大容量高炉煤气回收再利用及其计量方法研究

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摘 要 高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，但同时又可在动力锅炉中使用，其成份比较复杂，对它的准确测量非常困难，通过研究发现提高温度对降低气体湿度的效果非常明显，对管内气体进行加温处理并对前后测量管段进行保温处理，保证管道内气体为单相流以适应标准孔板的计量条件要求，该测量方法可使其测量准确度大大提高。

关键词 高炉；煤气燃烧；加热器；计量方法

中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）107-0074-02

众所周知，高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品，但同时又可在动力锅炉中使用，但因其组分比较复杂，一直不能得到很好的回收利用，本文在中小容量锅炉积累的单烧或混烧的经验基础上，对纯高炉煤气通过高温高压动力锅炉燃烧使用进行的回收再利用进行初步探索，以期起抛砖引玉之效。

1高炉煤气的着火热

人们一提起高炉煤气，多少有点谈虎色变，尤其是不少电站锅炉，即使按混烧设计，仍无法按设计比例混烧，例如莱钢现有数台220t/h煤粉和高炉一起混烧锅炉至今仍不能将高炉煤气有效投入。所以这种担心不无道理。高炉煤气的余压利用也是研究着火热的一个关键之处，进入煤气余压回收装置之前，要经过重力除尘和文丘里管水清洗等有效净化措施才能够利用其进行发电或供热。

根据某炼钢集团公司实际生产资料数据显示，其组成比例如表1所示：

CO C02 N2 H2 CH4 QKJ/m3

25.255 19.572 54 1.07 0.1 3341

高炉煤气着火温度和煤气组成及试验条件有关，高低相差甚大，在此取高值660℃作为计算用定性温度。

将高炉煤气和空气的混合物加热至着火温度Tzh所需要的热量称为着火热，用Qzh（Kcal/m3 ・ h）表示。

Qzh=Bj[（voac）（Tzh-To）+Cm（Tzh-Tm）]

式中Bj-计算燃料消耗m3/h （Bj=195815m3/h）

vo-理论空气量

C-空气比热Kcal/ m3℃

a-燃烧器过量空气系数

To-空气进入炉膛温度℃

Cm-高炉煤气比热Kcal/ m3℃

Tm-高炉煤气进入炉膛温度℃

根据上述公式，当着火燃料量相当于额定出力时，得出燃料量的百分比为30%左右。

2 高炉煤气的稳定燃烧

因为受到实际生产过程中各种因素影响，要想保障稳定燃烧，必须使混合气体的温度远远高于着火点，由于高炉煤气参与燃烧的量很大，使得升温速度很慢，导致燃烧稳定性不好。另外，气体分子间能够发生有效碰撞也是重要条件之一，由于存在大量的二氧化碳和氮气成分（占到总体的70%以上），使得气体分子间发生有效碰撞的几率大打折扣，宏观上表现为燃烧速度慢，燃烧不稳定。

虽然存在以上种种不利因素，但高炉煤气的稳定燃烧并不是不能实现，目前，储热式燃烧技术是较为理想的一种技术，它把回收烟气余热与高效燃烧及氧化氮减排等技术有机结合，从而达到节能减排的目的。该系统由储热式烧嘴、换向装置、管路网络、调节阀门、强制排烟装置组成，空气预热温度可高达一千度以上，利用该节能技术后，吨钢煤耗可降为120 kgce，节能效果大于30%。

沾污系数：炉膛沾污系数的选取对于高炉煤气的回收再利用也非常关键。考虑到高炉煤气中含有一定的灰分，根据实际运行经验选取参考范围为0.6～0.8，是否恰当还有待运行实践验证。

3 预热式热风炉技术

当热风炉处于燃烧状态时，冷空气、冷高炉煤气经过空气换热器、煤气换热器后被预热，进入热风炉的燃烧器，在燃烧室内混合燃烧，燃烧产生的高温烟气大部分通过热风炉内的蓄热体，将大部分热量留在蓄热体后，废气排入烟道，通过设在烟道内的空气、煤气换热器后，进入烟囱排入大气。高炉煤气的理论空气量为0.636，煤气量是空气的1.6倍，煤气空气混合均匀加热到着火温度所需的着火热中加热煤气的热量占到60%。所以在条件许可情况下，将煤气加热到一定温度对提高着火热效果是至关重要。

众所周知，热管换热器依靠流体相变来传递热量，传热系数高，还可采用热流方式达到最大温差。使用分体式热管传热，传热系数提高6倍，相应的受热面积减少了六分之五，结构尺寸紧凑许多，虽然成本增加但后期维护费用低，所以采用该换热器对于实现煤气再利用及节能减排的意义重大。

热风炉燃烧用的空气、煤气通过空气换热器、煤气换热器后，将冷空气、冷煤气预热成热空气、热煤气后进入燃烧器，所以火焰温度大大提高，热风炉拱顶温度可达到1300℃～1350℃，从而使热风炉向高炉送风的温度达到1200℃以上。

4 计量方法

目前，国内的多相流量计研制还处于起步阶段，所推出的产品样机还存在许多问题，还没有研制出真正的凝析煤气流量计。由于煤气工业、化学工业等领域的发展及推动，多相流的在线计量技术仍然是当前乃至今后一段时间内的研究热点。凝析煤气的在线计量技术已经引起越来越多的关注，因此我们采用通过水封后的气体进行加温处理，发现提高温度对降低气体湿度的效果非常明显，并且用于加温的蒸气是二级脱萘的放空余汽，可以回收利用。采用的加温处理设施为夹壁管道，同时采取措施对前后测量管段进行保温处理，使其始终保持比测量装置前气体温度高5-10℃。

采用的测量设备主要有：1）涡轮式流量积算仪；2）电容式差压变送器、电容式压力变送器 （Ⅲ 型 0.5级）、温度变送器（Pt100 4-20mA 0.5级）；3）在线式孔板阀及标准孔板、测温仪（Pt100）、（45-95%RH）在线湿度计。

该测量系统主要由PLC数据采集处理系统、上位机数据采集与监控（SCADA）系统和管理信息系统三部分组成。采用A―B公司的功能强大的小型控制器ML1500和组态软件平台CitectSCADA6.10，使用计算机软件对变送器输出的信号进行采样计算，可以减少由于缩颈以及流体与节流件的碰撞分离效应产生的断续通过的现象，使测量值更加平稳准确。

本文提供的设计方法设计的流量计量装置已在有关使用单位进行试运行，根据规程进行检定，当置信概率为90%时，气相测量精度为±3%，液相精度为±7%，基本满足计量规程JJG198-1994《差压式流量计计量检定规程》要求。

参考文献

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