转炉煤气的回收使用工艺培训教材.docx

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1、转炉煤气的回收使用工艺培训教材第一节转炉煤气的产生与利用价值2第二节转炉煤气OG湿法回收工艺流程2第三节转炉煤气LT干法回收工艺流程2转炉煤气回收和使用设备第一节转炉煤气的产生与利用价值一.转炉煤气的产生K转炉概述1856年英国人贝塞麦发明酸性底吹空气转炉炼钢法，随后托马斯发明碱性底吹空气转炉炼钢法。但直到1967年，西德马克希米利安公司与加拿大莱尔奎特公司共同协作试验成功底吹氧气转炉炼钢（OBM法）。氧气顶吹转炉（LD法），是1952年由奥地利首先试验成功的，它是一种用纯氧顶吹的方法进行炼钢的。与平炉、电炉炼钢法相比，顶吹氧气转炉炼钢法具有生产率高、钢中气体含量低、钢的质量好等特点。氧气转炉

2、顶底复合吹炼（LG-OTB;）是上个世纪七十年代中后期国外开始研究的炼钢新工艺。复合吹炼法就是利用底吹气流克服顶吹氧流对熔池搅拌能力不足（特别是在碳低时）的弱点，可使炉内反应接近平衡，铁损失少；同时又保留了顶吹法容易控制造渣过程的优点，因而具有比顶吹和底吹更好的技术经济指标，成为近年来氧气转炉炼钢的发展方向。三钢目前五座转炉（3#120吨转炉在建）均为顶底复合吹炼转炉。2、转炉煤气的产生转炉煤气是由氧气同铁水中的碳、硫、磷、硅、镒和钢元素氧化生成的炉气和炉尘组成。炉气中CO来自于氧化亚铁与溶于生铁中的碳进行反应的结果O冶炼过程中其化学反应式为：（FeO）+C=Fe+CO2C+O22CO2C+2

3、O22CO22CO+O22CO2根据测算煤气回收量为75Ioom3/t（吨钢回收量）。冶炼模式根据氧气流量大小的控制方式不同，分别单枪冶炼模式和双联冶炼模式。2.1、 单枪冶炼模式（一般冶炼模式）一般冶炼情况下，供氧强度VO2保持3.54.0Nm3tmin,即一炼钢10。吨转炉氧气流量为210002400。Nm3h,二炼钢120吨转炉氧气流量为2700031000Nm3h范围内时，称为单枪冶炼模式。单枪冶炼模式下吹炼过程一般分为三个时段：冶炼前期铁水的硅、镒、磷等元素，先同氧反应成为渣浮在液面,在温度增加的同时，碳氧反应也逐渐激烈，煤气中的Co含量也逐渐上升到可以进行回收的水平，这个过程一般进

4、行2分钟。冶炼中期脱碳速度达到某一值后，基本上不再升高，稳定在这一水平上。同时Co含量也较高，在转炉内可高达80%以上，这一过程维持810分钟，我们回收的重点也就是这一时期。需要指出的是，除了铁水含碳量是个主要因素外，影响脱碳速度的因素尚有：氧气压力、氧气流量、氧枪的高度、熔池温度、化渣情况等等。熔池温度低、渣中液态（CaO）少，脱碳速度慢，CO含量上升就慢而低。由全铁水吹炼操作的试验得出脱碳速度的关系式为：Vc=（113.4Vo2-0.0048h-28.5）XlO.式中：Vo2一供氧强度，Nm3tminh一枪位（枪高），mm由上式可知，供氧强度越大，枪位越低，脱碳速度越大,所产生的炉气量及烟

5、气量（特别是提烟罩后）越大，CO含量越高；反之，产气量越小，CO含量越低。冶炼后期碳氧反应使铁水中的含碳量不断下降，这样脱碳速度迅速下降，同样转炉烟气中的Co含量也很快降下来，这一过程为2分钟。2.2、 双联冶炼模式（脱磷冶炼模式）双联法冶炼源自于日本开发的一种炼钢操作法，即有专门的脱磷转炉进行造渣脱磷，而后将半钢水盛到铁包中，再次兑到专门的脱碳转炉进行少渣冶炼成较纯净的钢水。三钢闽光股份有限公司开发的具有自主产权的双联法冶炼是在同一座转炉内完成不同冶炼模式转换的一种全新的炼钢操作法。开发初衷即是用小喉口小流量氧枪来完成脱磷期的冶炼，脱磷期结束后，提枪、摇炉、倒渣，并进行氧枪的移枪操作，使用大

