□ 国产化首台转炉煤气干法电除尘器一次热试成功
-- 2006-07-21 09:42:01
2006年6月20日，在莱钢银前经过3个多月的紧张施工，由我所十一室总包的国产化首台转炉煤气干法电除尘器一次热试成功。

作为世界钢产量第一大国，我国钢产量2005年已超过三亿五千万吨，氧气转炉炼钢是主要的炼钢工艺，约占我国钢产量的80%左右。氧气转炉炼钢在整个吹炼过程中会产生大量的含有CO和粉尘的高温烟气，对其进行净化回收，是环境保护的要求，也是实现负能炼钢的重要保证。转炉煤气除尘目前在国际上主要有两种除尘技术，一种是日本新日铁和川崎公司于60年代联合开发研制成功的湿法（OG法）转炉煤气净化回收技术，另一种是德国鲁奇公司和蒂森钢厂在60年代末联合开发的转炉煤气干法（LT法）净化回收技术。由于转炉煤气湿法净化回收技术操作简单、投资少、周期短等优点，所以国内转炉基本上都采用此项技术。转炉煤气干法净化回收技术与转炉煤气湿法净化回收技术相比，其技术含量高、装备复杂、自动化程度高，更重要的是它具有除尘效率高、节水节电、回收煤气量大、粉尘利用率高、风机寿命长、无二次污染、占地面积小等优点。随着我国社会和经济的发展，对环保和节能提出了更高的要求，因此，在上世纪90年代我国就对转炉煤气干法净化回收技术进行了密切关注，并在上海宝钢首次全套引进了此项技术，此后又将此项技术列为“十五”计划中重点开发推广技术项目。

针对转炉煤气干法净化回收技术我所十一室专门成立了科研小组，在所和室领导的大力支持下，课题组成员团结一致、加班加点、不畏科研难关、勇于创新、敢于开发和改造国外技术，决心开发出一套适合我国国情的国产化设备。于2001年首次大胆的对宝钢全套引进的除尘器进行了成功改造；2004年与德国鲁奇公司合作为莱钢新区上了3套设备；2005年又与德国鲁奇公司合作为包钢上了2套设备。在此基础上，我所于今年成功的为莱钢银前80吨转炉上了一套全部国产化的自主创新设备，投运后各项指标均达到设计要求。与此同时为河北唐山贝氏体钢厂35吨转炉上的另一套全部国产化设备也投入使用，投运后各项指标也均达到设计要求。这是国产化转炉煤气干法净化回收技术在我国中、小型转炉上的首次成功应用，也是全套国产化技术在我国的两个典范工程，这将拉开国产化转炉煤气干法净化回收技术在我国全面推广的序幕。

莱钢120t转炉烟气干法除尘工艺技术
周茂林，沈惟桥，孟宪俭，王玉春
（莱芜钢铁股份有限公司 炼钢厂，山东 莱芜271126）

摘　要：莱钢120t转炉采用干法除尘工艺，该工艺由烟气冷却、净化回收及控制系统组成，其中，烟气净化回收系统由蒸发冷却器、静电除尘器、轴流风机、煤气切换站等组成。除部分主体设备外，蒸发冷喷嘴、静电除尘器高压电气设备、轴流风机及控制系统等关键设备从国外引进。生产实践表明，系统运行稳定，净化后的烟气含尘量仅为6.6mg/m3，运行费用低。
关键词：转炉；干法除尘技术；烟气；含尘量
中图分类号：X757　　 文献标识码：B　　 文章编号：1004-4620（2005）05-0017-03

Dry Dedusting Technology for 120 ton Converter Flue Gas at Laigang
ZHOU Mao-lin, SHEN Wei-qiao, MENG Xian-jian, WANG Yu-chun
（The Steelmaking Plant of Laiwu Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271126, China）

Abstract: The 120 ton converter at Laigang adopts dry dedusting technology for the flue gas cleaning and reclaiming, which is composed of the flue gas cooling, cleaning, reclaiming and the control system, thereinto, the flue gas cleaning and reclaiming system consists of the evaporating cooler, electrostatic cleaner, propeller-type fan and gas changing-over station etc. The key facilities such as the evaporative cooling spray nozzle, high voltage electric equipment for the electrostatic cleaner, the fan and its control system are imported from abroad, with part body exception. The production practices show that the system runs stability, the dust removal efficiency is high, the dust content of the flue gas after cleaning is only 6.6mg /m3 and the running cost is low.
Key words: converter；dry dedusting technology；flue gas；dust content

