實現(xiàn)高爐煤氣零放散的措施

摘 要

摘要：分析了高爐煤氣生產(chǎn)、使用以及其他氣源對高爐煤氣放散率的影響，探討了高爐煤氣放散率的控制措施。關(guān)鍵詞：高爐煤氣；放散率；零放散；控制措施Measures for Achieving Zero Emis
摘要：分析了高爐煤氣生產(chǎn)、使用以及其他氣源對高爐煤氣放散率的影響，探討了高爐煤氣放散率的控制措施。
關(guān)鍵詞：高爐煤氣；放散率；零放散；控制措施
Measures for Achieving Zero Emission of Blast Furnace Gas
YANG Huafeng
Abstract：The production and use of blast furnace gas as well as the influence of other gas sources on the emission rate of blast furnace gas are analyzed.The control measures of the emission rate of blast furnace gas are discussed.
Key words：blast furnace gas；emission rate；zero emission；control measures
1 概述
   山西太原(鋼鐵)集團有限公司(以下簡稱太鋼)作為國內(nèi)為數(shù)不多的城市鋼鐵企業(yè)，正在全面建設(shè)“城市化綠色工廠”，實現(xiàn)企業(yè)與城市和諧發(fā)展。公司以低碳經(jīng)濟作為轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的重大機遇，積極探索科學方法以回收利用副產(chǎn)高爐煤氣[1]，節(jié)能減排，保護環(huán)境，成效顯著。高爐煤氣放散率由2008年的4.10%降到2010年的0.31%，累計節(jié)能約1250TJ。2011年第一季度放散率降到0.1%，公司向?qū)崿F(xiàn)高爐煤氣“零放散”目標邁出了關(guān)鍵的一步。
   要科學合理控制高爐煤氣放散率，實現(xiàn)“零放散”目標，必須客觀分析影響高爐煤氣生產(chǎn)、輸配和使用的各種因素，針對問題制定措施，才能持續(xù)穩(wěn)定地控制放散量，降低放散率。
2 高爐煤氣放散率的影響因素
2.1 高爐煤氣生產(chǎn)情況
    科學分析高爐煤氣與高爐生產(chǎn)的關(guān)系，明確高爐生產(chǎn)調(diào)整和異常對放散的影響程度，是有效控制放散率的前提。
   ① 高爐生產(chǎn)調(diào)整
   高爐煤氣是高爐冶煉生產(chǎn)過程的副產(chǎn)品，其發(fā)生量與高爐系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況密切相關(guān)。目前公司有容積分別為1800、1650和4350m3的高爐3座(編號分別為3#、4#和5#)，其2010年的高爐煤氣發(fā)生量見表1。高爐煤氣總發(fā)生量為(109～136)×104m3/h，波動率為-9.9%～12.4%(以平均值為基準)。因為高爐煤氣的生產(chǎn)波動率遠高于放散率指標(2010年放散率指標為0.31%)，所以高爐系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況對放散率影響很大。
表1 2010年的高爐煤氣發(fā)生量   m3/h
高爐
最大值
最小值
平均值
3#
34×104
27×104
30×104
4#
28×104
23×104
25×104
5#
74×104
59×104
66×104
總計
136×104
109×104
121×104
   ② 高爐運行異常
   當高爐突然減風或休風時，高爐煤氣的發(fā)生量急劇下降，對放散率影響很大。高爐突然休風或減風時，為保證高爐煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)安全、壓力穩(wěn)定，需要及時降低高爐煤氣緩沖用戶的用氣量或降低主要混合煤氣用戶的高爐煤氣配比量，此時易發(fā)生高爐煤氣管網(wǎng)壓力波動導致的放散率無法控制，發(fā)生放散超標現(xiàn)象。
2.2 高爐煤氣用戶的使用情況
