李春華

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司能源中心，天津 300301）

轉(zhuǎn)爐煤氣中加臭劑的應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)分析

李春華

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司能源中心，天津 300301）

論述了天津鋼鐵集團(tuán)有限公司在回收利用的轉(zhuǎn)爐煤氣中添加四氫噻吩加臭劑的實(shí)際效果。尤其在行業(yè)沒(méi)有強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的情況下，結(jié)合國(guó)家GB50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的燃?xì)饩哂谐粑兜臉?biāo)準(zhǔn)，針對(duì)全國(guó)行業(yè)中多發(fā)煤氣中毒事故狀況，根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣的特性，闡述了添加臭味劑的必要性。介紹了加臭裝置流程和控制方法，根據(jù)加臭工藝和轉(zhuǎn)爐煤氣回收輸送工藝，分析了加臭點(diǎn)的確定方法。結(jié)合天津鋼鐵集團(tuán)有限公司幾年來(lái)的應(yīng)用效果，對(duì)加臭量的控制及運(yùn)行成本進(jìn)行了可行性的經(jīng)濟(jì)分析。

轉(zhuǎn)爐煤氣 加臭劑 四氫噻吩 控制 經(jīng)濟(jì)分析

1 轉(zhuǎn)爐煤氣概述

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼的過(guò)程中，由于鐵水中碳的氧化產(chǎn)生爐氣，亦稱轉(zhuǎn)爐煤氣，其爐氣量的大小主要取決于吹氧量及鐵水含碳量的多少，因?yàn)闋t內(nèi)溫度約1 600℃，所以碳的氧化物主要是一氧化碳，也是轉(zhuǎn)爐煤氣的主要成分。高溫煤氣的能量約為1 GJ/t，其中煤氣顯熱能約占1/5，其余4/5為潛能（燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化為熱能，不燃燒時(shí)為化學(xué)能），一座100 t的轉(zhuǎn)爐每天可回收的煤氣可達(dá)到40萬(wàn)m3，折100.4 t標(biāo)煤，這些潛能的有效利用成為鋼鐵企業(yè)降低能耗和成本的重要手段，因此，轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用是實(shí)現(xiàn)負(fù)能煉鋼、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

轉(zhuǎn)爐煤氣是無(wú)色、無(wú)臭、有毒的可燃?xì)怏w，易燃、易爆、易中毒，其性質(zhì)如表1所示。

表1 轉(zhuǎn)爐煤氣性質(zhì)

從表1可以看出，轉(zhuǎn)爐煤氣的可燃組分有H2、CO，不燃組分有CO2和N2，助燃組分有O2；從煤氣的爆炸性看，H2、CO均屬于易爆炸物質(zhì)。從煤氣的毒性看，單純窒息性組分有N2、CO2和H2，血液窒息性組分有CO。主要成分一氧化碳含量占到50%以上，由于CO具有多種引起缺氧的作用，其與血紅蛋白（Hb）生成碳氧血紅蛋白（HbCO）的能力要比O2與血紅蛋白（Hb）生成氧合血紅蛋白（HbO2）的能力大200～300倍，阻斷了血液輸氧，是煤氣中毒的罪魁禍?zhǔn)?。所以，煤氣中毒有時(shí)也被稱為CO中毒。另外，煤氣中的CO2和煤氣中的水分產(chǎn)生酸性腐蝕。因而，煤氣的危險(xiǎn)性與各組分的濃度有密切的關(guān)系。有毒組分的濃度越高，煤氣的毒性越大，爆炸性組分的濃度越大，煤氣的爆炸性也越強(qiáng)，轉(zhuǎn)爐煤氣與空氣或氧氣混合到一定比例，遇到明火或高溫就會(huì)發(fā)生爆炸。

2 添加加臭劑的必要性

自20世紀(jì)80年代我國(guó)鋼鐵企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用以來(lái)，隨著技術(shù)裝備和管理水平的不斷提高，回收數(shù)量也在穩(wěn)步增長(zhǎng)，2003—2006年我國(guó)大中型鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣噸鋼回收情況分別為：41、54、55、56 m3，我公司轉(zhuǎn)爐煤氣自2007—2010年回收情況如表2所示。

表2 天津鋼鐵集團(tuán)有限公司轉(zhuǎn)爐煤氣回收狀況表

從表2看出，轉(zhuǎn)爐煤氣的回收利用水平逐年提高，已經(jīng)成為企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能降耗的重中之重，同時(shí)，隨著使用范圍的不斷擴(kuò)大，安全需求相應(yīng)提高。因轉(zhuǎn)爐煤氣含有大量CO，毒性很大，我國(guó)規(guī)定CO最高允許濃度為30 mg/m3（24×10-6），允許作業(yè)時(shí)間如表3所示。