　　我国现有的转炉煤气净化与回收系统多采用传统的湿法除尘技术（OG法），自动化控制水平低，煤气回收量较低，一般吨钢平均回收热值为8360kJ/m3的煤气70～80m3。净化后的煤气含尘量仍达100mg/m3,出煤气柜后,需进行湿式电除尘,回收系统能耗较大。目前转炉炼钢的吨钢工序能耗为23.6kg标煤。干法除尘技术(LT法)的吨钢煤气回收量为100m3(煤气热值为8360kJ/m3),煤气含尘量10mg/m3,炼钢吨钢工序能耗仅为10kg标煤。因此，转炉烟气干法除尘技术被公认为是今后的发展方向。
　　莱芜钢铁股份有限公司炼钢厂（简称莱钢炼钢厂）从2002年12月至2003年6月，经多方考察论证，确定在大H型钢生产线采用干法除尘技术。2004年2月完成120t转炉干法除尘施工图设计和控制系统的软件编程，2004年6月底建成。整个工程投资约1.2亿元，投产后10天就达到设计能力，并持续稳定地生产至今。

1 干法除尘工艺技术简介

　　莱钢炼钢厂建有3座120t顶底复吹式转炉，年设计产量500万t，三吹三生产，现实际年产量达到300万t，均采用干法除尘技术。工艺范围从烟气进入蒸发冷却器开始到煤气冷却器为止，主要由蒸发冷却器、圆筒静电除尘器、风机、切换站、煤气冷却器等设备组成。静电除尘器、蒸发冷却器本体等LT系统主体设备在国内制造；蒸发冷喷嘴、静电除尘器高压电气设备、ID轴流风机及控制系统、煤气回收切换站等关键设备从德国鲁奇公司引进。
　　工艺流程（见图1）：约1550℃的转炉烟气在ID风机的抽引作用下，经过烟气冷却系统（活动烟罩、热回收装置及汽化冷却烟道）；温度降至800～1200℃进入蒸发冷却器；蒸发冷却器内12个双介质雾化冷却喷嘴，对烟气进行降温、调质、粗除尘，烟气温度降低到150～200℃，同时约有40%的粉尘在蒸发冷却器的作用下被捕获，形成的粗颗粒粉尘通过链式输送机、双板阀进入粗灰料仓由汽车外运。经冷却、粗除尘和调质后的烟气进入有4个电场的圆形静电除尘器，烟气经静电除尘器除尘后含尘量降至10mg/m3以下。静电除尘器收集的细灰，经过扇形刮板器、底部链板输送机和细灰输送装置排到细烟尘仓由汽车外运至烧结厂重复利用。经过静电除尘器精除尘的合格烟气经过煤气冷却器降温到70～80℃后进入煤气柜，不合格烟气通过火炬装置放散。整套系统采用自动控制，与转炉的控制相联系。



图1 120t转炉干法除尘系统流程

　　120t转炉LT工艺技术参数如下：
　　3×120t顶底复吹转炉；平均单炉产钢水量135t；最大烟气量88900m3/h.台；炉气含尘80～150g/m3；蒸发冷却器入口烟气温度850～1200℃；最终煤气含尘量6.6mg/m3；吨钢煤气回收量91.4m3（热值8360kJ/m3）。

2 系统构成及功能

2.1 烟气冷却系统
　　120t转炉烟气冷却系统即余热锅炉为全汽化强制循环和自然循环相结合的冷却系统。强制循环系统分为低压强制循环和中压强制循环，由活动烟罩、除氧器、热水循环泵和循环管路组成低压强制循环系统；由炉口可移动段烟道、汽包、热水循环泵和循环管路组成中压强制循环系统；由固定一段烟道、固定二段烟道、末段烟道、汽包和循环管路组成中压自然循环系统。
　　系统工作流程为：所需软水由厂区管网送至软水箱，由软水泵送至除氧器，除氧水箱的水一路由低压强制循环泵送至活动烟罩进水管，通过活动烟罩后，再经回水管返回除氧器形成低压强制热水循环系统。除氧器的水一路由锅炉给水泵给汽包、蓄热器补水。汽包内的水经下降管分四路分别至可移动段烟道、固定一段烟道、固定二段烟道、末段烟道，汽化冷却烟道吸收烟气的热量，烟道内的水部分汽化形成的汽水混合物经上升管返回汽包。其中，一路下降管水经中压强制循环泵送至可移动段的下降管，通过可移动段后，再经上升管返回汽包，形成中压强制循环系统。为使转炉汽化冷却产生的蒸汽得到充分利用和回收，并使外网不受转炉冶炼周期影响汽源压力波动，设置蓄热器，余热锅炉所产蒸汽经自动控制调节阀调节并入厂区蒸汽外网。

