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热风炉烟气使高炉煤气脱湿的研究

北极星大气网  来源:《冶金动力》  作者:施万玲 吴炳成等  2019/6/24 10:56:45  我要投稿  

北极星大气网讯:摘要: 通过吸附剂吸收高炉煤气中的水分,增加高炉煤气热值,从而提高热风炉的风温,用热风炉烟气加热吸附剂使其脱附,实现吸附剂循环使用.通过理论分析得出,该方法可提高风温40~80℃,使高炉燃料比减少4~6 kgce/t铁.

1 高炉煤气水分问题概述

干法除尘串联余压透平发电(TRT)系统,因其发电量高、除尘效率高、节水、节电等优点显著,目前已经发展成钢铁企业高炉煤气余能回收的首选流程。然而干法除尘系统无法除掉高炉煤气中的酸性气体,TRT 出口静煤气管道腐蚀严重的问题逐渐在各大钢厂显露出来。大量研究表明,当高炉煤气温度低于露点温度时,高炉煤气中大量的Cl 离子溶于煤气冷凝水造成酸露点腐蚀是静煤气管道腐蚀的主要原因。而干煤气中的Cl 离子几乎没有腐蚀性,所以控制好煤气的露点温度,使煤气管道没有冷凝水析出,可有效避免煤气管道腐蚀问题。

张琰等人提出加保温材料、盖东兴等人提出采用外加热源[3]的办法来提高高炉煤气温度的方法,避免煤气管道结露腐蚀。但上述方法只能保证局部区域煤气管道不结露,随着煤气传输,冷凝水还会在其他区域冷凝,造成管道结露腐蚀。

高炉煤气中的水分不仅会造成煤气管道结露腐蚀,还会降低煤气热值。同时煤气燃烧过程中,水分会消耗大量的气化潜热与显热,过多的水分会造成燃烧器熄火。降低高炉煤气含水量,使其露点温度低于大气常温,可有效解决管道腐蚀问题,同时提高煤气热值[4],提高热风炉风温[5]等,产生一系列的节能降耗作用。

2 高炉煤气含湿量的计算及对煤气热值的影响

虽然我国大中型高炉多采用干法布袋除尘,但随着高炉喷煤量的增加,高炉煤气的含湿量不断增加,通过TRT 的降温降压后煤气基本达到饱和状态,饱和煤气含湿量计算公式为:

de=804×P 汽(/ P-P 汽)

式中,de———工作状态饱和气体的含水量,g/m3;

P———煤气绝对压力,Pa;

P 汽———饱和水蒸汽分压,Pa。

通过上式计算出,在不同温度下、TRT 出口高炉煤气达到饱和状态时的含湿量如表1 所示。

假设通过湿法精除尘后的煤气温度为55 ℃,煤气压力为0.35 MPa(绝压),则TRT 入口前含湿量为37.88 g/m3;假设通过TRT 煤气温度降到30 ℃,出口压力同样取0.118 MPa,则此时饱和煤气含湿量为30.01 g/m3。

生产实践表明高炉采用的原料含有较多水分或者喷煤量较大时,TRT 出口将有冷凝水析出,此时高炉煤气温度~55 ℃,达到饱和状态。则由表1 可知,采用干法除尘后高炉煤气携带的水分反而比湿法除尘大,随着TRT 后管路不断降温将有大量水分析出。

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高炉煤气携带大量水汽将带来以下弊端:(1)降低了热风炉风温;由于携带水分的原因,使高炉煤气的热值降低,见表2;(2)水分的析出将使煤气中携带的盐溶解,尤其使用海运来的矿石,因为矿石输运过程中混入大量氯离子,对管路造成严重腐蚀。

2.jpg

由表2 知,随着煤气含湿量的增加,煤气热值迅速下降,且露点温度越高,下降越快,60 ℃的饱和煤气的热值是干煤气热值的83.11%。

热风炉的送风温度等于拱顶温度减去150 ℃,而拱顶温度取决于煤气的燃烧温度,煤气的燃烧温度计算如下:

3.jpg

高炉鼓风温度:t 风温=t-150。

假设煤气预热到200 ℃,空气预热到300 ℃,空气过剩系数均取1.1,笔者分别计算了富氧率6%和不富氧两种情况下,40~50~60 ℃的饱和状态高炉煤气脱湿后其可达到的热风温度,如图1 所示。由图1 可知,随着脱湿率的增加,热风炉送风温度呈线性增加。

4.jpg

假设煤气的饱和温度分别为40 ℃、50 ℃和60℃,本文研究了不同的脱湿率下高炉热风炉的送风温度提升量,如图2 所示。由图2 可知,脱湿50%后,热风炉送风温度提高40~80 ℃不等,对于大喷煤或原料含水较多的高炉,通过煤气脱湿将能有效提高热风炉风温。对于采用富氧的热风炉,相同脱湿率的情况下,其风温提高量更大。

5.jpg

高炉煤气除湿对于提高煤气的燃烧温度具有重要作用,煤气燃烧温度的提高将直接提高高炉鼓风的温度,研究表明:高炉鼓风温度每提高100 ℃可降低焦比20~25 kg/tFe,同时可增产3%~5%,还可增加喷吹煤粉40~50 kg/tFe,达到降低炼铁成本的目的。

3 热风炉烟气干燥高炉煤气除湿系统

笔者提出采用干燥剂对高炉煤气中的饱和水进行吸附,降低高炉煤气的含水量,从根本上将煤气露点温度降至常温以下,避免管道腐蚀的同时,提高高炉煤气热值,提高热风炉风温。干燥剂选用13X 型分子筛(球状,直径3~5 mm);可以顺着隔板2 自由滚落。高炉热风炉排放烟气温度在280~350 ℃,将之通过空气预热器之后温度降为150 ℃左右,通常直接排放于大气中而造成能源浪费。笔者提出利用热风炉150 ℃左右的排烟对干燥剂进行再生。其工艺系统如图3。

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本工艺系统由干燥器、再生器、两组输送提升装置和干燥剂等组成。

从高炉来的已经净化过的高炉煤气从高炉煤气入口进入干燥器,与从上而下滚落的干燥剂充分接触,煤气中的水分将被吸收;经干燥的煤气进入热风炉燃烧,其燃烧产生的烟气进入干燥剂再生器,利用烟气(约150 ℃)的余热使干燥剂再生,重复使干燥器的干燥剂排料口通过一组输送提升装置连接至再生器的干燥剂进料口,再生器的干燥剂排料口通过另一组输送提升装置连接至干燥器的干燥剂进料口。

本系统设计除湿能力为针对煤气不同含湿量,其脱湿能力在50%,根据图2 可知,可提高高炉鼓风温度40~80 ℃,降低高炉焦比约10 kg/tFe,使高炉综合能耗降低约4~6 kgce/tFe。

该系统在脱湿的过程中,也会吸附煤气中的某些盐分,降低盐分对管路的腐蚀。

4 结论

笔者讨论了一种利用热风炉烟气间接干燥高炉煤气的工艺系统,不对高炉煤气产生污染,降低高炉煤气的含水量与露点温度。其优点如下:

(1)提高高炉煤气热值,从而提高热风炉的送风温度40~80 ℃。

(2)降低高炉的焦比约10 kg/tFe,节能效果4~6kgce/t 铁。

(3)降低TRT 出口净煤气管道露点腐蚀。

原标题:热风炉烟气使高炉煤气脱湿的研究

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