唐鋼煤氣系統(tǒng)經(jīng)濟運行實踐

王永強，王洪軍，范 欣，孫躍昆

（河鋼集團唐鋼公司，河北唐山 063000）

引言

副產(chǎn)煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中重要的二次能源，約占企業(yè)總能耗的1/3，在節(jié)能減排方面擁有巨大的潛力。近年來，環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，唐鋼北區(qū)焦化停產(chǎn)導(dǎo)致公司焦?fàn)t煤氣資源緊張，外購焦?fàn)t煤氣或天然氣將大幅增加能源成本；CO、SO2和NOX排放標(biāo)準(zhǔn)逐步嚴(yán)格，使公司煤氣系統(tǒng)成為環(huán)保治理重點。

1 焦?fàn)t煤氣資源平衡

1.1 焦?fàn)t煤氣置換

隨著焦化停產(chǎn)，唐鋼本部焦?fàn)t煤氣資源出現(xiàn)缺口，無法滿足焦?fàn)t煤氣用戶正常生產(chǎn)；同時中厚板區(qū)域3#高爐投產(chǎn)后，高爐煤氣煤氣資源出現(xiàn)富裕，高爐煤氣大量放散。

為解決這一矛盾決定將中厚板富裕高爐煤氣輸送至中潤煤化工公司供焦?fàn)t使用，將中潤煤化工公司回爐使用的焦?fàn)t煤氣置換出來，輸送至中厚板公司，并通過螺桿加壓機經(jīng)燃氣公司管網(wǎng)輸送至本部。

中潤焦?fàn)t煤氣置換按體積比1∶6.5（焦?fàn)t煤氣∶高爐煤氣），采用2種置換方案：

（1）用7.8 萬m3/h 高爐煤氣替換中潤1.2 萬m3/h焦?fàn)t煤氣，中潤每天可供焦?fàn)t煤氣28.8 萬m3；

（2）用15.6 萬m3/h高爐煤氣替換中潤2.4 萬m3/h 焦?fàn)t煤氣，中潤每天可供焦?fàn)t煤氣57.6 萬m3。

根據(jù)公司整體生產(chǎn)狀況靈活調(diào)整置換方案，滿足公司正常生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣需求，實現(xiàn)高爐煤氣零放散。焦?fàn)t煤氣使用成本0.65 元/m3，相比外購價格降低了0.35 元/m3，年焦氣置換量約1.7 億m3，經(jīng)濟效益約6 000萬元。

1.2 鋼包烘烤器改造

煉鋼低鐵耗模式和轉(zhuǎn)爐煤氣低回收條件背景下，轉(zhuǎn)爐煤氣熱值下降明顯，無法滿足烤包設(shè)備要求，被迫向轉(zhuǎn)爐煤氣管網(wǎng)中混入焦?fàn)t煤氣將轉(zhuǎn)爐煤氣熱值提高至6 279 kJ/m3，對焦?fàn)t煤氣平衡造成不利影響。改造方案如下：

（1）更換燃燒器。采用高效旋壓燒嘴，耐高溫抗氧化，火焰長達4.5 m，以最短時間使鋼包內(nèi)溫度均勻升至曲線設(shè)定值，縮短煤氣使用時間，高效節(jié)能。

（2）加大管道直徑。助燃風(fēng)、煤氣分支管及連接控制閥門，管徑更換為DN200，增大流通截面，縮短升溫時間。

（3）溫度自動檢測。通過檢測鋼包內(nèi)溫度，調(diào)整煤氣和空氣閥門的開度，在達到設(shè)定的溫度值后，自動轉(zhuǎn)換為保溫狀態(tài)，有效地避免煤氣的浪費。

（4）氣體調(diào)節(jié)裝置。按設(shè)定配比值自動調(diào)節(jié)煤氣與空氣的最佳混合比，燃燒效率達到98%，有效避免煤氣燃燒不充分或脫火現(xiàn)象。

（5）熱源回收、循環(huán)裝置?；厥瞻w上部熱源用以加熱助燃空氣、煤氣，有效提高煤氣和空氣的溫度，使煤氣燃燒更充分。使用熱源循環(huán)，加快鋼包內(nèi)熱氣流通，降低熱散失。

