凌钢5#高炉均压煤气回收改造及节能分析_苏相成.pdf

第 40 卷，总第 236 期2022 年 11 月，第 6 期 节 能 技 术 ENEGY CONSEVATION TECHNOLOGYVol.40，Sum.No.236Nov 2022，No.6凌钢 5#高炉均压煤气回收改造及节能分析苏相成(凌源钢铁集团设计研究有限公司，辽宁凌源122500)摘要:凌钢 5#高炉新增均压煤气回收系统，可以实现对均压煤气的回收。均压煤气回收采用的是双级引射工艺，采用高压净煤气作为引射动力气源。该项目年可回收高炉煤气约1 900 万 m3，可有效减少碳排放和煤气灰排放，年可减少煤气灰排放量 112 t，减少碳排放量 1 097 t，还有效降低了高炉炉顶噪音。因此该项目既是节能项目又是环保项目，对凌钢具有显著的经济效益和环保效益。关键词:均压煤气;引射;回收;超低排放;节能中图分类号:TK018文献标识码:A文章编号:1002 6339(2022)06 0571 04ecovery and Transformation of Equalized Pressure Gas and Energy SavingAnalysis of No 5 Blast Furnace at Lingyuan SteelSU Xiang cheng(Design esearch Co，Ltd of Lingyuan Iron Steel Group，Lingyuan 122500，China)Abstract:The new equalized pressure gas recovery system in No 5 blast furnace of Lingyuan steel Canrecover all equalized pressure gas The recovery of equal pressure gas is a two stage ejection process，using high pressure net gas as ejection power gas source The project can recover about 19 million stere ofblast furnace gas annually，which can effectively reduce carbon emissions and gas ash emissions The an-nual gas ash emissions can be reduced by 112 tons and carbon emissions by 1 097 tons，and the noise ofblast furnace roof can also be effectively reduced Therefore，this project is not only an energy saving pro-ject but also an environmental protection project，which has significant economic and environmental bene-fits for Lingyuan steelKey words:equalizing gas;ejector;recycling;ultra low emissions;energy saving收稿日期2022 05 18修订稿日期2022 06 10作者简介:苏相成(1988 )，男，本科，高级工程师，现从事采暖通风工程设计、施工和运行管理工作。0前言20 世纪 80 年代，国外已经开发了湿法均压煤气回收技术，后来国内也对湿法回收技术进行过研究并得到实际应用，但受回收煤气粉尘浓度偏大、回收时间较长等不利因素的影响，该工艺未能取得预期的效果。直到近年来得益于高炉自动控制技术的发展和干法除尘工艺的完善，才又为均压煤气回收提供了新的途径1。高炉炉顶均压煤气回收技术是近几年来新发展起来的节能环保技术，目前已经在国内数十家钢铁企业，上百座高炉上得以成功运用，具有技术成熟，运行稳定的特点。且该项目还统筹考虑了超低排放和节能降碳的双重要求，具有社会效益的同时还具有可观的经济效益。从环保政策要求到节能降耗指标要求上来看，该项目都有尽快实施的必要性。175凌钢现有 5#高炉炉容为 2 300 m3，具体参数见表 1。高炉炉顶料罐在装料前需将罐内的高压煤气经放散阀放散泄压后，方可开启上部阀门装料。此部分放散煤气直接通过炉顶消音器排入大气，由于煤气中含有大量有毒、有害、易燃易爆的气体，并且放散过程中伴随有大量粉尘，这对大气环境尤其是高炉生产区域造成了严重的污染。并且全年均压放散煤气量较大，造成煤气能源浪费2 4。因此实施均压煤气全回收改造，实现节能与环保的双重达标。表 1凌钢 5#高炉工艺设备参数序号项目参数1炉容/m32 3002生铁产量/t d15 9003炉顶装料设备主要参数:3 1成套设备设计压力/MPa0253 2成套设备工作压力/MPa0233 3料罐数量/个13 4料罐有效容积/m3553 5正常的炉顶温度/120 3003 6放散阀打开时间/s63 7加料批次(含焦炭)/批 h193 8均压放散时间/s8 103 9炉顶煤气压力/kPa230310高压净煤气压力/kPa230311低压净煤气管网压力 kPa12 左右1均压煤气回收系统工艺流程1 1均压煤气自然回收流程高炉炉顶料罐装料前，料罐内煤气处于高压状态，整套煤气回收系统内的煤气处于常压的状态。当打开煤气回收阀时，利用自然压差，料罐内高压的煤气会自动通过均压煤气回收系统新增的管道再经过专用干法除尘箱体除尘后流向低压净煤气管网5 6。当料罐内的压力达到常压时，关闭均压煤气回收系统，再按照高炉装料程序将料罐内剩余的煤气进行放散。此工艺不能实现均压煤气的全部回收。1 2均压煤气强制回收流程在原有均压煤气自然回收系统的基础上，增加引射器、引射阀组及配套设施。