2.2 烟气净化回收系统
2.2.1 蒸发冷却器 转炉冶炼时，对含有大量CO的高温烟气冷却后，才能满足干法除尘系统的运行条件。蒸发冷却器入口的烟气温度为850～1200℃，出口温度约为200℃才能达到静电除尘器的条件。为此，采用12个双流喷嘴调节最佳水量降温。双流喷嘴的水量可根据进入蒸发冷却器内的干燥气体的热含量随时调整。通入的蒸汽使水雾化成细小的水滴，水滴受烟气加热被蒸发，在汽化过程中吸收烟气的热量从而降低烟气温度。
　　蒸发冷却器除了冷却烟气外，还可依靠气流的减速以及进口处水滴对烟尘的润湿将粗颗粒的烟尘分离出去，达到除尘的目的。灰尘聚积在蒸发冷却器底部由链式输送机和双摆阀连续排出。
　　蒸发冷却器还有对烟气进行调节改善的功能，即在降低气体温度的同时提高其露点，改变粉尘比电阻，有利于在静电除尘器中将粉尘分离出来。除了废气冷却和调节以外，占废气中总灰尘含量40%～50%的粗灰也在蒸发冷却器中进行收集。
2.2.2 静电除尘器 静电除尘器放置在炼钢车间的外部，其集尘电极通过除尘器的外壳接地，集尘电极之间形成通道，而要净化的炉气流经这些通道。在集尘电极之间布置高压框架，框架中装有放电极（阴极）并和高压供电系统连接，由绝缘子支撑。在放电极的紧邻区域是极高强度的电压，由于电晕电压排放的结果，导致形成带负电荷的气体离子，在放电电极和集尘电极之间的电场作用下，带负电的气体离子偏移到带正电的集尘电极上。灰尘离子因而受到部分气体离子的作用同样带上负电，自由移向集尘电极。积聚在集尘电极上的细颗粒粉尘通过振打脱尘系统，掉落在静电除尘器底部的粉尘漏斗中。
　　静电除尘器是一个圆桶形的钢板外壳，带有隔热装置，设计有4个独立的电场，平行布置。电场通道间是形成接地的集尘电极和在其间承载所安排的高压排放电极，集尘电极由单个极板组成，极板形状是按照煤气流向串联排列，各个极板都悬挂于一个共用的顶部结构，并由共同底部支撑结构支撑。通过一个引导杆系统，在其下部导向。放电极系统由排列在通道中央的框架组成，放电极夹紧在框架中,框架是通过支撑框和支撑管连接于上部壳体结构上的支撑绝缘子上。绝缘子采用电加热，用氮气进行吹扫,以防止由于粉尘的积聚或者绝缘体壁的冷凝物（水和汽）形成而产生电火花，导致电器击穿。
2.2.3 轴流风机 在LT系统内，气体通过轴流风机流通。这种风机具有效率高、气流为直线型的优点。120t转炉ID风机电机功率为715kW。
2.2.4 切换站 该装置原理上是一个干式运转的阀门站，主要由两个严密密封的具有调节性能的钟型阀组成，负责在火炬和煤气柜之间进行快速切换，以达到回收尽可能多的转炉煤气的目的。另外开关转换必须不会导致烟气压力的突然变化，否则在转炉烟气捕集段将产生干扰性的烟气喘振现象。阀门关闭时必须在转换的终点位置完全密封，为此LT系统的钟型阀配有液压装置，与调节控制装置协同保证在火炬和煤气柜之间阀门快速切换的同时无压力突变现象。
2.3 控制系统
　　LT控制系统共分三个控制回路：蒸发冷却器的温度控制、风机流量控制、切换站气体成分控制。整个控制系统的关键是静电除尘器的控制，其性能特点是：根据吹炼、停吹、振打等三种工作状态，进行火花跟踪控制、间歇供电、反电晕检测、峰值跟踪控制和各种保护功能。按设定好的程序对电压和电流进行调节，以发挥最大的电流效率和确保安全生产。电压的峰值为80000V，均值为50000V。电流峰值为2800mA，均值为2000mA。
　　蒸发冷却器的温度控制根据出入口烟气温度、流量调节喷水量，确保烟气出口温度在控制范围内。烟气在汽化冷却和除尘装置的流量，由流量控制系统确定。烟气流量可通过烟气流量调节器的输出信号控制，这种控制可通过改变风机的转速来实现，使炉口保持微正压。汽化冷却烟道中的静压力是决定烟气流量调节的主要参数，另外对烟气流量调节起作用的影响参数是吹氧量和烟气量，在转炉正常作业中，1台计算机负责处理这三个参量并将此作为修正参量输给风机速度调节控制机构，对于在炼钢过程中进行的加料作业，如矿石或石灰石，或者辅助作业，LT系统的烟气流量调节系统将根据给定的程序做出反应。
　　切换站气体成分控制为在规定的时间内，根据烟气成分分析确定切换站的动作。当烟气中CO含量大于规定值30％，氧气含量小于规定值2％时，回收烟气阀打开。烟道转换所用阀门配有调节元件，流线型通道形状调整膜，便于在烟气切换时系统的压力平衡，防止在转炉口烟气捕集点发生喘振现象。
　　干法除尘系统自动化控制范围是从汽化冷却烟道开始到煤气冷却器结束，设一级基础自动化，与转炉本体、汽包等自动化系统进行联网通讯，组成以太网光纤环网。其自动化控制水平高，具有自适应功能的控制软件，使得干法除尘系统的运行更加符合炼钢工艺的实际变化情况。