    明確高爐煤氣的生產(chǎn)情況以后，充分合理地使用高爐煤氣、減少排放量是放散率控制的關(guān)鍵。將高爐煤氣主要用戶劃分為3類：熱風爐用戶、焦爐用戶和混合煤氣用戶，從熱風爐、焦爐和混合煤氣用戶這3方面分析影響高爐煤氣放散率的因素。
   ① 熱風爐切換
   高爐運行工況不同，其相應(yīng)的熱風爐運行工況也不同。2010年3座高爐熱風爐的高爐煤氣消耗量見表2。由表2可知，熱風爐的高爐煤氣消耗量范圍為(41～52)×104m3/h，波動值約占高爐煤氣總發(fā)生量的9.1%(以總發(fā)生量平均值為基準)。
表2 2010年3座高爐熱風爐的高爐煤氣消耗量 m3/h
熱風爐
最大值
最小值
平均值
3#高爐熱風爐
11×104
9×104
10×104
4#高爐熱風爐
13×104
10×104
11×104
5#高爐熱風爐
28×104
22×104
25×104
合計
52×104
41×104
46×104
   ② 焦爐用氣換向加熱
   目前公司有7.63m的焦爐兩座，單爐的高爐煤氣最大消耗量約為24×104m3/h(根據(jù)情況加配焦爐煤氣流量0.3×104～0.7××104m3/h)。焦爐以高爐煤氣、焦爐煤氣混合煤氣加熱20min，換向1 min，換向期間停止加熱。換向期間高爐煤氣過剩0.4×104～0.8×104m3(即24×104～48×104m3/h)，占高爐煤氣總發(fā)生量的20%～40%，導致高爐煤氣管網(wǎng)壓力上升，放散量增大。
   ③ 混合煤氣用戶異常
   混合煤氣(由高爐煤氣和焦爐煤氣組成)用戶檢修作業(yè)時高爐煤氣的用量減少見表3?；旌厦簹庥脩魴z修作業(yè)導致高爐煤氣最大過剩量為8.0×104m3/h，占高爐煤氣總發(fā)生量的6.6%。
    綜上所述，熱風爐切換、焦爐換向和混合煤氣用戶異常對高爐煤氣的最大影響程度分別是9.1%、40%、6.6%，其值遠高于放散率控制指標。
表3 混合煤氣用戶檢修作業(yè)時高爐煤氣的用量減少
用戶
作業(yè)
時間
頻次
高爐煤氣用量減少值/(m3·h-1)
熱連軋廠
2250熱連軋
精軋機換輥
40min
每8h 1次
1.0×104
2250熱連軋
精軋機定檢
8h
每周1次
2.0×104
1549熱連軋
精軋機換輥
40min
每8h 1次
1.0×104
1549熱連軋
精軋機定檢
8h
每周1次
4.5×104
不銹熱軋廠
檢修
不定
不定
1.0×104
不銹線材廠
檢修
不定
不定
0.2×104
不銹冷軋廠混線車間
檢修
不定
不定
0.3×104
2.3 其他氣源的間接影響
    公司自產(chǎn)煤氣有高爐煤氣、焦爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣，焦爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的熱值均高于高爐煤氣。當焦爐煤氣用戶或轉(zhuǎn)爐煤氣用戶的生產(chǎn)波動導致焦爐煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣過剩時，混合煤氣用戶將優(yōu)先使用高熱值的煤氣，增加其消耗比例，同時減少高爐煤氣的消耗比例，間接導致高爐煤氣過剩。
2.4 影響因素的綜合分析
    實際生產(chǎn)運行過程中，高爐生產(chǎn)負荷調(diào)整、熱風爐切換和焦爐換向分別導致的高爐煤氣過剩高峰的重疊概率很小，同時高爐煤氣用戶(包括常用用戶和緩沖用戶)消耗煤氣且使用儲氣罐調(diào)壓儲氣，供需基本平衡，月放散率控制在指標范圍內(nèi)，但日放散率波動，存在超標現(xiàn)象。當放散超標期間高爐運行基本平穩(wěn)、熱風爐正常切換、焦爐正常換向時，放散超標的主要原因來自用戶和鍋爐。如熱連軋廠、超細粉車間等突發(fā)故障和檢修，高爐煤氣消耗量下降，發(fā)電鍋爐不能立即啟動以消耗過剩的高爐煤氣；發(fā)電鍋爐日常運行能力不足，導致高爐煤氣放散調(diào)控能力下降。2010年7—12月鍋爐和用戶因素對高爐煤氣日放散率超標的影響程度見表4?？傮w看來，在影響程度中，鍋爐因素約占70%，用戶因素約占30%。
表4 2010年7—12月鍋爐和用戶因素對高爐煤氣日放散率超標的影響程度
影響因素
7月
8月
9月
10月
11月
12月
鍋爐
82%
93%
56%
93%
50%
30%
用戶
18%
7%
44%
7%
50%
70%
3 高爐煤氣放散率的控制措施
3.1 通過輸配平衡方式宏觀調(diào)控過剩煤氣量