表3 空氣中CO含量下允許時(shí)間

當(dāng)空氣中濃度達(dá)到300×10-6時(shí),周圍人員會(huì)中毒死亡。所以，在儲(chǔ)存、加壓輸送、使用過(guò)程防控泄漏成為煤氣安全的前提。按照GB6222—2005《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》要求，對(duì)于煤氣柜、加壓站、煤氣主控室等固定場(chǎng)所安裝固定式CO報(bào)警器可起到動(dòng)態(tài)監(jiān)控作用，煤氣操作人員利用便攜式CO報(bào)警器進(jìn)行防護(hù)，那么，整個(gè)廠區(qū)的煤氣管網(wǎng)和排水器等設(shè)施發(fā)生泄漏如何發(fā)現(xiàn)，一旦轉(zhuǎn)爐煤氣泄漏，在沒(méi)有儀器的條件下，單憑人體反應(yīng)根本無(wú)從察覺(jué)。在2002-02—2006-01期間全國(guó)發(fā)生有案可查的32起工業(yè)煤氣事故，死亡112人，其中，中毒死亡84人，占總數(shù)的75%。這32起煤氣事故中，死亡3人及以上的有26起，占81%，特大事故1起，占總死亡人數(shù)的11.6%。讓行業(yè)不能忘記的2005年首鋼轉(zhuǎn)爐煤氣管道排水器發(fā)生煤氣泄漏，造成9人中毒死亡，這9人全是非煤氣區(qū)域的無(wú)關(guān)人員。

我國(guó)GB50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，城鎮(zhèn)燃?xì)鈶?yīng)具有可以察覺(jué)的臭味，雖然此規(guī)范不包括工業(yè)煤氣，但是，針對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣極易中毒、易燃易爆的特性，對(duì)于毒性及危害較大的轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行加臭是非常必要的，也是安全利用的前提，加臭后的轉(zhuǎn)爐煤氣一旦泄露，會(huì)給人們警示，可逃離現(xiàn)場(chǎng)和報(bào)警，以保證人身安全。

3 四氫噻吩及加臭等級(jí)

四氫噻吩（簡(jiǎn)稱THT）又稱硫雜環(huán)戊烷、四甲撐硫、硫化伸丁基，它是無(wú)色透明，有揮發(fā)性的無(wú)毒液體，不溶于水，可混溶于乙醇、乙醚、苯、丙酮。

其性質(zhì)為：分子式C4H8S，密度1.0 kg/m3，熔點(diǎn)-96.2℃，沸點(diǎn)119℃，閃點(diǎn)12.8℃。危險(xiǎn)特性：遇高熱、明火及強(qiáng)氧化劑易引起燃燒；具有麻醉作用，對(duì)皮膚有弱刺激性；有害燃燒產(chǎn)物為一氧化碳、二氧化碳、硫化氫、氧化硫。

由于四氫噻吩是飽和雜環(huán)化合物，因此化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易被空氣氧化。其揮發(fā)性較低，具有強(qiáng)烈的惡臭氣味，產(chǎn)生的臭味穩(wěn)定、不易散發(fā)，空氣中存在0.01 ×10-6就能聞到，對(duì)煤氣設(shè)備、運(yùn)輸管道墊片等材質(zhì)沒(méi)有腐蝕性，對(duì)人體嗅覺(jué)不會(huì)產(chǎn)生習(xí)慣鈍化，也不會(huì)引起咳嗽、頭痛、催淚等刺激性反應(yīng)，與傳統(tǒng)的燃?xì)獬粑秳┮伊虼枷啾?，不僅抗氧化能力強(qiáng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，而且燃燒后沒(méi)有環(huán)境污染。因此國(guó)外普遍采用無(wú)毒、易于識(shí)別特點(diǎn)的四氫噻吩作為加臭劑，被用作城市煤氣、天然氣等氣體燃料的泄露警告劑，少量加到氣體燃料中。

我國(guó)GB50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了燃?xì)饩哂谐粑兜臉?biāo)準(zhǔn)，即無(wú)毒燃?xì)庑孤┑娇諝庵?，達(dá)到爆炸下限的20%濃度時(shí)，應(yīng)能察覺(jué)。有毒燃?xì)庑孤┑娇諝庵羞_(dá)到對(duì)人體允許的有害濃度之前，應(yīng)能察覺(jué)。對(duì)于以一氧化碳為有害成分的燃?xì)猓諝庵械囊谎趸己窟_(dá)到0.02%（體積分?jǐn)?shù)）時(shí)，應(yīng)能察覺(jué)。“應(yīng)能察覺(jué)”與空氣中的臭味強(qiáng)度和人的嗅覺(jué)能力有關(guān)。臭味的強(qiáng)度等級(jí)國(guó)際上燃?xì)庑袠I(yè)一般采用sales等級(jí)，是按嗅覺(jué)的下列濃度分級(jí)的：

