蘇相成

(凌源鋼鐵集團設計研究有限公司,遼寧 凌源 122500)

0 前言

20世紀 80 年代，國外已經(jīng)開發(fā)了濕法均壓煤氣回收技術，后來國內(nèi)也對濕法回收技術進行過研究并得到實際應用，但受回收煤氣粉塵濃度偏大、回收時間較長等不利因素的影響，該工藝未能取得預期的效果。直到近年來得益于高爐自動控制技術的發(fā)展和干法除塵工藝的完善，才又為均壓煤氣回收提供了新的途徑[1]。高爐爐頂均壓煤氣回收技術是近幾年來新發(fā)展起來的節(jié)能環(huán)保技術，目前已經(jīng)在國內(nèi)數(shù)十家鋼鐵企業(yè)，上百座高爐上得以成功運用，具有技術成熟，運行穩(wěn)定的特點。且該項目還統(tǒng)籌考慮了超低排放和節(jié)能降碳的雙重要求，具有社會效益的同時還具有可觀的經(jīng)濟效益。從環(huán)保政策要求到節(jié)能降耗指標要求上來看，該項目都有盡快實施的必要性。

凌鋼現(xiàn)有5#高爐爐容為2 300 m3，具體參數(shù)見表1。高爐爐頂料罐在裝料前需將罐內(nèi)的高壓煤氣經(jīng)放散閥放散泄壓后，方可開啟上部閥門裝料。此部分放散煤氣直接通過爐頂消音器排入大氣，由于煤氣中含有大量有毒、有害、易燃易爆的氣體，并且放散過程中伴隨有大量粉塵，這對大氣環(huán)境尤其是高爐生產(chǎn)區(qū)域造成了嚴重的污染。并且全年均壓放散煤氣量較大，造成煤氣能源浪費[2-4]。因此實施均壓煤氣全回收改造，實現(xiàn)節(jié)能與環(huán)保的雙重達標。

表1 凌鋼5#高爐工藝設備參數(shù)

1 均壓煤氣回收系統(tǒng)工藝流程

1.1 均壓煤氣自然回收流程

高爐爐頂料罐裝料前，料罐內(nèi)煤氣處于高壓狀態(tài)，整套煤氣回收系統(tǒng)內(nèi)的煤氣處于常壓的狀態(tài)。當打開煤氣回收閥時，利用自然壓差，料罐內(nèi)高壓的煤氣會自動通過均壓煤氣回收系統(tǒng)新增的管道再經(jīng)過專用干法除塵箱體除塵后流向低壓凈煤氣管網(wǎng)[5-6]。當料罐內(nèi)的壓力達到常壓時，關閉均壓煤氣回收系統(tǒng)，再按照高爐裝料程序?qū)⒘瞎迌?nèi)剩余的煤氣進行放散。此工藝不能實現(xiàn)均壓煤氣的全部回收。

1.2 均壓煤氣強制回收流程

在原有均壓煤氣自然回收系統(tǒng)的基礎上，增加引射器、引射閥組及配套設施。當自然回收結束后，對料罐內(nèi)殘余煤氣進行引射強制回收。引射方式分為前引射法和后引射法兩種方式，可根據(jù)不同高爐、不同回收效率及不同回收時間進行選擇前引射法、后引射法、雙引射法。本工程全回收系統(tǒng)采用的是雙引射形式，采用高壓凈煤氣作為引射動力氣源。布袋除塵器采用DN5000 mm，壁厚14 mm，頂進頂出形式，當自然回收模式效率下降時(時間模式和壓力模式控制)，打開引射閥組利用高壓氣流，將料罐內(nèi)剩余煤氣經(jīng)引射器及配套管網(wǎng)回收至新建緩沖除塵布袋箱體，除塵降壓后并入凈煤氣管網(wǎng)[7-8]。作為動力氣源的高壓凈煤氣來自干法箱體除塵后的煤氣管網(wǎng)，提供完動力后再次回到煤氣管網(wǎng)，不涉及管網(wǎng)新增加壓設施及能源消耗。

具體工藝流程(詳見圖1)：高爐料罐—旋風除塵器(若有)—爐頂閥門組—前端引射器—箱體進口閥門組—專用干法除塵箱體—箱體出口閥門組—后端引射器—并網(wǎng)閥門組—低壓凈煤氣管網(wǎng)。

圖1 凌鋼5#高爐均壓煤氣全回收系統(tǒng)流程圖

2 項目運行成本及效益分析

2.1 運行成本分析

該項目為低耗能項目，年運行成本主要由以下五部分構成。

2.1.1 用電消耗

(1)整套系統(tǒng)共涉及到的電動閥門8臺，其中爐頂閥門組2臺、前后端引射系統(tǒng)2臺、箱體進出口2臺、并網(wǎng)點1臺、頂部放散1臺，閥門總功率為11 kW。

系統(tǒng)正常運行時，電動閥門只有在檢修或休風的時候動作一次，每年有10次休風或檢修機會，每次閥門動作約10 s，則年耗電量為：11 kW×20 s/次÷3 600 s/h×10次=0.61 kWh。

(2)另有卸灰閥2臺、振動電機2臺，總功率為2 kW。卸灰閥每周使用三次，每年50周，卸灰閥單次動作10 s，振動電機每次20 s，則年耗電量為2 kW×20 s/次÷3 600 s/h ×50周×3次/周=1.67 kWh。