   高爐煤氣輸配平衡對放散率控制起關(guān)鍵作用。燃氣調(diào)度隨時進行高爐煤氣的輸配平衡分析，明確高爐煤氣的生產(chǎn)與使用情況(見表5)，根據(jù)高爐煤氣量的變化，及時制定措施控制放散量，避免過剩煤氣量大幅波動。對于高爐煤氣的供給，制定的措施為：首先保證常用用戶的生產(chǎn)，其優(yōu)先順序依次為熱風爐用戶、焦爐用戶、混合煤氣用戶。如果高爐煤氣常用用戶生產(chǎn)異常導致煤氣過剩量增加，短期內(nèi)可通過儲氣罐調(diào)節(jié)。如果儲氣罐無法調(diào)節(jié)過剩量對管網(wǎng)壓力的影響，調(diào)度及時通知緩沖用戶啟動設(shè)備(煤氣鍋爐、超細粉生產(chǎn)設(shè)備)，正常情況下緩沖用戶能使用的高爐煤氣量大于過剩量，可實現(xiàn)放散量為零。如果緩沖用戶仍無法消耗過剩煤氣，最后可采取放散燃燒排空來調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力。
表5 高爐煤氣的生產(chǎn)與使用平衡
生產(chǎn)與使用
最大值/(m3·h-1)
最小值/(m3·h-1)
平均值/(m3·h-1)
高爐煤氣的生產(chǎn)
3#高爐
34.0×104
27.0×104
30.0×104
4#高爐
28.0×104
23.0×104
25.0×104
5#高爐
74.0×104
59.0×104
66.0×104
總計
136.0×104
109.0×104
121.0×104
常用用戶的高爐煤氣消耗
3#高爐熱風爐
11.0×104
9.0×104
10.0×104
4#高爐熱風爐
13.0×104
10.O×104
11.0×104
5#高爐熱風爐
28. ×104
22.0×104
25.0×104
焦化廠
24.0×104
18.5×104
20.0×104
熱連軋廠
9.0×104
3.2×104
4.5×104
軋鋼廠
3.0×104
0.4×104
1.0×104
不銹冷軋廠
0.7×104
0.1×104
0.2×104
型材廠
0.7×104
0.2×104
0.5×104
總計
89.4×104
63.3×104
72.1×104
過剩量
46.6×104
45.7×104
48.9×104
緩沖用戶高爐煤氣消耗
燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電
12.0×104
12.0×104
12.0×104
鍋爐
38.0×104
38.0×104
38.0×104
超細粉車間
3.3×104
0.0×104
1.6×104
高爐煤氣消耗能力富裕量
6.7×104
4.3×104
2.7×104
3.2 通過儲氣罐微調(diào)過剩煤氣量
   根據(jù)高爐煤氣產(chǎn)量及其休風時的煤氣生產(chǎn)波動量、用戶使用煤氣的波動量及高爐休風時用戶煤氣設(shè)備的安全降負荷時間，合理選擇高爐煤氣儲氣罐容積。太鋼根據(jù)自身情況建設(shè)30×104m3的高爐煤氣儲氣罐1座，當煤氣管網(wǎng)壓力短期波動時，首先充分發(fā)揮儲氣罐的微調(diào)功能，避免煤氣放散，調(diào)整煤氣首先供給常用用戶生產(chǎn)。儲氣罐運行壓力為10.0kPa，與低壓高爐煤氣管網(wǎng)運行壓力一致，吞吐量為35×104m3/h。
    正常情況下，儲氣罐保持運行范圍(即系統(tǒng)工藝規(guī)定的安全儲氣運行范圍)為(10～25)×104m3，調(diào)節(jié)熱風爐切換、焦爐換向或混合煤氣用戶短期異常導致的高爐煤氣波動，避免高爐煤氣放散。
    當高爐預(yù)休風前，儲氣罐發(fā)揮儲氣功能，將儲氣量提升至(25～27)×104m3，為休風后短期保證常用用戶生產(chǎn)提供氣源。休風期間，當儲氣量降至10×104m3時，儲氣罐不參與調(diào)整管網(wǎng)壓力，留存6×104m3高爐煤氣作為高爐熱風爐烘爐和高爐煤氣凈化系統(tǒng)倒送煤氣所需，最后保留4×104m3高爐煤氣為極端情況下(高爐煤氣氣源全部停供時)的管網(wǎng)安全提供氣源。
    當高爐突然休風時，儲氣罐利用儲氣調(diào)節(jié)管網(wǎng)壓力，保證系統(tǒng)正常壓力，且保留10×104m3儲氣量。
    當焦爐和混合煤氣用戶運行異常導致高爐煤氣過剩時，首先發(fā)揮儲氣罐的調(diào)壓儲氣功能，短期控制放散量。
3.3 通過緩沖用戶有效利用大量過剩煤氣