0級(jí)：沒(méi)有臭味；0.5級(jí)：極微小的臭味（可感點(diǎn)的開(kāi)端）；1級(jí)：弱臭味；2級(jí)：臭味一般，可由一個(gè)身體健康狀況正常且嗅覺(jué)能力一般的人識(shí)別，相當(dāng)于報(bào)警或安全濃度；3級(jí)：臭味強(qiáng)；4級(jí)：臭味非常強(qiáng)；5級(jí)：最強(qiáng)烈的臭味，是感覺(jué)的最高級(jí)限，超過(guò)這一級(jí)，嗅覺(jué)上臭味不再有增強(qiáng)的感覺(jué)。

“應(yīng)能察覺(jué)”的含義是指嗅覺(jué)能力一般的正常人，在空氣-燃?xì)饣旌衔锍粑稄?qiáng)度達(dá)到2級(jí)時(shí)，應(yīng)能察覺(jué)空氣中存在燃?xì)狻?/p>

據(jù)國(guó)外資料介紹，空氣中的四氫噻吩（THT）為0.08 mg/m3時(shí)，可達(dá)到臭味強(qiáng)度2級(jí)的報(bào)警濃度。以爆炸下限為5%的天然氣為例，則5%×20%=1%，相當(dāng)于在天然氣中加THT 8 mg/m3，這是一個(gè)理論值。實(shí)際加入量應(yīng)考慮管道長(zhǎng)度、材質(zhì)、腐蝕情況和然氣成分等因素，取理論值的2～3倍。我國(guó)天然氣行業(yè)目前采用四氫塞吩（THT）作為加臭劑，加入量一般為20 mg/m3。

根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣含水量較大，四氫噻吩不溶于水，對(duì)煤氣設(shè)備、管道等無(wú)腐蝕等特點(diǎn)，在轉(zhuǎn)爐煤氣中選用四氫噻吩作為加臭劑是最佳選擇，添加量可按嗅覺(jué)濃度2級(jí)為報(bào)警濃度，0.02%×20%=0.4%，相當(dāng)于加THT 3.2 mg/m3，加入量安全值可定為8～20 mg/m3。

4 加臭裝置及控制

4.1 加臭裝置及流程

我公司轉(zhuǎn)爐煤氣加臭裝置使用的是沈陽(yáng)貝爾燃?xì)庥邢薰镜腞JZ微機(jī)控制燃?xì)饧映粞b置，裝置由2臺(tái)柱塞式加臭泵、加臭控制器、加臭劑儲(chǔ)罐、計(jì)量裝置、閥門組及控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成。流程如圖1所示。

系統(tǒng)工作程序?yàn)椋簝?chǔ)罐內(nèi)的加臭劑根據(jù)控制指令，經(jīng)電磁驅(qū)動(dòng)器指揮柱塞式加臭泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將設(shè)定的加臭劑定量加入到轉(zhuǎn)爐煤氣管道內(nèi)，加臭劑在流動(dòng)的轉(zhuǎn)爐煤氣中混合，達(dá)到煤氣加臭的目的。

加臭裝置可以設(shè)定為手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行模式，加臭劑的添加量根據(jù)需要，可以通過(guò)調(diào)整加臭泵的運(yùn)行頻率實(shí)現(xiàn)，加臭泵是專用隔膜式柱塞計(jì)量泵，運(yùn)動(dòng)行程機(jī)械鎖定，每次輸出流量恒定不變，工作頻率從1～50次/min可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)工作頻率實(shí)現(xiàn)添加加臭劑流量的控制。

圖1 煤氣加臭裝置工藝流程圖

4.2 加臭點(diǎn)的選擇

轉(zhuǎn)爐煤氣回收、貯存、加壓輸送過(guò)程要經(jīng)過(guò)一次除塵、煤氣柜、電除塵器、加壓機(jī)等工序，根據(jù)各工序特點(diǎn)、設(shè)備狀況、添加效果等因素，對(duì)加臭點(diǎn)的確定分析如下：