6、喉口大流量氧枪来完成脱碳期的冶炼。为保证冶炼及生产的顺行，目前的工艺是同一把氧枪不同流量来完成两种冶炼模式的切换。脱磷期供氧强度VO2保持2.530Nm3tmin,即一炼钢100吨转炉氧气流量为15000-18000Nm3h,二炼钢120吨转炉氧气流量为1950023000Nm3h范围内。脱碳期开吹供氧强度v02保持脱磷期供氧强度，约1分钟后提至单枪冶炼模式的供氧强度3.5- 4.0Nm3t-mino从冶金热力学及动力学角度说，在冶炼温度下，氧气或钢中氧无法直接氧化去磷（1100oC）；只能用碱性渣（含CaO）脱磷，其热力学条件是：增大渣的氧化性（即增加渣中（Feo）含量），增大渣的碱度（即增

7、加渣中（CaC）含量），低温操作及换渣操作。故低氧流量脱磷就是利用以上冶金特点。2.3、 冶炼过程中的喷溅通常把随炉气携走而不从炉口周围降落的金属和炉渣微粒称为烟尘；而与炉气分离从炉口周围降落者（粒度比烟尘大）称为喷溅；由于熔池上涨而使炉渣一金属熔体沿炉口冒流而出者，称为溢出（常见的是溢渣）。广义的喷溅是上述金属、炉渣喷溅和溢出的统称。喷溅是顶吹氧气转炉炼制中的一种非正常操作，特别是爆发性大喷，是炼钢的一种恶性事故。由于顶吹氧气转炉供氧强度大，脱碳反应激烈，促使产生喷溅的力量不外是氧气流股的冲击能量和碳氧反应形成的CC）气体的推动，炉内产生涡流的影响。经实验证实，单独的氧气冲击能量及均衡的碳氧

8、反应所产生的推动力都不足以引起喷溅。产生喷溅的重要因素是吹炼过程中泡沫渣的形成，因而缩短了液体距炉口的距离。因此，在操作中防止喷溅的基本措施是：控制好熔池温度，前期不过低，中、后期不过高。严格避免强烈冷却熔池,以确保脱碳反应均衡地进行，消除爆发式cO反应；同时控制好渣中（FeO）的含量，使渣中（FeO）不出现明显聚焦现象，防止炉渣发泡或引起爆发性的C-O反应。在吹炼中期注意控制渣中（FeC）,勿使过低，以免炉渣严重返干,造成金属喷溅。对于防止喷溅来说，重要的是要及早采取措施，一旦喷溅开始，采取措施就为时过晚。3、转炉烟气的特点转炉冶炼过程中排出大量红棕色的浓烟，主要是由于炉尘中含有大量铁氧化物

9、造成的。由于冶炼时采用含氧纯度99.9%以上的氧气对炉中的铁水中的碳等元素进行反应，这是一种非常激烈的化学放热反应，反应过程中会产生大量的烟气。综合一下转炉烟气，主要有以下特点：（1）烟气温度高，达1400160（C(2)烟气中尘粒，粒径845m0(3)尘粒含铁5060%,含量每吨钢1825kg。(4)烟气中含CO高达3585%,可以做燃料，这就是转炉煤气。二.转炉煤气的特点1、转炉煤气的特点(1)转炉煤气主要成份有：CO:3585%、H2：L52%、O2:0.40.8%、Co2：1525%、N2:1622%。(2)无色、无味、剧毒、易燃、易爆。(3)由于含CO高达85%,是理想的工业原料。热

10、值：68MJr113左右。(4)转炉煤气可以做燃料。转炉煤气的含氢量少，燃烧时不产生水汽，而且煤气中不含硫，可用于混铁炉加热、钢包及铁合金的烘烤、均热炉的燃料等，同时也可送入厂区煤气管网，作为生活煤气使用。(5)转炉煤气可以合成化工原料，制甲酸钠，甲酸钠是染料工业中生产保险粉的一种重要原料，代替了锌粉，节约了金属。合成甲酸钠时，要求煤气中至少含CO的量为60%,氮含量小于20%。甲酸钠又可以合成草酸钠。化学反应式：CO+NaOHHCOONa；2HCOONaCOONa-COONa+H2o制合成氨，合成氨是我国农业普遍需要的一种化学肥料。转炉煤气中CO含量较高，所含P、S等杂质少，利于生产合成氨。

11、合成氨时要求煤气中（CO+H2）/N2应大于3.2以上；CO含量要求大于60%,最好能稳定在60%65%范围内，波动不宜过大；氧气含量小于0.8%;煤气（标态）含尘量小于IOmg/m3。利用煤气中的CO,在触媒作用下使蒸汽转换成氢,氢又与煤气中的氮,在高压（15MPa）下合成为氨，化学反应式：CO+H2OCO2+H2;N2+3H22NH3o2、转炉煤气热值简易计算Q=12,644CO%+10,760H2%,kJm3煤气的CO含量/%热值/kJin热值/kcalm3304008.44950405272.851250506483.251550607747.671850说明：回收浓度越高，燃烧值越大