3 生产实践

　　2004年7月2日莱钢第一套干法除尘系统投运，第二、三套干法除尘系统相继于2004年8月29日、2005年1月2日投运。系统运行稳定，除尘效率高，运行费用低，至今三套干法除尘系统均已通过了验收。生产实践表明，三套干法除尘系统净化后的烟气含尘量考核值平均在6.6mg/m3；风机使用寿命长，维护工作量小。吨钢用水量约为0.05m3，是湿式系统的1/5左右，整个系统没有污水外排，利于环保。干法除尘系统阻力约为7500Pa，吨钢耗电量为3.05kW.h，较湿式系统吨钢节电3.72kW.h。系统自动化程度高，煤气回收时切换速度快，吨钢可回收热值8360kJ/m3煤气91.4m3。同时，由于粉尘含量低，煤气质量高，为煤气并网带来了延伸效益，可以省去并网前的精除尘和消除对管网的伤害。
　　莱钢大型H型钢120t转炉工程干法除尘系统的设计、施工和生产实践，为中小型钢铁企业转炉煤气净化与回收系统的建设和提高技术装备水平开创了一条切实可行的新途径。


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转炉干法除尘系统是转炉除尘系统的发展方向，是提高能源利用率，节水、节电、节能的好项目，是国家的推广方向，今将收集到的一些文章转述于此，供大家共同学习。抛砖引玉，希望各位能够积极在此发表高见，共同学习，共同提高。为我国的节能环保事业作出贡献。

2006年8月4日，包钢二炼钢第二台210t转炉除尘投入使用，这标志着包钢2×210t转炉干法除尘改造工程顺利完成。本次改造采用奥钢联LT转炉干法除尘工艺，这种工艺在实现灰尘收集循环利用、煤气回收的同时，还具有高效、节能等特点，能将灰尘排放量控制在10mg/Nm3内，除尘效率达99％，具有良好的经济效益和社会效益。中冶东方、包头院通风室在与奥钢联合作过程中，将其技术进行消化吸收，为今后工程应用奠定了良好的技术基础。