A點(diǎn)（煤氣柜入口管道）：轉(zhuǎn)爐煤氣柜一般選用威金斯氣柜，作用是凈化和貯存，壓力為2.5 kPa,內(nèi)部為橡膠密封結(jié)構(gòu)，氣柜頂部裝有CO報(bào)警探頭，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控煤氣泄露；加之四氫噻吩具有可作溶劑的特性，會(huì)對(duì)氣柜內(nèi)部的橡膠材質(zhì)產(chǎn)生影響，所以不應(yīng)選擇此點(diǎn)。

B點(diǎn)（電除塵入口管道）：電除塵器是在水噴淋狀態(tài)下工作，煤氣經(jīng)過(guò)電除塵器時(shí)，必須經(jīng)過(guò)水的噴淋，雖然四氫噻吩具有不溶于水的特性，但是在四氫噻吩還沒(méi)有與轉(zhuǎn)爐煤氣充分混合就被噴淋水清洗，會(huì)降低加臭效果；其次，內(nèi)部吸附的臭味對(duì)電除塵檢修作業(yè)也極為不利，建議盡量不選擇此點(diǎn)。

C點(diǎn)（加壓機(jī)入口管道）：按照GB6222—2005規(guī)范，加壓機(jī)房必須配置固定式CO報(bào)警器，如果發(fā)生煤氣泄露，空氣中CO含量超過(guò)24×10-6就會(huì)報(bào)警，所以此點(diǎn)作為加臭點(diǎn)意義不大，但可以選擇。

D點(diǎn)（加壓機(jī)出口管道）：加壓機(jī)的作用是將2.5 kPa的轉(zhuǎn)爐煤氣加壓到8～16 kPa以上,加壓機(jī)出口管道內(nèi)正常狀態(tài)下始終保持一定流速,壓力的變化和流速可以將四氫噻吩和轉(zhuǎn)爐煤氣充分混合，達(dá)到最佳加臭效果，所以此點(diǎn)是最佳加臭點(diǎn)。

4.3 加臭裝置的控制

RJZ微機(jī)控制燃?xì)饧映粞b置控制系統(tǒng)由一套工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，通過(guò)顯示屏可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、控制點(diǎn)設(shè)置、流量統(tǒng)計(jì)、歷史數(shù)據(jù)查詢打印等功能。加臭泵單次輸出流量在一定范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)柱塞泵行程確定，根據(jù)需要可以設(shè)定每臺(tái)加臭泵的手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行模式。運(yùn)行方式可選定為：（1）根據(jù)煤氣流量自動(dòng)計(jì)量控制，需要將煤氣壓力、溫度、流量信號(hào)接入系統(tǒng)，設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)加臭量（每立方米燃?xì)庑枰募映袅浚?、單次加入量（加臭泵工作一次的輸出量），開(kāi)啟控制器后，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行精確加臭；（2）手動(dòng)控制四氫噻吩添加量，根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣流量和加臭泵單次輸出流量，計(jì)算出加臭泵的工作頻次，即工作頻次=燃?xì)饬髁俊翗?biāo)準(zhǔn)加臭量/單次輸出流量，開(kāi)啟控制器，在計(jì)算機(jī)上輸入加臭泵的工作頻次，系統(tǒng)將根據(jù)設(shè)定自動(dòng)進(jìn)行加臭，調(diào)節(jié)加臭泵工作頻次，可以實(shí)現(xiàn)加臭量的控制，但不能實(shí)現(xiàn)精確加臭。

5 應(yīng)用效果及經(jīng)濟(jì)分析

5.1 應(yīng)用效果

我公司自2005年開(kāi)始在5萬(wàn)轉(zhuǎn)爐煤氣柜系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣加臭，2006年投入8萬(wàn)轉(zhuǎn)爐煤氣柜系統(tǒng)時(shí)，同時(shí)投入轉(zhuǎn)爐煤氣加臭系統(tǒng)。兩個(gè)氣柜系統(tǒng)分別配置煤氣加壓站，加壓后的轉(zhuǎn)爐煤氣匯合至轉(zhuǎn)爐煤氣主管網(wǎng)，供煉鋼、軋鋼等用戶使用，轉(zhuǎn)爐煤氣管網(wǎng)為廠區(qū)架空設(shè)置，管道排水器建于公共道路邊側(cè)，為吸取行業(yè)眾多煤氣事故教訓(xùn)，確保煤氣安全，自轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用伊始，就同時(shí)投入加臭系統(tǒng)。幾年來(lái)，雖然轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用量不斷增大，但由于煤氣加臭的應(yīng)用，避免了多起中毒事故，起到了警示報(bào)警的作用。

