炼钢转炉煤气回收的影响因素及改善措施
摘 要
针对我公司燃气能源使用情况，依据高炉煤气、转炉煤气、天然气使用平衡现状，通过提高转炉煤气回收量来降低天然气使用从而降低成本。炼钢转炉煤气回收利用效果不理想的现状，以本公司炼钢转炉煤气回收系统为背景，结合转炉煤气成分变化从理论上分析了提高煤气回收量的基本途径，研究了转炉工序设备条件、原料条件、空气吸入量、回收条件、供氧强度、煤气储存等因素对转炉煤气回收量的影响，其中空气吸入量、回收条件、供氧强度、煤气储存等因素的影响尤为显著。从完善软硬件设备等方面提出了提高二炼钢转炉煤气回收水平的具体措施，实施后可取得很好的节能效果。
关键词：转炉煤气 回收利用 空气吸入量 回收条件 供氧强度
The influence factors of steel-making Converter gas recovery and the improvement measures
ABSTRACT For my company to gas energy usage, on the basis of blast furnace gas, converter gas, natural gas use balance status quo, by improving the converter gas recycled to reduce the use of natural gas in order to reduce the cost. Steelmaking converter gas recovery using the present situation of the effect is not ideal, in the company of steelmaking converter gas recovery system as the background, combined with converter gas composition changes are analyzed theoretically the basic way to improve the gas recycled, studies the process of converter equipment conditions, the raw material condition, air intake, recycling, the intensity of oxygen supply, gas storage and other factors on the converter gas recycled, the influence of the air intake, recycling condition, oxygen supply intensity is especially significant, the influence of factors such as gas storage. From the perspectives of perfect software and hardware equipment, puts forward the practical measures to improve the level of the second steelmaking converter gas recovery, after the implementation of good energy saving effect can be obtained.
Keywords: Converter gas recycling Air intake Recycling conditions The intensity of oxygen supply。
目 录
摘 要.............................................................. 2 ABSTRACT............................................................... .4
引 言...................................................................... 4
第一部分、炼钢转炉煤气回收系统简介 .......................................... 5
第二部分、转炉煤气回收的影响因素分析 ........................................ 6
2.1、转炉煤气回收量提高途径的理论分析 ................................... 7
2.2、转炉煤气回收量的影响因素分析 ....................................... 7
2.2.1、转炉设备条件的影响 ........................................... 7
2.2.2、原料条件和钢水碳含量的影响 ................................... 7
2.2.3、空气吸入量的影响 ............................................. 7
2.2.4、转炉煤气回收条件的影响 ....................................... 7
2.2.5、供氧强度的影响 ............................................... 8