    根據(jù)表5的數(shù)據(jù)可知，常用用戶消耗的高爐煤氣量有限，過剩量需要緩沖用戶消耗。緩沖用戶的管理措施為：
    ① 制定過剩煤氣用氣制度：首先供給聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，其次供給超細粉車間，最后供給鍋爐[2]。
    ② 調(diào)整鍋爐檢修周期：鍋爐檢修與5#高爐休風同步進行，因為5#高爐休風期間，供給管網(wǎng)的煤氣量減少約41×104m3/h(去除5#高爐熱風爐的用量)，此值大于鍋爐的高爐煤氣消耗量(38.0×104m3/h)，不會產(chǎn)生過剩高爐煤氣。
3.4 通過提高放散壓力設(shè)定值降低異常放散量
    根據(jù)理論平衡分析可知，當聯(lián)合循環(huán)發(fā)電正常運行、鍋爐正常消耗38×104m3/h、超細粉車間消耗1.6×104m3/h以上時，不存在高爐煤氣的放散，但實際運行時的放散率為0.20%～0.47%。2011年初，相關(guān)技術(shù)人員在對放散塔雙偏調(diào)壓蝶閥進行氣密性檢測時，發(fā)現(xiàn)煤氣漏損量大。之后改裝三偏心蝶閥，閥門漏損量減少，放散自動控制壓力設(shè)定值由11kPa提高至14kPa，為有效控制放散量提供了設(shè)備保障。
3.5 通過加強輸配系統(tǒng)管理保證煤氣正常供給
    來自高爐的煤氣首先經(jīng)過凈化系統(tǒng)除塵、降溫后進入高爐煤氣管網(wǎng)。正常情況下將煤氣供給高爐熱風爐、焦爐(或聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、鍋爐、超細粉車間)，部分進入高爐煤氣儲氣罐，其余經(jīng)加壓機升壓至18.0kPa后送至混合站。在混合站內(nèi)，高爐煤氣與焦爐煤氣按一定比例混合后被送至熱連軋廠(2250和1549生產(chǎn)線)、不銹熱軋廠、不銹線材廠和不銹冷軋廠混線車間。加壓}昆合系統(tǒng)輸配高爐煤氣(6.5～13.5)×104m3/h。如果加壓系統(tǒng)或混合系統(tǒng)運行故障直接影響高爐煤氣的正常輸配，導致低壓高爐煤氣無法送至混合煤氣用戶，那么低壓管網(wǎng)壓力上升，發(fā)生放散。
    目前高爐煤氣加壓站有加壓機4臺(3用1備)，如果2臺以上加壓機同時發(fā)生故障，低壓高爐煤氣無法正常輸送到混合站。混合站發(fā)生故障時，高爐煤氣也無法供給用戶，最終導致加壓機后的壓力過高，加壓機輸送量被迫減少。加壓或混合系統(tǒng)異常時，相關(guān)部門應(yīng)及時組織搶修，及早消除故障，恢復(fù)煤氣正常輸配。
3.6 通過調(diào)度系統(tǒng)及時掌握高爐煤氣相關(guān)信息
    調(diào)度員綜合調(diào)控高爐煤氣系統(tǒng)的生產(chǎn)，及時掌握高爐運行、煤氣輸配設(shè)備運行和用戶生產(chǎn)等信息，根據(jù)生產(chǎn)狀況及時調(diào)配高爐煤氣。
    如果高爐檢修后產(chǎn)量上升，調(diào)度員首先通知儲氣罐恢復(fù)正常罐位，保證正常儲備，隨后通知用戶逐步恢復(fù)生產(chǎn)。當用戶全部恢復(fù)生產(chǎn)后，根據(jù)煤氣過剩情況再通知緩沖用戶增加煤氣用量。
    如果儲氣罐、加壓機、混合站等系統(tǒng)運行異常，調(diào)度員及時通知鍋爐用戶增加用氣量，避免低壓管網(wǎng)壓力過高造成煤氣放散。如果混合煤氣用戶生產(chǎn)短期故障，調(diào)度員將通知調(diào)高儲氣罐儲氣量。如果儲氣罐處于高位，調(diào)度員將通知緩沖用戶增加用氣量，或增開設(shè)備。
4 結(jié)語
    2008年以來，太鋼不斷加強高爐煤氣的平衡管理，不斷完善放散控制措施，不斷提升信息化管理水平，實現(xiàn)高爐煤氣放散率逐年降低，2011年第一季度達到0.1%的水平。利用過剩高爐煤氣發(fā)電，創(chuàng)造經(jīng)濟效益近600×104元/a，節(jié)約煤約3.5×104t/a，減少C02排放量約9.0×104t/a，為公司“零放散”綠色發(fā)展打下基礎(chǔ)。
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[2] 王華鋒，郭明洲，白紅彬.高爐煤氣鍋爐的設(shè)計[J].煤氣與熱力，2008，28(1)：A01-A02.
 
(本文作者：楊華峰 山西太鋼不銹鋼股份有限公司 能源動力總廠 山西太原 030003)