(3)有照明燈20個，單個功率50 W，總功率為1 kW。系統(tǒng)照明每天8 h，則年耗電量為8 kWh/d×350 d=2 800 kWh。

綜上，年耗電量總計為2 802 kWh，用電按0.5元/kWh計算[9]，則該系統(tǒng)每年用電成本約為1 401元。

2.1.2 氮氣消耗

(1)系統(tǒng)閥門動作時氮氣消耗量：均壓回收過程單臺氣動閥門單次動作用氣量0.006 m3，凌鋼5#高爐料批次數(shù)為9批/h，共計36次開關動作，一天的用氣量為 0.006 m3/次×36次/h×24 h=5.184 m3，正常工作時只需涉及后端引射閥一臺，其余氣動閥門均處于不動作的狀態(tài)，單日用氣量為 5.184 m3，則每年耗氣量為5.184 m3×350天=1 814 m3。其余閥門均在檢修或休風的情況下進行動作，且動作頻率低，氮氣消耗量可忽略不計。

(2)反吹時氮氣用氣量：新建除塵箱體配置22臺脈沖閥，單臺噴吹時間 0.2 s，間隔時間3 s，循環(huán)周期按時間和壓差兩種同時設定，基本為4 h一次，單臺脈沖閥噴吹耗氣量342 L/次，則一次循環(huán)反吹周期耗氣量為342 L/臺×10-3×22臺=7.524 m3，單日耗氣量為7.524 m3×6=45.144 m3，則每年耗氣量為45.144 m3/天×350天=15 800 m3。

(3)為防止閥門長時間關閉造成堵塞，閥門系統(tǒng)配置氮氣吹掃系統(tǒng)，按照正常系統(tǒng)休風檢修情況，每年耗氣量為300 m3。

綜上，總計年耗氣量為：17 914 m3，氮氣按0.25元/m3計算，則該系統(tǒng)每年氮氣消耗成本約為4 479元。

2.1.3 蒸汽消耗

目前該系統(tǒng)蒸汽的用途主要是為除塵箱體伴熱，年耗蒸汽用量為75 t，蒸汽價格按22.035元/GJ計算，則每年耗費蒸汽成本約為4 958元。

2.1.4 新建除塵箱體布袋消耗

除塵箱體配備212條布袋，每條布袋價格為342元，骨架價格為180元，布袋更換周期為18個月，則該系統(tǒng)每年更換布袋成本約為(342+180)×212×12÷18=73 776元。

2.1.5 系統(tǒng)內(nèi)設備正常備件、維護與更換

根據(jù)系統(tǒng)備件、維護與更換的相關要求，該系統(tǒng)平均每年耗費成本約為80 000元。

凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統(tǒng)年運行費用見表2，年運行費用總計164 614元，噸鐵運行費用為0.08元/t鐵，運行費用極低。

表2 凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統(tǒng)年運行費用表

2.2 效益分析

2.2.1 社會效益

(1)凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統(tǒng)改造完畢后，均壓煤氣無對空排放，煤氣中所含粉塵經(jīng)過除塵箱體過濾后經(jīng)卸灰系統(tǒng)回收，回收后的煤氣粉塵濃度<5 mg/Nm3。經(jīng)測算，年可減少煤氣灰排放量112 t，減少碳排放量1 097 t?？梢源蟠蟾纳聘郀t周邊區(qū)域的空氣環(huán)境。

(2)凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統(tǒng)改造完畢后，爐頂均壓煤氣回收時，噪音可以降低至85分貝以下，可以明顯減少原均壓放散時的噪音對周邊環(huán)境的影響[10]。

2.2.2 經(jīng)濟效益

凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統(tǒng)效率為100%[8]，高爐利用系數(shù)為2.3，料批次按9批次計，每一料批次放散2次，料罐容積55 m3，則單日高爐煤氣回收量為：55 m3(料罐容積)×9批/h×2(料批次9，每批料放散2次)×24 h×2.3(高爐系數(shù))×100%(回收率)=54 648 m3

高爐年工作天數(shù)按350 d計，則年高爐煤氣回收量為：54 648 m3×350 d=19 126 800 m3。節(jié)省的高爐煤氣用于發(fā)電，每年可以發(fā)電：19 126 800÷4=4 781 700 kWh，式中：凌鋼發(fā)電鍋爐綜合發(fā)電高爐煤氣氣耗為4.0 m3/kWh。

凌鋼綜合電價為0.5元/kWh，則年經(jīng)濟效益為：0.5元/kWh×4 781 700 kWh=239萬元。

2.2.3 節(jié)能量效益

凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統(tǒng)，年耗電量：2 802 kWh；年耗氮氣量：17 914 m3；年耗蒸汽量：75 t。年可回收高爐煤氣量：19 126 800 m3。扣除掉能源消耗量后，節(jié)能折合標煤量為：1 912.68×1.071-0.280 2×1.229-1.791 4×0.188-75×0.097 8=2 040 tce。

式中：飽和蒸汽熱力折標系數(shù)(當值量)0.097 8 tce/t；電力折標系數(shù)(當值量)1.229 tce/萬kWh[11]；氮氣折標系數(shù)(當量值)0.188 tce/萬m3。高爐煤氣折標系數(shù)(當量值)1.071 tce/萬m3。

3 結語

凌鋼5#高爐均壓煤氣回收系統(tǒng)改造完成后，年節(jié)能量2 040 tce，年節(jié)能效益239萬元，節(jié)能效果非常的明顯；年可減少煤氣灰排放量112 t，減少碳排放量1 097 t，還有效降低了高爐爐頂噪音，滿足了國家節(jié)能降碳、綠色發(fā)展的要求。對凌鋼具有顯著的社會效益、節(jié)能效益和經(jīng)濟效益。