第三部分、提高转炉煤气回收量的措施 .......................................... 9
3.1、完善软硬件设备，实现生产炉数的全回收 ............................... 9
3.2、降罩到位与炉口微差压调控并行，提高回收煤气品质 ..................... 9
3.3、优化供氧制度，实施高效冶炼 ......................................... 9
3.4、改进回收方式与操作，延长煤气回收时间 .............................. 10
第四部分、结论 ............................................................. 10
参 考 文 献 ................................................................ 11
引 言
转炉煤气是钢铁企业重要的二次能源，也是公司二次能源回收利用的薄弱环节之一，提高转炉煤气回收量，不仅能有效降低炼钢工序生产成本，还能降低天然气的使用量，为实现高效回收转炉煤气，而且能极大降低钢厂污染物排放总量，实现清洁生产。因此，“转炉煤气回收”成为现代转炉炼钢中的重要技术。转炉煤气回收系统管线长，设备复杂，影响转炉煤气回收的因素较多。根据我公司2012年投产以来转炉煤气回收吨钢88.86m³/吨，与集团公司所属其他工业园区先进水平相差甚远，既浪费了大量能源，又严重污染了环境。因此尽快消化掌握转炉煤、气回收技术、充分挖掘设备潜能、安全高效的提高转炉煤气回收水平，本文以我公司煤气回收系统为背景，通过对提高转炉煤气回收量基本途径的理论分析，研究了影响因素对转炉煤气回收量的影响，并提出了提高转炉煤气回收水平的具体措施。
第一部分、炼钢转炉煤气回收系统简介
我公司炼钢现有120吨顶底复吹转炉一座，吹炼制度为“二吹一”，采用全连铸工艺，采用湿法煤气回工艺。工作原理为转炉冶炼过程中产生的高温含尘烟气经过冷却烟道进入冷却器，冷却烟道中产生的蒸汽送入蒸汽管网。在喷淋冷却器中烟气温度降至约200℃，同时烟气中的粗灰被除去，随后在电除尘器中除去细灰。除尘后的烟气，经风机进入切换站满足条件的煤气经再次冷却后，进入煤气柜被回收利用，不满足条件的煤气或因煤气柜柜位高不能回收则由放散装置点火燃烧后排入大气。 其工艺流程如图
图1—转炉煤气回收工艺简图
8万转炉煤气柜
第二部分、转炉煤气回收的影响因素分析
转炉在冶炼中生成大量高温烟气，烟气通过回收系统回收成为可利用的转炉煤气。我公司炼钢转炉冶炼过程控制机中，采集正常生产条件下多炉钢水冶炼过程中转炉煤气中CO和O2含量变化数据,绘制其随吹炼时间变化的含量散点图，如下图所
示
图2—CO和O2变化曲线图
吹炼过程中CO和O2含量散点始终分布在图中两条曲线两侧，这两条曲线分别为
CO、O2含量变化均值线，代表了二炼钢转炉冶炼过程中CO、O2含量随冶炼时间的变
化规律；在转炉吹炼前期、中期和末期三个时段中，不同时段因反应机理不同，CO
的生成量及其在煤气中含量也有所不同，其中冶炼中期产生CO最多，CO含量达到最高水平。
2.1、转炉煤气回收量提高途径的理论分析
转炉煤气是否进行回收，取决于烟气中CO和O2含量。二炼钢转炉煤气的回收条
件为CO含量≥40%且O2≤1%。根据图2中CO和O2含量变化均值线，（1）延长回收
时间在满足O2≤1%改变CO含量≥40%条件下回收转炉煤气时间增加，随之煤气回收
量量增加。（2）提高吹炼初期经提高CO的上升速度，同时降低吹炼末期CO含量的下降速度。
2.2、转炉煤气回收量的影响因素分析
转炉煤气回收量的影响因素较多，因此需结合上述理论分析，从转炉设备条件、原料条件、钢水碳含量、空气吸入量、煤气回收条件、供氧强度等方面研究这些因素对转炉煤气回收量的影响。
2.2.1、转炉设备条件的影响
设备运行状态的好坏直接影响转炉煤气回收水平的高低，另外煤气柜容量和用户用气量的调配状态。当煤气回收供大于求时，会造成煤气不能回收而无谓放散。其次风机、O2、CO分析仪准确性的影响，同时阀门组的开关是否到位对回收的影响
2.2.2、原料条件和钢水碳含量的影响
转炉煤气主要是由铁水脱碳过程中碳氧化产生的，原料条件和钢水碳含量对转炉煤气回收量的影响，生产不同钢种钢水的含碳量不同对煤气回收影响十分明显。其中铁水所占比例影响较大。
2.2.3、空气吸入量的影响
转炉在冶炼中，在活动烟罩与炉口的间隙处会有少量空气进入，易造成煤气二次燃烧及O2+2CO=2CO2、从而降低煤气品。从化学反应公式可以描述炉口空气吸入量
对转炉煤气回收量的影响，在转炉冶炼中从转炉炉口吸入的空气量与转炉烟气全部燃尽所需理论空气量之比。O2既影响煤气量又影响煤气的单位热值，若O2增加，使
煤气中CO燃烧，导致煤气热值降低，使转炉煤气回收量减少。若O2含量大于CO说
明煤气中的CO已完全燃尽，此时煤气热值为零；若O2含量为零时煤气中CO含量最
大，其标准热值煤气体积量亦最高。因此，就转炉煤气回收而言吸入氧气越小越好。
2.2.4、转炉煤气回收条件的影响
为了达到煤气回收的安全，同时还要考虑到用户需求煤气品质的要求，需设置相应的回收条件。回收条件直接影响回收的开始与结束，即回收时间的长短。改善回收条件可延长煤气回收时间，提高转炉煤气回收量。如我公司将转炉煤气条件CO含量≥40%且O2≤1%，改为CO含量≥30%且O2≤1%，回收时间增加1分钟，吨钢转炉