12、，对烘烤生产越有利。2、怎样回收高质量的煤气为什么我们回收煤气要与炉前紧密配合？主要是多收，收好煤气。Co浓度除取决于铁水中含碳量外，还与下列情况有关：烟罩距炉口距离越大，CO含量越低。炉口微差压控制有关，正压下，不使炉气大量外溢或大量吸入空气Co含量较高。回收时间长短有关，有效回收时间约10分钟左右，时间过长Co含量降低。C）G法与回收/放空三通切换阀、水封逆止阀启闭时间有关。实践中，冶炼后期有出现因挂料而造成Ce）含量低至O,实时分析氧含量超过2%的情况,必须及时放散,停止回收煤气。煤气吨钢回收量二月回收煤气总量/月钢总产量煤气的回收率=回收炉数/冶炼炉数Xlo0%三.我司转炉煤气经济价值

13、和环保价值分析1、转炉煤气经济价值转炉煤气经济价值极高，也是钢铁企业不可少的二次能源，其经济价值简单分析如下：（1）以我司两个转炉煤气站2011年4月份回收量计算：共回收煤气4378.82万米3,厂内结算价0.10元/米3,折合437.88万元。按Co热值约14001600x4.18千焦/米3（以1450千卡计），标煤：7000千卡/千克，吨煤：1559.24元（按2011年4月洗精煤价格换算）。得：43788200米31450千卡KOOO千卡/千克二9070.41吨9070.41吨X1559.24元/吨=1414.29万元如果每个月都这样回收：1414.29万元12月=1.7亿元/年年并网量

14、为5.25亿米3,年创效益1.7亿元。(2)“负能”炼钢：炼钢工序能耗的多少是衡量一个企业工艺水平、技术装备水平、人员素质的关健。“负能炼钢”是指转炉炼钢工序消耗的总能量小于回收的总能量，即转炉炼钢工序过程中支出的能量包括氧气、氮气、焦炉或混合煤气、水、电和使用外厂蒸汽等能源，与回收的转炉煤气、蒸汽能源之差为负值：当消耗能量小于回收能量时，耗能为负值称作负能炼钢。我司自2007年至今，每年炼钢工序均实现了“负能炼钢”。2、煤气回收环保价值(1)减少扬尘，提高煤气回收量与环境保护的关系是十分明显的，煤气一般含尘量都在100mgm3左右，每立方米煤气100mg粉尘放散到大气中，则造成大量的粉尘污染

15、。(2)减少中毒，煤气中含CO:35-85%,CO是剧毒气体,人吸入0.64%浓度的CO,12分钟,就会头痛，人10分钟就会立即死亡，可见CO的剧毒性是显而易见的。我司从1979年转炉煤气投产以后，至2001年前22年总共回收了2亿多米3的煤气，相当于几万吨的标煤，价值近两千万元的综合利用收入。同时也减少了近2亿米3的含尘、有毒气体排入大气，污染环境。自2005年棒材轧钢厂蓄热式加热炉改造以后，原30吨小转炉实施动态喉口控制工艺，2006年每年回收量即近2亿米3o至2011年5月，转炉煤气用户已扩至动能公司发电机组发电机组、矿山公司石灰窑、混合煤气混合站，并完成两个炼钢车间厂房烘烤器自用转炉煤

16、气的改造，加上两个系统转炉煤气联络管的开通，并网量迅速飙升，年总回收量超过5亿米3,折合标准煤效益达L7亿元。第二节转炉煤气OG湿法回收工艺流程我司一炼钢100吨转炉煤气处理方法，采用“未燃法”，“未燃法”是借助安装在转炉顶部能够上下活动的罩裙和炉口微差压装置来控制，吹炼初期抽入一定比例空气，同时转炉煤气燃烧后产生安全烟气(我司设置吹炼25min后允许回收)清扫烟道以消除不安全因素，而在吹炼中期控制使空气(=0-0.15)既不侵入转炉烟气、烟气又不外溢，并进行冷却、除尘回收的方法。1、典型的“OG法”工艺流程：“OG法”转炉煤气回收系统全称为“转炉煤气二文一塔、湿法、高压冷却除尘回收系统”。一

