本實用新型屬于OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣回收技術(shù)。

背景技術(shù)：

轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源，轉(zhuǎn)爐煤氣回收約占整個轉(zhuǎn)爐工序能源回收總量的70％～90％，是“負(fù)能煉鋼”和降低工序能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)爐煤氣的熱值較高，是較為優(yōu)質(zhì)的燃料，可以在鋼鐵企業(yè)的燃料平衡中起到重要作用，提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量，不僅能有效降低煉鋼工序生產(chǎn)成本，而且能極大降低煉鋼廠污染物排放總量，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

目前轉(zhuǎn)爐煙氣除塵及煤氣回收系統(tǒng)大體分為三種類型：濕法(OG法Oxygen Converter Gas Recovery System)除塵、半干法除塵和LT(Lurgi-Thyssen)于法除塵。半干法除塵是從濕法(OG法)除塵演變出來的，亦屬于OG法除塵，故以下將濕法和半干法統(tǒng)稱為OG法。OG法喉口調(diào)節(jié)采用RD(Rice Damper)閥或環(huán)縫洗滌器(Ring Slit Washer簡稱RSW)，為敘述方便，以下將RD和RSW統(tǒng)稱為喉口閥。此外，由于LT干法除塵與OG法除塵存在較大差異，所以LT干法除塵不屬于本專利的范圍。

關(guān)于OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣回收技術(shù)，目前一般采用的回收條件是CO含量≥35％，氧含量≤2％，其中有一個條件不滿足時，則停止回收，煙氣經(jīng)由放散煙囪點火放散；為提高煤氣回收數(shù)量，有的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠放寬了回收條件，例如，回收條件是CO含量≥15％～35％，氧含量≤2％，其中有一個條件不滿足時，則停止回收，煙氣經(jīng)由放散煙囪點火放散。對于后一種情況，雖然回收條件降低，提高了煤氣回收率，但回收煤氣平均熱值降低，此外排放量還是不少。特別在低CO含量時，如果點火放散處理不到位，產(chǎn)生未點火放散，則產(chǎn)生了CO直接排放，加重了對環(huán)境的污染。在冶煉過程的前燒期，由于很難達(dá)到回收條件，故幾乎所有的轉(zhuǎn)爐煉鋼廠都進(jìn)行點火放散處理。點火放散產(chǎn)生的環(huán)境污染少一些，但點火失敗放散產(chǎn)生的環(huán)境污染則大了許多。此外，雖然煙塵排放的法律規(guī)定越來越嚴(yán)格，但由于煙塵排放總量上，總體是在上升趨勢，煉鋼轉(zhuǎn)爐每年煤氣放散產(chǎn)生的環(huán)境污染也相當(dāng)可觀，因此，從環(huán)境保護(hù)的意義上說，僅僅限制排放煙塵中顆粒物含量≤50mg/m³是不夠的，還應(yīng)對CO排放量、二氧化碳排放量等進(jìn)行限制，如果僅從排放煙塵中顆粒物含量方面進(jìn)行限制，比較結(jié)果就截然不同，例如，300t轉(zhuǎn)爐和100t轉(zhuǎn)爐在同樣的標(biāo)準(zhǔn)限制下，它們對區(qū)域環(huán)境的影響也是有很大不同的，300t轉(zhuǎn)爐的3倍左右的總量變化會產(chǎn)生質(zhì)量的變化，這也是為什么隨著工業(yè)規(guī)模的擴大，區(qū)域環(huán)境迅速變壞的重要因素之一。

如果在煤氣回收技術(shù)上有突破性的進(jìn)展，則將收到既降低減排又節(jié)能增效的雙重效果，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會效益。特別是如果實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣的全回收，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐一次除塵煙氣的零排放，則將對環(huán)境保護(hù)做出不可低估的貢獻(xiàn)。

轉(zhuǎn)爐煤氣回收技術(shù)自上世紀(jì)60年代應(yīng)用半個多世紀(jì)以來，煤氣回收工藝得到了不斷的改進(jìn)和完善，但距離實現(xiàn)煤氣的全回收還有較大差距。

OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收工藝及其控制系統(tǒng)還未見到公開發(fā)表的出版物、文獻(xiàn)或資料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣回收的特點，研究開發(fā)與之工況相適應(yīng)的工藝及其控制方法，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣全回收。