PLC在莱钢120吨转炉烟气干法除尘控制系统中的应用


1 引言
为适应转炉炼钢生产的不断发展和环保要求，继宝钢之后，莱钢3×120t转炉煤气净化和回收系统引进了德国鲁奇与蒂森两公司合作开发的干法除尘技术，简称LT法，并首次在国内进行了LT控制系统的开发和设计。LT系统主要由烟气冷却系统、净化系统、煤气回收和放散系统组成。控制系统采用了西门子S7-400系列的PLC，对蒸发冷却器、电除尘器及阀门等工艺生产线设备实现过程检测、监视、调节和控制。
2 工艺控制过程简述
转炉烟经汽化冷却烟道冷却后,温度为800~1000℃进入蒸发冷却器，根据烟气含热量精确控制喷水量，使蒸汽将水完全雾化后冷却烟气降至200℃左右，约有45%的粗粉尘沉降并通过链式输灰机、灰斗等装置送至灰仓;冷却后的烟气进入圆筒型电除尘器，电除尘器设四个电场，采用高压直流脉冲电源，根据系统运行的不同阶段控制电压，收集剩余的细粉尘，使经过电除尘器的烟气含尘量在10mg/Nm3以下;为适应转炉烟气的变化，轴流风机设变频调速，实现流量调节，并根据气体分析仪检测的CO浓度来控制切换站将煤气送至烟囱或煤气柜，实现放散或回收的快速切换。
3 自动化控制系统的构成
LT自动化控制范围是从汽化冷却烟道开始到煤气冷却器结束，设一级基础自动化，与转炉本体、汽包等自动化系统进行联网通讯，组成以太网光纤环网，通过服务器实现PLC与上位机之间的数据传输、存储和报警等功能。PLC由CPU、存储单元、电源模块、通讯模块、I/O模块、高速计数模块等组成，根据LT设备分散的特点，其自动化硬件系统构建更加灵活合理，上位机放在转炉主控室内，PLC按设备分布区域划分为主站和从站，从站为主PLC的远程扩展单元，通过IM460-4和IM461-4接口模块进行通讯,其中主站PLC柜与MCC、变频器及电除尘器的高压硅整流电源控制装置均放置在干法除尘配电室内;而从站则设在转炉主控楼的PLC控制室，主要是控制蒸发冷却器和相应的输排灰等转炉车间内的LT设备。
4 系统的控制功能和特点
PLC系统为西门子S7-400系列可编程控制器，主CPU为S7-416-2DP，采用功能强大的STEP7
5.2软件包进行软件开发，以实现计算机对干法除尘系统的在线检测、控制、调节和诊断功能;监控机采用WINCC
6.0组态软件，用于编制生产过程流程图，显示设备运行状态，对烟气量、炉口压力、蒸发冷却器入口及出口温度等重要工艺参数作实时和历史趋势，故障报警，报表打印，进行数据设定和操作显示等，完成人机对话。
4.1 蒸发冷却器的喷水控制
当蒸发冷却器入口温度达到预定温度时,供水阀打开,双介质喷嘴同时喷出蒸汽和水,使水在排出时被雾化，所需要的喷水速度是由要在蒸发冷却器中降低的转炉烟气热含量来决定的，因此使用单位时间从热输入推算出来的水流量作为设定值，将实际喷水量作为控制器的输入进行比例控制，通过快速气动调节阀自动调节水流量，其喷水响应时间在4s左右;另外，考虑炉气的比热随着炉气成分和温度而变化的因素，针对蒸发冷却器出口温度设置一个温度控制回路，其输出信号用来改变单位时间的喷水量和计算的水流量之间的比例关系，对上一个比例控制器起到前馈控制的作用，使蒸发冷却器的出口温度控制在设定温度范围内。
4.2 转炉的烟气流量控制
为了适应炼钢工艺，将炼钢过程分为不吹氧、预热、开始吹氧、吹氧、吹氧结束、炉口清理等六个阶段，分别设定各阶段由轴流风机的变频器控制的烟气流量，根据该设定值和炉口压力来实现转炉烟气流量的控制。
将吹氧量与炉口压力控制器的输出信号相乘所得到的值，加到各阶段烟气流量设定的串级比例控制器上。如果吹氧速度发生变化，这种比例控制能够通过炉口压力控制器的输出信号，确保烟气的流速在相同的比例上立即得到适应。
炉况的变化以及炉气温度等所导致的余热锅炉中的压力变化通过压力控制器对吹氧速度和烟气流量之间的比例关系加以修正来进行补偿。测量的烟气流量根据标准的条件进行压力和温度校正。此外，将喷入蒸发冷却器的水蒸汽含量从校正后的烟气流量中扣除，使得受控变量能够代表标准条件下干态的烟气流量。
烟气流量控制器的输出信号经过变频器控制轴流风机的转速。
4.3 切换站的压差控制和钟形阀的位置控制
在炼钢过程中，烟气放散或回收是由CO的浓度条件来触发切换的，通过切换站的两个分别通往煤气柜和烟囱的钟形阀的开启来实现控制。
在放散转回收之前，首先通过烟囱钟形阀对风机下游的压力进行憋压，直到高于煤气柜一定的压力才能进行回收操作;当回收切换至放散时，也必须保持一个小的正压，以防止煤气从煤气柜倒流，因此针对这两种不同的切换方式，在程序中也必须由具有两个不同设定值的差压控制回路来控制切换过程，该控制器的输出信号控制烟囱钟形阀的开度调节，使煤气柜钟形阀前后的压差达到相应的设定值，从而保证煤气在正常切换或紧急快速切换过程中均能实现无压力扰动切换。LT系统的烟气切换所需时间仅为8秒，如在作业过程中发生事故，烟气流可在3秒内被迅速地从通往煤气柜切换到通往火炬的通道里。
5 结束语
莱钢3×120t转炉烟气干法除尘系统已于2004年七月运行投产，目前运行效果良好。与传统的湿式OG法相比，LT系统采用了先进的工艺和控制技术，在各种性能指标的对比上均有着明显的优势，干法系统较湿法省水省电，节省运行费用和多回收的煤气效益之和为1060万元，另外，干法除尘的外排粉尘含量6.6mg/Nm3，湿法除尘的外排粉尘含量100mg/Nm3，经济效益和环保效益均十分显著。
优化简洁的系统配置，具有自适应功能的控制软件，使得干法除尘系统的运行更加符合炼钢工艺的实际变化情况，充分发挥其除尘效率高、综合运行费用低、能源回收利用率高等优势，干法除尘可以部分或全部补偿转炉炼钢过程中的能耗，有望实现转炉低能炼钢或负能炼钢的目标，已成为今后的发展方向，将逐步在炼钢生产中得到应用和推广。