煤气回收提高8m³/吨，且能安全回收。若将改为CO含量≥30%且O2≤1.5%，吨钢转
炉煤气回收提高10m³/吨。
2.2.5、供氧强度的影响
转炉冶炼进入冶炼中期后，熔池内碳开始大量氧化，此时炉内反应以脱碳为主，脱碳速度主要取决于供氧强度，供氧强度提高时，可提高CO含量在吹炼初期的上升速率和末期的下降速率从而延长吹炼中期时间，提高转炉煤气回收量。若将我公司炼钢提高供氧强度，来缩短冶炼时间来提高转炉煤气回收量。
第三部分、提高转炉煤气回收量的措施
明确转炉煤气回收量的潜力，对于分析与解决煤气回收中存在的问题、制定相关措施具有指导意义。在理想工况下生产合格钢水转炉冶炼所回收的转炉煤气量，炼钢转炉为例，计算其理想工况下的吨钢煤气回收理想值为120m³/吨，我公司炼钢转炉目前吨钢煤气回收量实际值115m³/吨(与之相比较可知，目前转炉煤气回收工作还有一定的潜力。因此，需要结合当前生产中存在的不足，制定相关措施，大幅度提高转炉煤气回收量。
3.1、完善软硬件设备，实现生产炉数的全回收
煤气回收系统良好运行是煤气高效回收的基本前提。由于湿法转炉煤气成分仪中CO含量满量程仅为65%，造成超过65%含量CO被的被忽略不计,因此，需将煤气成分仪中CO含量满量程修改为100%来提高钢转炉煤气回收量可提高1.5m³/吨，另外因氧含量分析仪气源以氮气，因氮气纯度达不到99.99%，造成氧含量超标不能回收，需要在氮气管道上加装氧含量分析仪，及时监控氮中氧，杜绝因氮中氧超标拒收转炉煤气，或因氧含量分析仪故障，造成转炉煤气拒收现象发生，需要对氧含量分析仪跟换未红外线分析仪来提高准确性，如及时处理可提高转炉煤气回收吨钢5m³/吨，因我公司转炉煤气柜位8万m³，因下道工序原因造成高柜位拒收，通过将钢转炉煤气柜与15万高炉煤气煤气柜之间建一联络管，这样既能提高转炉煤气回收，又能使用高热值燃气保证产品质量。
3.2、降罩到位与炉口微差压调控并行，提高回收煤气品质
在生产操作中，空气吸入量主要受活动烟罩与炉口间隙的大小以及炉口微差压的影响。因此，在转炉吹炼过程中，要严格实行降罩操作，尽早将烟罩降至最低位，保持烟罩与转炉的“零”距离，防止空气吸入造成二次燃烧，确保煤气回收的质量；同时，要合理调控炉口微差压，保持炉口微正压限制空气吸入的不良影响，提高转炉煤气品质。
3.3、优化供氧制度，实施高效冶炼
优化供氧制度，合理控制氧枪枪位，兼顾转炉脱碳及煤气回收的关系，减少二次倒炉，以及减少炉前提抢次数，提高终点命中率等，都能有效提高转炉煤气回收量。
3.4、改进回收方式与操作，延长煤气回收时间
生产实践表明，由于切换三通阀从接受指令到完全动作到位需要一定时间，因此回收中存在滞后效应，延迟了回收时间，造成部分煤气得不到回收。我公司改为CO含量≥25%且O2≤2%，采取回收提前结束时间延迟相结合。除此以外，还要加强
管理，促进转炉回收系统现场操作人员与能源平衡人员信息交流与合作，为安全、高效地回收转炉煤气提供重要保证。
3.5、通过技术改造，增加转炉煤气新用户
通过技术改造完成了炼钢烤包使用转炉煤气、高炉煤气三管放散伴烧使用转炉煤气
项目增加了转炉煤气用量，解决因用户少导致转炉煤气拒收，同时降低天然气消耗。
第四部分、结论
4.1、结合转炉煤气成分含量变化曲线，从理论上明确了提高转炉煤气回收量的基本途径。
4.2、影响转炉煤气回收的因素包括设备条件、原料条件、钢水碳含量、空气吸入量、回收条件、供氧强度等，其中空气吸入量、煤气回收条件、供氧强度等对其影响尤为显著。
4.3、我公司目前转炉煤气回收水平与其理想值尚有一定差距，从完善软硬件设备、实行降罩到位与炉口微差压调控并行、优化供氧制度等方面提出的具体措施，可较大幅度提高转炉煤气的回收量，取得很好的节能效果，我公司生产以来通过相关措施以及设备改进所取得成果如
4.4、通过研究提高转炉煤气回收量以及增加转炉煤气用户，天然气消耗从2012年月45万m³降至2015年月5万m³，产生经济效益月90万元。
2012年—2015年吨钢转炉煤气回收量
参 考 文 献
1、 王爱华 东北大学热能与环境工程研究所、国家环境保护生态工业重点实验室、
宝山钢铁股份公司能源部（上海201900）
2、 刘浏，余志祥，萧忠敏.转炉炼钢技术的发展与展望 。中国冶金，2001（1） ：
17～19
3、 翁宇庆.我国钢铁工业节能环保工作的现状与展望.中国冶金，2003（11）:3～
8
4、 俞波.提高转炉煤气回收率的综合措施.中国冶金，2003（10）:14～17
5、 陈志斌.国内转炉煤气的回收利用技术的现状及发展.冶金动力，2003（1）:9～
12
6、 于小方，杨文远，郑从杰.提高转炉的供氧强度.钢铁研究学报，2000（2）:6～
9
致 谢
在本次论文设计过程中，感谢我公司给了我学习的机会，同时感谢学校老师的教诲。以及我公司炼钢同时的指导以及本部门煤气专工带领参加相关煤气设备的改造工作，在学习中不断提升自己，都给予了细致的指导，提出了很多宝贵的意见与建议，师傅们以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。这篇论文是在老师的精心指导和大力支持下才完成的
感谢所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。感恩之余，诚恳地请各位老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。
谨以此致谢最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位老师表示感谢。