本實用新型的要點是研究現(xiàn)有煤氣回收系統(tǒng)存在的問題，突破現(xiàn)有煤氣回收的技術(shù)瓶頸，采用OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收及其控制系統(tǒng)，根據(jù)對冶煉過程不同階段轉(zhuǎn)爐煙氣中C0含量和氧氣含量的分析，研發(fā)了解決方案，要點是對前燒期煙氣混合點和后燒期煙氣混合點的氧含量超標(biāo)煙氣采用補充適量氮氣進(jìn)行稀釋，使氧含量處于≤2％的范圍，使之達(dá)到安全的、可以進(jìn)行煤氣回收的氧氣含量標(biāo)準(zhǔn)，用這個方法實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣的全回收，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼一次除塵煙氣的零排放，既可獲得煤氣回收指標(biāo)的提高，也可獲得除塵風(fēng)機較大幅度的節(jié)能，特別是實現(xiàn)了污染物的零排放，為環(huán)境保護(hù)做出了非常有益的貢獻(xiàn)。

附圖說明

附圖1中1a是煉鋼轉(zhuǎn)爐，2a是轉(zhuǎn)爐煙罩，3a是爐內(nèi)壓力檢測器，4a是冷卻煙道，5a是煙氣粗除塵設(shè)施，6a是煙氣精除塵設(shè)施，7a是喉口閥，8a是1#一氧化碳含量氧含量檢測裝置，9a是管網(wǎng)壓力檢測器，10a是一次除塵風(fēng)機，11a是2#一氧化碳含量氧含量檢測裝置，12a是煤氣回收切換裝置，13a是煙氣放散煙囪，14a是煤氣柜，15a是氮氣供給設(shè)施，16a是氮氣風(fēng)機，17a是氮氣風(fēng)機出口閥，18a是氮氣補償切換裝置，19a是氮氣補償管網(wǎng)壓力檢測器。附圖1中8a、9a、15a、16a、17a、18a和19a是基于氮氣補償?shù)霓D(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收工藝配套的新增設(shè)備，其它均為現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)配備設(shè)備。

附圖2中[1]是煤氣全回收系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理及控制裝置，[2]是轉(zhuǎn)爐工藝主控制系統(tǒng)，[3]是煤氣回收及風(fēng)機調(diào)速動態(tài)控制器，[4]是1#一氧化碳含量氧氣含量檢測裝置，[5]是2#一氧化碳含量氧氣含量檢測裝置，[6]是爐內(nèi)壓力檢測器，[7]是管網(wǎng)壓力檢測器，[8]是氮氣風(fēng)機調(diào)速裝置，[9]是氮氣風(fēng)機電動機，[10]是氮氣風(fēng)機，[11]是氮氣風(fēng)機出口閥，[12]是氮氣風(fēng)機出口閥開度反饋，[13]是氮氣補償切換裝置，[14]是氮氣補償管網(wǎng)壓力檢測器，[15]是一次除塵風(fēng)機調(diào)速裝置，[16]是一次除塵風(fēng)機電動機，[17]是一次除塵風(fēng)機，[18]是喉口閥電動執(zhí)行機構(gòu)，[19]是喉口閥，[20]是喉口閥開度反饋，[21]是煤氣回收切換裝置，[22]是工藝參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)信息，[23]是煤氣回收及風(fēng)機工藝過程系統(tǒng)。附圖2中[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[22]和[23]是基于氮氣補償?shù)腛G法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收工藝控制方法相關(guān)的系統(tǒng)或設(shè)備，其它均為現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)系統(tǒng)或設(shè)備。

具體實施方式

關(guān)于目前煤氣回收情況的分析，目前一般采用的回收條件是CO含量≥35％，氧含量≤2％，轉(zhuǎn)爐冶煉過程中通常將與煤氣回收相關(guān)聯(lián)的過程分成三個階段，稱為前燒期、煤氣回收期和后燒期。以120噸轉(zhuǎn)爐為例，轉(zhuǎn)爐冶煉周期約為35～40min，其中，吹氧冶煉時間約15min，分為前燒期時間約3min、煤氣回收時間約10min和后燒期時間約2min；非冶煉時間約20～25min。也就是說，目前煤氣回收時間為10min左右，前燒期時間約3min和后燒期時間約2min的時間煤氣不回收，而經(jīng)由煙囪點火放散。前燒期的煤氣不回收的原因是CO含量低和氧含量短時超標(biāo)，后燒期的煤氣不回收的原因是CO含量低和氧含量短時超標(biāo)。理論上說，某一時間段CO含量低并不是煤氣回收的主要障礙，氧含量高才是制約煤氣回收的關(guān)鍵所在，因為氧含量超標(biāo)將會產(chǎn)生安全問題，是絕對不可以逾越的紅線。