宝钢集团有限公司2005年度申请联合招收博士后研究项目
序号24
项目名称转炉煤气干法除尘（LT法）技术国产化研究及应用
项目概况宝钢二炼钢两台250T转炉的煤气净化系统是我国唯一全套引进的德国“LT”电除尘技术。实践证明该项技术能够解决和取代以往其它除尘方式中所存在的系列问题，是目前全球一流的除尘技术，研究并推广拥有自主知识产权的适合国情的转炉干式除尘技术显得尤为重要。项目研究主要内容：气化冷却系统、蒸发冷却器、系统控制、粉尘处理、煤气回收、电除尘器及其高压供电装置。
对引进博士后的要求作为“LT”电除尘技术国产化研究和开发的学术带头人，从事“LT”电除尘引进设备的转化工作，重点是全面系统的掌握几大关键技术（如：烟气温度控制、水滴雾化方法与其特性、转炉的工艺控制、整个系统各部数学模型建立、电除尘设计参数与烟尘性质之间关系定量研究、电除尘系统的供电系统研究、自动化和防爆系统等），指导课题的研究和各类试验。
提出单位 宝钢检修

转炉负能炼钢与煤气回收技术

时间：2006-5-5

论述转炉实现负能炼钢的基本原理及可能性,宝钢在l989年炼钢工序能耗标煤达到-1.05kg/t;对负能炼钢的技术途径进行了分析,提出要实现负能炼钢必须回收利用转炉煤气;还对我国转炉煤气回收技术的现状及节能的巨大潜力作了综述。 1转炉炼钢工序能耗实现负值——负能炼钢 在转炉内,把铁水炼成钢的过程,主要是降碳、升温、脱磷、脱硫以及脱氧和合金化等高温物理化学反应过程,其工艺操作是控制供氧、造渣、温度及加入合金料等,以获得所要求的钢液并浇铸成钢锭或连铸坯。氧气顶吹转炉炼钢法的特点之一是不需要外来热源,根据物料和热平衡计算:以铁水的物理热和化学热为主要热收入,抵消金属和炉渣的含热量以及各项热损失外,还有剩余热量。因此常将废钢、铁矿石和石灰石等作为冷却剂加入炉内以平衡热量防止炉温过高。 1.1炼钢过程的能量消耗 炼钢过程需要有足够的能量输入才能完成,通常要消耗电力、氧气、燃气、惰性气体、虚缩空气以及水、蒸汽等。以宝钢一期工程为例,详见表1。 1.2炼钢过程能量的释放 在吹炼过程中,碳氧反应是冶炼过程始终存在的一个重要反应,反应的生成物主要是C0气体(浓度约为85%~90%),但也有少量碳与氧直接作用生成CO2,其化学反应式为 2C+O2→2CO↑ 2C+2O2→2CO2↑ 2CO+O2→2CO2↑ 在冶炼过程中炉内处于高温,碳氧反应形成的CO气体也称转炉煤气,温度约在1600℃。此时高温转炉煤气的能量约为1GJ/t,其中煤气显热能约占1/5,其余4/5为潜能(燃烧时转化为热能,不燃烧时为化学能),这就是转炉冶炼过程中释放出的主要能量。因此,转炉煤气回收利用是炼钢节能降耗的重要途径。氧气顶吹转炉炼钢过程自台量平衡见图1。 1.3炼钢工序能耗实现负值分析 炼钢工序能耗是按生产出每吨合格产品(钢锭或连铸坯)所用的各种能量之和扣除相应回收的能量(标煤)进行计算的。 消耗能量>回收能量时,耗能为正值 消耗能量-回收能量=0时(称“零”能炼钢) 消耗能量<回收能量时,耗能为负值(称“负”能炼钢) 1.4实现负能炼钢是可能的 转炉炼钢过程中释放出的能量是以高温煤气为载体,若以热能加以度量分析,具体表现为潜热占83.6%,显热占16.4%,详见图3。显然,煤气所拥有的能量占总热量中的绝大部分。从图2中也可看出回收煤气对降低炼钢工序能耗所起的作用。