如石灰窯加壓站范圍轉(zhuǎn)爐煤氣管道泄漏煤氣，附近人員聞到臭味立即報(bào)警，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，檢測(cè)當(dāng)時(shí)環(huán)境CO含量超過(guò)150×10-6；距加壓站1 000 m多的高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的混配管道因排水器下降管閥門凍裂泄漏煤氣，煉鋼廠人員聞到臭味，報(bào)警才被發(fā)現(xiàn)；即使防泄漏排水器因?yàn)檠b置故障泄漏煤氣，也是聞到臭味才被發(fā)現(xiàn)，此問(wèn)題2010年已經(jīng)發(fā)生2次。

5.2 加臭控制及經(jīng)濟(jì)分析

我公司在轉(zhuǎn)爐煤氣加臭上采用進(jìn)口四氫噻吩作為加臭劑，運(yùn)行控制的做法是：在開(kāi)始投入階段，按照30 mg/m3左右進(jìn)行加臭，運(yùn)行幾個(gè)月，待管道吸附及化學(xué)反應(yīng)穩(wěn)定后，轉(zhuǎn)入正常加臭控制，因?yàn)檗D(zhuǎn)爐煤氣參數(shù)信號(hào)沒(méi)有接入加臭控制系統(tǒng)，我們采用半手動(dòng)控制方式，即根據(jù)轉(zhuǎn)爐煤氣加壓流量設(shè)定加臭頻次。以加臭泵單次輸出400 mg為例，單泵運(yùn)行，各項(xiàng)數(shù)值如表4所示。

參照以上數(shù)據(jù)雖然不能保證精確加臭含量，但是對(duì)于工業(yè)使用的轉(zhuǎn)爐煤氣完全可以保證加臭效果。

以我公司2010年轉(zhuǎn)爐煤氣送出量和消耗四氫噻吩總量進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析如下：

表4 轉(zhuǎn)爐煤氣加臭參數(shù)表

四氫噻吩價(jià)格以50元/kg計(jì)（0.000 05元/mg）；

轉(zhuǎn)爐煤氣送出量：42 350萬(wàn)m3；

消耗四氫噻吩量：7 200 kg；

轉(zhuǎn)爐煤氣平均加臭量：17 mg/m3；

全年加臭費(fèi)用：50×7 200=360 000（元）

平均每萬(wàn)立方米添加四氫噻吩費(fèi)用為7元，加臭裝置電量消耗以額定功率200 W計(jì)算,全年電費(fèi)僅為1 051元，設(shè)備運(yùn)行十分穩(wěn)定，維護(hù)檢修費(fèi)用可以不計(jì)。綜合來(lái)看，對(duì)于回收利用的二次能源安全使用，每萬(wàn)立方米增加7元的成本是相對(duì)較低的，也是企業(yè)可以承受的，同時(shí)安全效益得到了極大提高。

6 結(jié)語(yǔ)

為保證安全生產(chǎn)，防止煤氣事故的發(fā)生，在鋼鐵企業(yè)轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用的同時(shí)，在轉(zhuǎn)爐煤氣中加臭，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)煤氣泄漏、防范煤氣事故發(fā)生具有重大意義。天津鋼鐵集團(tuán)有限公司幾年來(lái)的實(shí)踐證明，對(duì)毒性較大的轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行加臭是非常必要的，在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行上是可行的。

[1]GB6222—2005，工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程[S].

[2]GB50028—2006，城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]王學(xué)軍.燃?xì)饧映魟┖图映袅康奶接慬J].煤氣與熱力，2002（2）：22.

Application and Economic Analysis of Odorant in Converter Gas

LI Chun-hua
Energy Center,Tianjin Iron and Steel Group Company Limited, Tianjin 300301,China

The paper describes the actual effect that TISCO adds thiophane,an odorant to recovered converter gas.Under the condition that there is no compulsory national standard in the industry while many poisoning accidents happen in many industries,the author stresses the necessity of adding relevant odorant depending on converter gas characteristic in combination the stipulation in GB50028—2006 Code for Design of City Gas Engineering that fuel gas shall be odorous.It introduces the process and control method of odorizing device and analyzes the approach for setting smeller adding points according to odorizing process and converter gas recovery and conveying process.Based on years'application effect at TISCO,economic analysis for feasibility is made on odorizing quantity control and running cost.

converter gas;odorant;thiophane;control;economic analysis

李春華（1957—），男，天津人，經(jīng)濟(jì)師，燃?xì)庾鳂I(yè)區(qū)作業(yè)長(zhǎng)，主要從事綜合管理和燃?xì)?、發(fā)電等方面的研究工作，E-mail:FRESHLI168@126.com。

（收稿 2012－05－22 編輯 潘娜）