当自然回收结束后，对料罐内残余煤气进行引射强制回收。引射方式分为前引射法和后引射法两种方式，可根据不同高炉、不同回收效率及不同回收时间进行选择前引射法、后引射法、双引射法。本工程全回收系统采用的是双引射形式，采用高压净煤气作为引射动力气源。布袋除尘器采用 DN5000 mm，壁厚 14 mm，顶进顶出形式，当自然回收模式效率下降时(时间模式和压力模式控制)，打开引射阀组利用高压气流，将料罐内剩余煤气经引射器及配套管网回收至新建缓冲除尘布袋箱体，除尘降压后并入净煤气管网7 8。作为动力气源的高压净煤气来自干法箱体除尘后的煤气管网，提供完动力后再次回到煤气管网，不涉及管网新增加压设施及能源消耗。具体工艺流程(详见图 1):高炉料罐旋风除尘器(若有)炉顶阀门组前端引射器箱体进口阀门组专用干法除尘箱体箱体出口阀门组后端引射器并网阀门组低压净煤气管网。图 1凌钢 5#高炉均压煤气全回收系统流程图2项目运行成本及效益分析2 1运行成本分析该项目为低耗能项目，年运行成本主要由以下五部分构成。2 1 1用电消耗(1)整套系统共涉及到的电动阀门 8 台，其中炉顶阀门组 2 台、前后端引射系统 2 台、箱体进出口2 台、并网点1 台、顶部放散1 台，阀门总功率为11 kW。系统正常运行时，电动阀门只有在检修或休风的时候动作一次，每年有 10 次休风或检修机会，每次阀门动作约 10 s，则年耗电量为:11 kW 20 s/次3 600 s/h 10 次=0 61 kWh。(2)另有卸灰阀 2 台、振动电机 2 台，总功率为2 kW。卸灰阀每周使用三次，每年 50 周，卸灰阀单次动作 10 s，振动电机每次 20 s，则年耗电量为2 kW 20 s/次 3 600 s/h 50 周 3 次/周=1 67 kWh。(3)有照明灯 20 个，单个功率 50 W，总功率为1 kW。系统照明每天8 h，则年耗电量为8 kWh/d 350 d=2 800 kWh。275综上，年耗电量总计为 2 802 kWh，用电按0 5 元/kWh计算9，则该系统每年用电成本约为1 401 元。2 1 2氮气消耗(1)系统阀门动作时氮气消耗量:均压回收过程单台气动阀门单次动作用气量 0 006 m3，凌钢 5#高炉料批次数为 9 批/h，共计 36 次开关动作，一天的用气量为 0006 m3/次 36 次/h 24 h=5184 m3，正常工作时只需涉及后端引射阀一台，其余气动阀门均处于不动作的状态，单日用气量为 5 184 m3，则每年耗气量为 5 184 m3350 天=1 814 m3。其余阀门均在检修或休风的情况下进行动作，且动作频率低，氮气消耗量可忽略不计。(2)反吹时氮气用气量:新建除尘箱体配置22 台脉冲阀，单台喷吹时间 0 2 s，间隔时间 3 s，循环周期按时间和压差两种同时设定，基本为 4 h 一次，单台脉冲阀喷吹耗气量 342 L/次，则一次循环反吹周期耗气量为 342 L/台 103 22 台=7 524 m3，单日耗气量为 7 524 m36=45 144 m3，则每年耗气量为45144 m3/天 350 天=15 800 m3。(3)为防止阀门长时间关闭造成堵塞，阀门系统配置氮气吹扫系统，按照正常系统休风检修情况，每年耗气量为 300 m3。综上，总计年耗气量为:17 914 m3，氮气按0 25 元/m3计算，则该系统每年氮气消耗成本约为4 479 元。2 1 3蒸汽消耗目前该系统蒸汽的用途主要是为除尘箱体伴热，年耗蒸汽用量为 75 t，蒸汽价格按 22 035 元/GJ计算，则每年耗费蒸汽成本约为 4 958 元。2 1 4新建除尘箱体布袋消耗除尘箱体配备 212 条布袋，每条布袋价格为342 元，骨架价格为 180 元，布袋更换周期为 18 个月，则该系统每年更换布袋成本约为(342+180)212 12 18=73 776 元。2 1 5系统内设备正常备件、维护与更换根据系统备件、维护与更换的相关要求，该系统平均每年耗费成本约为 80 000 元。凌钢 5#高炉均压煤气回收系统年运行费用见表 2，年运行费用总计 164 614 元，吨铁运行费用为0 08 元/t 铁，运行费用极低。2 2效益分析2 2 1社会效益(1)凌钢 5#高炉均压煤气回收系统改造完毕后，均压煤气无对空排放，煤气中所含粉尘经过除尘箱体过滤后经卸灰系统回收，回收后的煤气粉尘浓度 5 mg/Nm3。经测算，年可减少煤气灰排放量112 t，减少碳排放量 1 097 t。可以大大改善高炉周边区域的空气环境。表 2凌钢 5#高炉均压煤气回收系统年运行费用表序号名称运行费用/元备注1电耗1 4012氮气消耗4 4793蒸汽消耗4 9584布袋更换等维护73 7765备件更换等维护80 000合计164 614(2)凌钢 5#高炉均压煤气回收系统改造完毕后，炉顶均压煤气回收时，噪音可以降低至 85 分贝以下，可以明显减少原均压放散时的噪音对周边环境的影响10。2 2 2经济效益凌钢 5#高 炉 均 压 煤 气 回 收 系 统 效 率 为100%8，高炉利用系数为 2 3，料批次按 9 批次计，每一料批次放散 2 次，料罐容积 55 m3，则单日高炉煤气回收量为:55 m3(料罐容积)9 批/h 2(料批次 9，每批料放散 2 次)24 h 2 3(高炉系数)100%(回收率)=54 648 m3高炉年工作天数按 350 d 计，则年高炉煤气回收量为:54 648 m3350 d=19 126 800 m3。节省的高炉煤气用于发电，每年可以发电:19 126 800 4=4 781 700 kWh，式中:凌钢发电锅炉综合发电高炉煤气气耗为 4 0 m3/kWh。凌钢综合电价为 0 5 元/kWh，则年经济效益为:0 5 元/kWh 4 781 700 kWh=239 万元。2 2 3节能量效益凌钢 5#高炉均压煤气回收系统，年耗电量:2 802 kWh;