因此,要做到负能炼钢必须回收煤气,而且应尽可能提高回收煤气的数量和质量。 宝钢一期工程工序能耗计算的回收部分见表2。宝钢一期设计年产钢水318万t,铸成锭为312万t,铁钢比为1,结合表1、表2,宝钢一期工序能耗设计值为 (8.790-6.822)÷312=6kg/t 1988年宝钢炼钢实际工序能耗为3.26kg/t,其能源消耗和回收部分各项所占比例如图2。 宝钢于1989年科学地应用了目标管理以及劳动技能提高等措施,吨钢能耗下降4.31kg,使转炉工序能耗达到-1.05kg/t,见表3,实现了负能炼钢,跨入了世界先进炼钢技术行列。 1.5实现转炉负能炼钢必须回收煤气 1.6实现负能炼钢的主要技术途径 (1)采用新技术系统集成,提高煤气回收的质量与数量; (2)采用交流变频调速新技术,降低炼钢工序大功率电机的电力消耗; (3)改进炼钢(包括连铸等)操作水平,降低物料、燃料消耗; (4)提高管理水平及人员素质,保证安全、正常、稳定生产。 2国内转炉煤气回收技术现状及其节能巨大潜力 2.1转炉煤气净化回收主要代表流程 我国于1966年在上钢一厂30t转炉上首先实现了煤气回收,是湿法流程,简称OG法,主要采用两级文丘里型煤气除尘器,贮气为湿式煤气柜,至今我国已回收煤气的企业均为湿法流程(图4)。此流程基建技资较低,操作运行简单、安全,但运行费用相对较高,要附设除尘污水处理设施。 另一种干法流程,简称LT法(图5),为宝钢三期250t转炉引进奥钢联技术建设的煤气回收装置。转炉煤气净化采用干式静电除尘器,贮气为干式煤气柜。此流程基本建设投资较高,运行费用较低,操作较为复杂,没有污水处理设施,将与宝钢250t转炉同时投产。 2.2我国转炉煤气回收技术水平与国外先进水平的比较(见表5~6) 1986年上钢三厂三座30t转炉采用较为完善的国产成套煤气回收技术设备,主要包括:①线性矩形可调喉口文丘里除尘器;②可调喉口液压伺服装置;③炉口微差压自动调节系统;④快速三通切换阀;⑤大管径文丘里型煤气流量计;⑥煤气回收自动控制装置；⑦煤气成分自动分析装置。 2.3回收煤气的节能潜力巨大 自1966年我国开始回收转炉煤气以来,经历了30年,到1996年已有20个企业回收了煤气(表4),占应回收煤气企业的51%。全行业转炉煤气回收利用率平均为51%,重点钢铁企业为70%,中小骨干企业仅为6%。如果目前还没有回收煤气的19个企业尽快增添回收设施,采用新技术装备,初期回收先按中等水平要求,即每吨钢回收65m3,煤气热值为1800×4.18kJ/m3,每年回收的煤气折合标煤可达34万t。已做到低水平回收的17个企业,用新技术进行技术改造,把回收水平提高到较高水平,即每吨钢回收70m3,煤气热值为1950×4.18kJ/m3,则每年多回收的煤气折合标煤可达16万t。上述二者之和,将达到每年回收能量约40万t,上述36个企业转炉炼钢工序能耗(标煤)将平均下降9.2kg/t,节能潜力是巨大的。 转炉负能炼钢是先进炼钢技术的重要标志之一,是炼钢工艺、装备、操作以及管理诸方面先进水平的综合体现,也是节能降耗、降低生产成本、提高企业竞争力的主要技术措施。实现负能炼钢也是一项艰难的科技攻关系统工程,需要将许多先进技术集成、配套,尤其离不开企业现代化的科学管理和生产,必须千方百计提高转炉煤气回收的数量与质量。

