熱風(fēng)爐煙氣使高爐煤氣脫濕的研究
通過(guò)吸附劑吸收高爐煤氣中的水分,增加高爐煤氣熱值,從而提高熱風(fēng)爐的風(fēng)溫,用熱風(fēng)爐煙氣加熱吸附劑使其脫附,實(shí)現(xiàn)吸附劑循環(huán)使用.通過(guò)理論分析得出,該方法可提高風(fēng)溫40～80℃,使高爐燃料比減少4～6 kgce/t鐵.
1高爐煤氣水分問(wèn)題
干法除塵串聯(lián)余壓透平發(fā)電（TRT）系統(tǒng)因其發(fā)電量高、除塵效率高、節(jié)水、節(jié)電等優(yōu)點(diǎn)顯著目前已經(jīng)發(fā)展成鋼鐵企業(yè)高爐煤氣余能回收的首選流程。然而干法除塵系統(tǒng)無(wú)法除掉高爐煤氣中的酸性氣體TRT出口靜煤氣管道腐蝕嚴(yán)重的問(wèn)題逐漸在各大鋼廠顯露出來(lái)。大量研究表明當(dāng)高爐煤氣溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)高爐煤氣中大量的Cl離子溶于煤氣冷凝水造成酸露點(diǎn)腐蝕是靜煤氣管道腐蝕的主要原因。而干煤氣中的Cl離子幾乎沒(méi)有腐蝕性所以控制好煤氣的露點(diǎn)溫度使煤氣管道沒(méi)有冷凝水析出可有效避免煤氣管道腐蝕問(wèn)題。
張琰等人提出加保溫材料、蓋東興等人提出采用外加熱源[3]的辦法來(lái)提高高爐煤氣溫度的方法避免煤氣管道結(jié)露腐蝕。但上述方法只能保證局部區(qū)域煤氣管道不結(jié)露隨著煤氣傳輸冷凝水還會(huì)在其他區(qū)域冷凝造成管道結(jié)露腐蝕。
高爐煤氣中的水分不僅會(huì)造成煤氣管道結(jié)露腐蝕還會(huì)降低煤氣熱值。同時(shí)煤氣燃燒過(guò)程中水分會(huì)消耗大量的氣化潛熱與顯熱過(guò)多的水分會(huì)造成燃燒器熄火。降低高爐煤氣含水量使其露點(diǎn)溫度低于大氣常溫可有效解決管道腐蝕問(wèn)題同時(shí)提高煤氣熱值[4]提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫[5]等產(chǎn)生一系列的節(jié)能降耗作用。
2高爐煤氣含濕量的計(jì)算及對(duì)煤氣熱值的影響
雖然我國(guó)大中型高爐多采用干法布袋除塵，但隨著高爐噴煤量的增加高爐煤氣的含濕量不斷增加通過(guò)TRT的降溫降壓后煤氣基本達(dá)到飽和狀態(tài)飽和煤氣含濕量計(jì)算公式為：
de=804×P汽（/ P-P汽）
式中de———工作狀態(tài)飽和氣體的含水量g/m3；
P———煤氣絕對(duì)壓力Pa；
P汽———飽和水蒸汽分壓Pa。
通過(guò)上式計(jì)算出在不同溫度下、TRT出口高爐煤氣達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的含濕量如表1所示。
假設(shè)通過(guò)濕法精除塵后的煤氣溫度為55℃煤氣壓力為0.35 MPa（絕壓）則TRT入口前含濕量為37.88 g/m3；假設(shè)通過(guò)TRT煤氣溫度降到30℃出口壓力同樣取0.118 MPa則此時(shí)飽和煤氣含濕量為30.01 g/m3。
生產(chǎn)實(shí)踐表明高爐采用的原料含有較多水分或者噴煤量較大時(shí)TRT出口將有冷凝水析出此時(shí)高爐煤氣溫度~55℃達(dá)到飽和狀態(tài)。則由表1可知采用干法除塵后高爐煤氣攜帶的水分反而比濕法除塵大隨著TRT后管路不斷降溫將有大量水分析出。
高爐煤氣攜帶大量水汽將帶來(lái)以下弊端：（1）降低了熱風(fēng)爐風(fēng)溫；由于攜帶水分的原因使高爐煤氣的熱值降低見(jiàn)表2；（2）水分的析出將使煤氣中攜帶的鹽溶解尤其使用海運(yùn)來(lái)的礦石因?yàn)榈V石輸運(yùn)過(guò)程中混入大量氯離子對(duì)管路造成嚴(yán)重腐蝕。