（6）使用增壓裝置。增壓并調(diào)節(jié)煤氣進入燒嘴時的壓差，避免煤氣壓力過低時出現(xiàn)熄火情況。

改造后在轉(zhuǎn)爐煤氣低熱值情況下，烘烤溫度700 ℃以上，滿足生產(chǎn)需求，杜絕了焦?fàn)t煤氣摻混使用；同時降低煤氣用量30%，年節(jié)約轉(zhuǎn)爐煤氣量約1 400 萬m3，降本約350 萬元。

2 CO減排治理

2.1 加熱爐煙氣反吹改造

1700 熱軋線加熱爐采用雙蓄熱燃燒技術(shù)，加熱爐燃燒過程中以固定頻率進行換向，使得換向閥和燃燒器之間形成盲區(qū)[1]，如圖1。盲區(qū)內(nèi)煤氣隨著煙氣排放。

圖1 蓄熱式燃燒原理

改造方案如圖2，在煤煙引風(fēng)機后端的管線上設(shè)置引風(fēng)機，通過快切閥控制，抽取煙氣送至換向閥前的管道上。換向時關(guān)閉煤氣側(cè)閥瓣，打開快切，廢煙氣將煤氣擠壓至爐膛燃燒，全部燃燒后關(guān)閉快切閥，打開煙氣側(cè)閥瓣進行排煙，從而杜絕了煤氣無序排放。

圖2 反吹系統(tǒng)原理圖

改造完成后，煙氣中的CO 含量由2%～5%降至0.4%，年減排CO 約3 萬t；年減排高爐煤氣量約7 500 萬m3，創(chuàng)效約600 萬元。

2.2 高爐爐頂均壓煤氣改氮氣

目前高爐爐頂料罐均壓介質(zhì)常用的有2 種，即氮氣和煤氣，國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵廠均采用煤氣作為均壓介質(zhì)[2]。唐鋼本部高爐采用高爐凈煤氣作為爐頂料罐一次均壓氣源，氮氣為備用二次均壓氣源。

為避免料罐內(nèi)均壓煤氣對空放散，采用低壓氮氣替代凈煤氣對爐頂料罐進行均壓。新增2 個38 m3氮氣罐，與現(xiàn)有30 m3氮氣罐一并供爐頂均壓使用，2 座3 200 m3高爐減少均壓高爐煤氣放散約8 萬m3/天，年減排CO約0.9 萬t。

3 燃氣鍋爐煙氣治理

隨著環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，鍋爐作為重要的污染物排放源，其污染物排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸嚴(yán)格，河北省實施鍋爐煙氣超低排放標(biāo)準(zhǔn)（SO2含量≤35 mg/m3，NOx含量≤50 mg/m3）[3]。燃氣鍋爐污染物排放指標(biāo)較差，遠高于河北省超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

通過調(diào)研分析，鍋爐污染物的類型分為三類：煤氣煙氣中SO2完全由燃料中的SO2、H2S 和有機硫所產(chǎn)生，焦?fàn)t煤氣煙氣中氮氧化物大部分是熱力型氮氧化物，高爐煤氣煙氣中氮氧化物主要是由于燃料中的氮氧化物及含氮化合物產(chǎn)生。針對上述污染物的產(chǎn)生原因及類型，采取低氮燃燒器、低溫?zé)煔饣亓鳌⒄{(diào)整燃燒煤氣比例、羅氏干法脫硫脫硝吸收塔四種治理手段，如圖3。

圖3 污染物產(chǎn)生原因、類型和控制手段

改造前、后鍋爐的工藝流和污染物排放指標(biāo)如圖4，鍋爐煙氣治理效果顯著，SO2和NOx均在超低排放標(biāo)準(zhǔn)以下，達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

圖4 改造前后鍋爐煙氣排放指標(biāo)對比

4 結(jié)語

通過焦?fàn)t煤氣置換、烤包器改造、加熱爐煙氣反吹、高爐爐頂?shù)獨饩鶋焊脑?、鍋爐煙氣治理一系列措施對煤氣系統(tǒng)進行優(yōu)化，經(jīng)濟效益約6 950 萬元/年，CO 減排3.9 萬t/年，燃氣鍋爐煙氣中SO2和NOX含量達到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了煤氣系統(tǒng)的經(jīng)濟、綠色運行。