。

（2）事故放散流程

放散流程：高爐→上升管→爐頂液壓放散閥→大氣。

對爐頂放散閥平臺及檢修梁進行改造加固，原爐頂3 臺DN650 液壓放散閥、均壓煤氣主管DN500 放散閥均需抬高，加長放散管，新增旋風除塵器安裝在放散平臺的中部，中間的DN650 放散閥安裝在旋風除塵器的出口，旋風除塵器下部排灰管路上設置有電動盲板閥、電動卸灰閥、蝶閥等，旋風除塵器內的瓦斯灰經過卸灰管路排入爐頂清灰管后落入地面；新增工業水管路及管道泵和閥門等，旋風除塵器的上部、下部設有噴嘴，開啟工業水供水管路上的管道泵和閥門對休風放散煤氣和旋風除塵器內部進行沖洗，沖洗水由現有爐頂灑水凈環水管道上接出。爐頂均排壓煤氣凈化回收系統流程圖如圖1 所示。

圖1 爐頂均排壓煤氣凈化回收系統流程圖

5 均排壓煤氣凈化、回收裝置運用與效果分析

5.1 均排壓煤氣凈化、回收裝置制作安裝與運用

按照以上研究進行均排壓煤氣凈化、回收裝置制作（如圖2 所示）。

圖2 爐頂均排壓煤氣凈化回收系統流程圖

5.2 均排壓煤氣凈化、回收裝置效果分析

均排壓煤氣凈化、回收裝置投用后高爐煤氣回收量增加1 508 萬Nm3/a，固定碳排放12 789.55 t/a，減少顆粒物排放量約134.2 t/a（含塵量凈化前10 g/Nm3，凈化后5 mg/Nm3）；

項目達產后高爐車間每年增量凈回收能源約1 719.12 tce，能源消耗測算如表2 所示。

表2 能源消耗測算表

高爐爐頂均壓煤氣回收裝置可實現年回收高爐煤氣約1 508 萬m3，折合標煤量約1 719 t。

5.3 均排壓煤氣凈化、回收裝置投運經濟效益分析

5.3.1 經濟效益

按高爐2 500 m3計算，料罐有效容積為55 m3的密封貯料倉，用干式布袋除塵后的一次均勻。日排壓次數280 次/d（日上料批數140 ch/d，一批料排壓2 次），按每次排壓高爐煤氣量149.57 Nm3/ 次來計算，則日排壓煤氣量為41 879.6 Nm3。除高爐休風5 天外，高爐按360 天生產，則每年多回收高爐煤氣為1 508 萬Nm3。按煤氣費用0.26 元/Nm3計算則年平均回收煤氣經濟效益為：

15 080 000 Nm3×0.26 元/Nm3=392.08 萬元/年

5.3.2 社會效益

按高爐2 500 m3計算，每年可減少減少顆粒物排放量約134.2 t，可減少固定碳排放12 789.55 t。

6 結語

（1）通過對此均排壓煤氣凈化、回收裝置的研發應用，減少了煉鐵廠1#高爐均排壓的碳排放量，每年可減少固定碳排放12 789.55 t。

（2）在應用過程中減少噪音對職工身心帶來的的損害，提高能源回收，降低生產成本，每年約節約392 萬元。