馬士杰

濱州市計(jì)量所，山東濱州 256606

眾所周知，高爐煤氣為煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，但同時(shí)又可在動(dòng)力鍋爐中使用，但因其組分比較復(fù)雜，一直不能得到很好的回收利用，本文在中小容量鍋爐積累的單燒或混燒的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)純高爐煤氣通過高溫高壓動(dòng)力鍋爐燃燒使用進(jìn)行的回收再利用進(jìn)行初步探索，以期起拋磚引玉之效。

1 高爐煤氣的著火熱

人們一提起高爐煤氣，多少有點(diǎn)談虎色變，尤其是不少電站鍋爐，即使按混燒設(shè)計(jì)，仍無法按設(shè)計(jì)比例混燒，例如萊鋼現(xiàn)有數(shù)臺(tái)220t/h煤粉和高爐一起混燒鍋爐至今仍不能將高爐煤氣有效投入。所以這種擔(dān)心不無道理。高爐煤氣的余壓利用也是研究著火熱的一個(gè)關(guān)鍵之處，進(jìn)入煤氣余壓回收裝置之前，要經(jīng)過重力除塵和文丘里管水清洗等有效凈化措施才能夠利用其進(jìn)行發(fā)電或供熱。

根據(jù)某煉鋼集團(tuán)公司實(shí)際生產(chǎn)資料數(shù)據(jù)顯示，其組成比例如表1所示：

CO C02 N2 H2 CH4 QKJ/m3

25.255 19.572 54 1.07 0.1 3341

高爐煤氣著火溫度和煤氣組成及試驗(yàn)條件有關(guān)，高低相差甚大，在此取高值660℃作為計(jì)算用定性溫度。

將高爐煤氣和空氣的混合物加熱至著火溫度Tzh所需要的熱量稱為著火熱，用Qzh（Kcal/m3· h）表示。

Qzh=Bj[（voac）（Tzh-To）+Cm(Tzh-Tm)]

式中Bj-計(jì)算燃料消耗m3/h (Bj=195815m3/h)

vo-理論空氣量

C-空氣比熱Kcal/ m3℃

a-燃燒器過量空氣系數(shù)

To-空氣進(jìn)入爐膛溫度℃

Cm-高爐煤氣比熱Kcal/ m3℃

Tm-高爐煤氣進(jìn)入爐膛溫度℃

根據(jù)上述公式，當(dāng)著火燃料量相當(dāng)于額定出力時(shí)，得出燃料量的百分比為30%左右。

2 高爐煤氣的穩(wěn)定燃燒

因?yàn)槭艿綄?shí)際生產(chǎn)過程中各種因素影響，要想保障穩(wěn)定燃燒，必須使混合氣體的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于著火點(diǎn)，由于高爐煤氣參與燃燒的量很大，使得升溫速度很慢，導(dǎo)致燃燒穩(wěn)定性不好。另外，氣體分子間能夠發(fā)生有效碰撞也是重要條件之一，由于存在大量的二氧化碳和氮?dú)獬煞郑ㄕ嫉娇傮w的70%以上），使得氣體分子間發(fā)生有效碰撞的幾率大打折扣，宏觀上表現(xiàn)為燃燒速度慢，燃燒不穩(wěn)定。

雖然存在以上種種不利因素，但高爐煤氣的穩(wěn)定燃燒并不是不能實(shí)現(xiàn)，目前，儲(chǔ)熱式燃燒技術(shù)是較為理想的一種技術(shù)，它把回收煙氣余熱與高效燃燒及氧化氮減排等技術(shù)有機(jī)結(jié)合，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。該系統(tǒng)由儲(chǔ)熱式燒嘴、換向裝置、管路網(wǎng)絡(luò)、調(diào)節(jié)閥門、強(qiáng)制排煙裝置組成，空氣預(yù)熱溫度可高達(dá)一千度以上，利用該節(jié)能技術(shù)后，噸鋼煤耗可降為120 kgce，節(jié)能效果大于30%。

沾污系數(shù)：爐膛沾污系數(shù)的選取對(duì)于高爐煤氣的回收再利用也非常關(guān)鍵?？紤]到高爐煤氣中含有一定的灰分，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)選取參考范圍為0.6～0.8，是否恰當(dāng)還有待運(yùn)行實(shí)踐驗(yàn)證。