17、塔是指喷淋塔。湿法即在冷却除尘的过程中以水作为冷却体和染尘体。高压指系统的阻力损失较大。在湿法除尘中，主要用到的设备是文氏管洗涤器。当调整好喷水量和喷水压力后，文氏管的压力损失只与喉口气流有关，即除尘效率只与喉速有关。为了维持较固定的喉速,采用二文喉口调节机构，使两个喉口随着转炉炉气量变大而开大，随炉气量变小而关小。二文喉口调节机构包括一级文氏管和二级文氏管。一级文氏管的作用是：降温、粗除尘、灭火、和泄压防爆，补偿系统的热膨胀。设置二级文氏管的目的是：把气体中细尘除掉，达到排放标准。按结构来分，它可以分为：翼板式调径文氏管、米粒形阀板调径文氏管、锥形重院调径文氏管。图2-1顶吹氧气转炉未燃法湿

18、法净化系统工艺流程1-转炉；2-活动烟罩；3-汽化冷却烟道；4-汽包；5-溢流文氏管；6、8-弯头脱水器；7-可调喉口文氏管；9-喷淋塔；10-风机启动阀；11-AI2500除尘风机；12-放空/回收三通切换阀；13-大水封；14-煤气柜进口水封；15-煤气柜；16-煤气柜出口水封；17、19-煤气截止阀；18-AIM425/850加压风机；20-水封式回火防止器我司100吨转炉“OG法”工艺流程为：转炉烟气f大裙边排管式活动烟罩f管式汽化冷却烟道一一级内喷溢流式定径文氏管（简称一文）f重力脱水器一二级可调喉口文氏管（简称二文）-90C弯头脱水器一双湿旋脱水器（也称复挡脱水器）-AI2500除

19、尘风机f气动三通双联蝶阀（经烟囱放散）一水封逆止阀一柜前安全逆止水封（含气柜自动/手动放散装置）-50000米3煤气贮柜一柜后安全逆止水封一煤气加压机机前水封一AIM425/850煤气加压机一加压机机后水封一防爆水封一用户+泄爆水封（故障时用）2、说明：约1400C1500C的高温烟气通过活动烟罩、汽化冷却烟道冷却至900CIOo(TC,进入一文进行熄火粗除尘，再到二文进行精除尘，弯头脱水器、两道复挡脱水器汽水分离脱水,然后由AI2500风机将净化并可以利用的煤气压入煤气柜，经过加压机加压后送至用户。在生产过程中不能利用的有害烟气或多余煤气，则作为废气通过烟囱排放入大气中。烟囱顶部设有自动点火

20、燃烧装置，将含有一定CO含量的可燃烟气点火燃烧，减少有毒Co气体放散至大气中。第三节转炉煤气LT干法回收工艺流程一、干法除尘系统的组成我司二炼钢12。吨转炉煤气处理方法，采用德国鲁奇公司LT干法除尘技术。与OG系统相比，LT系统有如下特点:(1)除尘效率高。经LT除尘器净化后，煤气残尘含量2%自动打开水封逆止阀、三通阀切换至回收位，否则三通阀切换到放散。双联冶炼脱磷期不回收，脱碳期冶炼1分30秒后，直接打开水封逆止阀、三通阀切换至回收位。BsLT法：转炉冶炼时，当O2v2%且CO2%自动联锁杯阀回收，否则杯阀切换到放散。2、温度联锁转炉冶炼时，气柜进口或GC出口温度小于75；煤气站进柜温度小于

21、70;煤气站柜内温度小于65时允许回收,否则三通阀或杯阀切换到放散。3、压力联锁AsOG法：风机出口压力小于8.5kPa;煤气站进口总管压力小于8kPa时允许回收，否则放散。压力超标时自动旁通阀、三通阀切换至放散，关闭水封逆止阀。B、LT法：GC出口压力小于50kPa;煤气站进口总管压力小于8kPa时允许回收，否则放散。四、煤气站站内联锁K报警联锁：As气柜柜容上限达到4000m3及43000m3时报警。B、气柜柜容下限达到IOoOOm3时报警。达到6000m3时自动联锁加压机停机，出柜电动阀关闭。2、放散联锁：As柜容达到45000m3自动联锁三通阀或杯阀放散；同时打开柜前放散阀放散，进柜电动阀关闭。B、柜容达到4700011P时，T档板顶杆会顶升机械放散伸缩的内轴，于是就打开柜体放散阀放散（柜体放散阀的U型水封在低位）3、自用煤气切换混合煤气（焦炉煤气）联锁加压机停机或转炉自用煤气压力低于4kPa时自动打开混合煤气（焦炉煤气）电动蝶阀，关闭炼钢自用电动蝶阀。转炉内部自动切换混合煤气僚加煤气，使用。