由表2知隨著煤氣含濕量的增加煤氣熱值迅速下降且露點(diǎn)溫度越高下降越快60℃的飽和煤氣的熱值是干煤氣熱值的83.11%。熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度等于拱頂溫度減去150℃而拱頂溫度取決于煤氣的燃燒溫度煤氣的燃燒溫度計(jì)算如下：
高爐鼓風(fēng)溫度：t風(fēng)溫＝t-150。
假設(shè)煤氣預(yù)熱到200℃空氣預(yù)熱到300℃空氣過(guò)剩系數(shù)均取1.1本文分別計(jì)算了富氧率6%和不富氧兩種情況下40~50~60℃的飽和狀態(tài)高爐煤氣脫濕后其可達(dá)到的熱風(fēng)溫度如圖1所示。由圖1可知隨著脫濕率的增加熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度呈線性增加。
假設(shè)煤氣的飽和溫度分別為40℃、50℃和60℃本文研究了不同的脫濕率下高爐熱風(fēng)爐的送風(fēng)溫度提升量如圖2所示。由圖2可知脫濕50%后熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度提高40~80℃不等對(duì)于大噴煤或原料含水較多的高爐通過(guò)煤氣脫濕將能有效提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫。對(duì)于采用富氧的熱風(fēng)爐相同脫濕率的情況下其風(fēng)溫提高量更大。
高爐煤氣除濕對(duì)于提高煤氣的燃燒溫度具有重要作用煤氣燃燒溫度的提高將直接提高高爐鼓風(fēng)的溫度研究表明：高爐鼓風(fēng)溫度每提高100℃可降低焦比20~25 kg/tFe同時(shí)可增產(chǎn)3%~5%還可增加噴吹煤粉40~50 kg/tFe達(dá)到降低煉鐵成本的目的。
3熱風(fēng)爐煙氣干燥高爐煤氣除濕系統(tǒng)
本文提出采用干燥劑對(duì)高爐煤氣中的飽和水進(jìn)行吸附，降低高爐煤氣的含水量從根本上將煤氣露點(diǎn)溫度降至常溫以下避免管道腐蝕的同時(shí)提高高爐煤氣熱值提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫。干燥劑選用13X型分子篩（球狀直徑3~5 mm）；可以順著隔板2自由滾落。高爐熱風(fēng)爐排放煙氣溫度在280~350℃將之通過(guò)空氣預(yù)熱器之后溫度降為150℃左右通常直接排放于大氣中而造成能源浪費(fèi)。本文提出利用熱風(fēng)爐150℃左右的排煙對(duì)干燥劑進(jìn)行再生。其工藝系統(tǒng)如圖3。
本工藝系統(tǒng)由干燥器、再生器、兩組輸送提升裝置和干燥劑等組成。
從高爐來(lái)的已經(jīng)凈化過(guò)的高爐煤氣從高爐煤氣入口進(jìn)入干燥器與從上而下滾落的干燥劑充分接觸煤氣中的水分將被吸收；經(jīng)干燥的煤氣進(jìn)入熱風(fēng)爐燃燒，設(shè)備點(diǎn)檢儀其燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入干燥劑再生器利用煙氣（約150℃）的余熱使干燥劑再生重復(fù)使干燥器的干燥劑排料口通過(guò)一組輸送提升裝置連接至再生器的干燥劑進(jìn)料口再生器的干燥劑排料口通過(guò)另一組輸送提升裝置連接至干燥器的干燥劑進(jìn)料口。
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)除濕能力為針對(duì)煤氣不同含濕量其脫濕能力在50%根據(jù)圖2可知可提高高爐鼓風(fēng)溫度40~80℃降低高爐焦比約10 kg/tFe使高爐綜合能耗降低約4~6 kgce/tFe。
該系統(tǒng)在脫濕的過(guò)程中也會(huì)吸附煤氣中的某些鹽分降低鹽分對(duì)管路的腐蝕。
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