3 預(yù)熱式熱風(fēng)爐技術(shù)

當(dāng)熱風(fēng)爐處于燃燒狀態(tài)時(shí)，冷空氣、冷高爐煤氣經(jīng)過空氣換熱器、煤氣換熱器后被預(yù)熱，進(jìn)入熱風(fēng)爐的燃燒器，在燃燒室內(nèi)混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔獯蟛糠滞ㄟ^熱風(fēng)爐內(nèi)的蓄熱體，將大部分熱量留在蓄熱體后，廢氣排入煙道，通過設(shè)在煙道內(nèi)的空氣、煤氣換熱器后，進(jìn)入煙囪排入大氣。高爐煤氣的理論空氣量為0.636，煤氣量是空氣的1.6倍，煤氣空氣混合均勻加熱到著火溫度所需的著火熱中加熱煤氣的熱量占到60%。所以在條件許可情況下，將煤氣加熱到一定溫度對(duì)提高著火熱效果是至關(guān)重要。

眾所周知，熱管換熱器依靠流體相變來傳遞熱量，傳熱系數(shù)高，還可采用熱流方式達(dá)到最大溫差。使用分體式熱管傳熱，傳熱系數(shù)提高6倍，相應(yīng)的受熱面積減少了六分之五，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊許多，雖然成本增加但后期維護(hù)費(fèi)用低，所以采用該換熱器對(duì)于實(shí)現(xiàn)煤氣再利用及節(jié)能減排的意義重大。

熱風(fēng)爐燃燒用的空氣、煤氣通過空氣換熱器、煤氣換熱器后，將冷空氣、冷煤氣預(yù)熱成熱空氣、熱煤氣后進(jìn)入燃燒器，所以火焰溫度大大提高，熱風(fēng)爐拱頂溫度可達(dá)到1300℃～1350℃，從而使熱風(fēng)爐向高爐送風(fēng)的溫度達(dá)到1200℃以上。

4 計(jì)量方法

目前，國內(nèi)的多相流量計(jì)研制還處于起步階段，所推出的產(chǎn)品樣機(jī)還存在許多問題，還沒有研制出真正的凝析煤氣流量計(jì)。由于煤氣工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域的發(fā)展及推動(dòng)，多相流的在線計(jì)量技術(shù)仍然是當(dāng)前乃至今后一段時(shí)間內(nèi)的研究熱點(diǎn)。凝析煤氣的在線計(jì)量技術(shù)已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注，因此我們采用通過水封后的氣體進(jìn)行加溫處理，發(fā)現(xiàn)提高溫度對(duì)降低氣體濕度的效果非常明顯，并且用于加溫的蒸氣是二級(jí)脫萘的放空余汽，可以回收利用。采用的加溫處理設(shè)施為夾壁管道，同時(shí)采取措施對(duì)前后測量管段進(jìn)行保溫處理，使其始終保持比測量裝置前氣體溫度高5-10℃。

采用的測量設(shè)備主要有：1）渦輪式流量積算儀；2）電容式差壓變送器、電容式壓力變送器 （Ⅲ 型 0.5級(jí)）、溫度變送器（Pt100 4-20mA 0.5級(jí)）；3）在線式孔板閥及標(biāo)準(zhǔn)孔板、測溫儀（Pt100）、（45-95%RH）在線濕度計(jì)。

該測量系統(tǒng)主要由PLC數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、上位機(jī)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)三部分組成。采用A—B公司的功能強(qiáng)大的小型控制器ML1500和組態(tài)軟件平臺(tái)CitectSCADA6.10，使用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)變送器輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣計(jì)算，可以減少由于縮頸以及流體與節(jié)流件的碰撞分離效應(yīng)產(chǎn)生的斷續(xù)通過的現(xiàn)象，使測量值更加平穩(wěn)準(zhǔn)確。

本文提供的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的流量計(jì)量裝置已在有關(guān)使用單位進(jìn)行試運(yùn)行，根據(jù)規(guī)程進(jìn)行檢定，當(dāng)置信概率為90%時(shí)，氣相測量精度為±3%，液相精度為±7%，基本滿足計(jì)量規(guī)程JJG198-1994《差壓式流量計(jì)計(jì)量檢定規(guī)程》要求。

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