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冶金工业可燃气体的回收与利用----清洁的二次能源
冶金工业是耗能大户，主要消耗的是煤，燃煤量占全国煤炭消耗量的10%。煤既是一种重要的原材料(在高炉炼铁时作为还原剂的焦炭是由煤生产的)，又是不可缺少的能源。因此，充分利用煤在冶金工艺中产生的副产品---焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气和铁合金炉煤气等可燃气体是冶金工业节能降耗的一个重大措施。这些可燃气体回收后可作为焦炉、热风炉和加热炉的燃料，多余的部分还可以被输送到电厂发电。可以说，这些副产煤气是一种清洁的二次能源。
据统计，我国钢铁工业可燃气体的回收利用率(2000年)：焦炉煤气为98%、高炉煤气为91.73%、转炉煤气为40.68%、铁合金炉为45.20%。国外先进国家已接近100%，这些差距意味着我国冶金工业蕴藏着巨大的资源和能源潜力。因此，我国在“十五”钢铁工业综合利用的目标中：转炉煤气回收达到70Nm3/t钢，高炉煤气放散率在3%以下。
转炉煤气
采用氧气顶吹转炉把铁水炼成钢的过程中，碳氧反应形成的CO气体亦称转炉煤气，温度约1600℃，浓度约为85%~90%。此时高温煤气的能量约为1GJ/t，其中煤气显热能约占1/5，其余4/5为潜能(燃烧时转化为热能，不燃烧时为化学能)。这就是转炉冶炼过程中释放出的主要能量。因此，转炉煤气回收利用是炼钢节能降耗的重要途径。
据不完全统计，我国目前已投产的转炉达140余座，全国15t以上(含15t)转炉炼钢厂有36家，102座转炉，其钢产量占全国钢产量的2/3左右。若按每吨钢可回收60Nm3煤气计，全年可回收40多亿立方米，每立方米煤气热值为7527kj以上，折100万吨标煤，相当吨钢降能耗16kg标煤。我国平均转炉炼钢工序能耗30kg左右标煤，回收转炉煤气最低可节能50%。所以，回收利用的前景很好。
目前世界上对转炉煤气有效的回收方法有二种：一种是1962年日本首先使用的以双级文氏管为主流程的煤气回收系统，称OG法。此法基建投资较低，运行安全可靠，目前世界上90%以上的转炉都采用此法。但此法的运行费用相对较高，要附设除尘污水处理设施。目前，我国主要采用此法。另一种为1969年由德国采用干式静电除尘器处理回收煤气法，称L-T法。此法是采用干法冷却、净化和回收转炉煤气并包括回收含铁粉尘供转炉炼钢。此法设备简单、运行费用低、不需要污水处理设施，投资回收期短，目前世界上已有40余座转炉在使用此法。但一次投资比OG法高10%，适合于大型转炉的煤气回收。
我国转炉煤气回收始于60年代初期，但直到1985年回收率才达到10%，煤气回收的数量和质量以及技术装备水平上都相差较远，有些回收装置完全由人工进行操作控制，很不安全。
1985年宝钢一期投产引进先进的OG法转炉煤气回收技术和装备，吨钢转炉煤气回收达90Nm3以上，每立方米煤气热值在8364kJ(2000大卡)以上，进入世界先进行列，随后不到三年时间就实现负能炼钢。紧接着三期工程中，又引进了LT法，使宝钢转炉煤气回收大于100Nm3/t钢。宝钢的投产推动和提高了我国转炉煤气回收利用水平，缩短了我国同世界先进国家的差距。
随着吸收、消化并推广宝钢OG法，很快在本钢、首钢、鞍钢等30余座转炉上应用，使我国转炉煤气回收率由1985年的10%提高到50%左右。但是，自1990年以来虽然转炉钢产量由4000万吨增加到7000多万吨，但回收煤气的厂家和炉子座数进展很慢，回收率一直徘徊不前。
影响转炉煤气回收的原因不是技术问题，主要原因是认识不足。我国目前大多数30t以上的转炉实现了煤气回收，例如宝钢、首钢、本钢、唐钢、酒钢、济钢等十几家大、中型钢厂都达到100%回收，在技术和管理上都取得很多经验可供学习借鉴。只要提高认识，把回收利用转炉煤气纳入企业节能降耗的一部分，就会逐渐提高回收率，实现十五目标。这对企业降成本、增效益、提高产品的市场竞争力有很大帮助。
高炉煤气
高炉煤气是冶金系统一种重要的二次能源，占钢铁联合企业总能耗的18%~20%。高炉煤气的主要成份为N2和CO，其中可燃成份CO约占20—25%，与其它动力燃料相比是一种低热值燃料，可利用程度小，冶金企业普遍存在放散问题。经过三十几年的研究开发，目前，高炉煤气已成功地用于热风炉、焦炉、蓄热式加热炉和中、低压锅炉。利用率已达90%以上。
过去多采用与焦炉煤气、转炉煤气混用的加热炉可以采用单一的低热值高炉煤气作燃料，提高了利用率。近年来高炉煤气用于发电成为现实。现有自备电站烧煤粉锅炉在掺烧高炉煤气的基础上又开发了全烧高炉煤气的电站锅炉，其代表性模式有：宝钢专烧高炉煤气的燃气－蒸汽联合循环(CCPP)150MW热电联产机组和首钢全烧高炉煤气电站锅炉(220t/h)。实现了低品质能源向高品质能源的转化，很具推广价值。

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“当前国家钢铁行业当前首要推广“三干一电”（高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘、干熄焦和高炉煤气余压发电）节能技术，干法除尘位于技改之首，实践证明，采用全干法除尘技术后，与传统湿法除尘技术相比， 节约投资近35％，吨铁节约循环水7—9立方米，节电60％—70％，新增发电30％，同时杜绝了大量有毒污水、污泥的产生。此技术对我国钢铁工业可持续发展和提高竞争力具有重要意义。”