如果將煤氣全回收工藝定義為：從降罩到位及吹氧開始，并經(jīng)一段延時作為煤氣回收起始時間至提罩開始及吹氧結(jié)束，并經(jīng)一段延時為煤氣回收結(jié)束的整個時間段稱為煤氣回收時間。為與煤氣全回收工藝的這個特點相一致，以下將現(xiàn)有技術(shù)所稱煤氣回收時間改稱為中燒期時間，以避免混淆。

進(jìn)一步分析，前燒期和后燒期因CO含量低而不進(jìn)行煤氣回收的原因，一是考慮影響整體煤氣回收的熱值，二是考慮影響煤氣點火放散，但更重要的是氧含量超標(biāo)才是硬指標(biāo)。那么理論上說，只要使氧含量問題得到解決，則可實現(xiàn)煤氣的全回收，而對于影響整體煤氣回收的熱值問題則相對容易解決。

氧含量超標(biāo)原因的分析，在前燒期，開始吹氧以及降罩到達(dá)下限位置意味著冶煉過程開始，如果以這一時刻作為一爐鋼冶煉過程開始的“0”時刻的話，這一時刻的煙氣中CO含量較低，氧含量很高，這是由于吹氧過程的氧化作用剛剛開始，CO含量的上升需要一定過程，而氧含量超標(biāo)是由于降罩前煙氣中混有許多空氣所致，隨著降罩的完成，煙氣中的氧含量有所降低，但也往往處于超標(biāo)狀態(tài)，隨著吹氧的過程，氧含量將迅速降低到≤2％的范圍，所以前燒期的氧含量是短時超標(biāo)，將這個“0”時刻定義為煤氣回收延時啟動的起始時間，將這一點稱為前燒期煙氣混合點，跟蹤這個混合點，并對這一點及其臨近區(qū)域的煙氣進(jìn)行適當(dāng)?shù)獨庋a償，則可以實現(xiàn)煤氣的安全回收，其中，該混合點到達(dá)煤氣回收切換裝置[12a]的時間即為煤氣回收延時啟動的延時時間。

在后燒期，隨著冶煉的進(jìn)程，煙氣量逐漸減少，在對爐口進(jìn)氣量進(jìn)行有效控制的情況下，CO含量不會過多降低，氧含量也不會超標(biāo)；當(dāng)吹氧結(jié)束、煙罩開始提升時，由于空氣的進(jìn)入，氧含量將會升高，將這一時刻定義為煤氣回收延時終止的起始時間，將這一點稱為后燒期煙氣混合點，跟蹤這個混合點，并對這一點及其臨近區(qū)域的煙氣進(jìn)行適當(dāng)?shù)獨庋a償，則可以實現(xiàn)煤氣的安全回收，其中，該混合點到達(dá)煤氣回收切換裝置[12a]的時間即為煤氣回收延時終止的延時時間；綜合上述情況，只要把握后燒期氧含量超標(biāo)的時間和量值，對其進(jìn)行有效的補償，使氧含量處于≤2％的范圍，則滿足煤氣回收的條件。

至于中燒期，基本不存在氧含量超標(biāo)的問題，但為了實現(xiàn)煤氣的全回收，這一階段須盡可能地提高回收煤氣的熱值，為前燒期和后燒期回收低熱值煤氣做沖減儲備，即在中燒期達(dá)到CO含量平均值≥60％，以保證前燒期、中燒期和后燒期的整個煤氣回收的平均熱值≥45％。

對氧含量進(jìn)行有效補償?shù)姆桨甘菍η盁诙虝r的氧含量超標(biāo)進(jìn)行補償及對后燒期的氧含量短時超標(biāo)進(jìn)行有效補償，方法是對前燒期煙氣混合點和后燒期煙氣混合點的氧含量超標(biāo)煙氣采用補充適量氮氣進(jìn)行稀釋，使氧含量處于≤2％的范圍，實現(xiàn)前燒期和后燒期的煤氣安全回收。

OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收工藝是通過附圖1的系統(tǒng)實現(xiàn)的，附圖1中[1a]是煉鋼轉(zhuǎn)爐；[2a]是轉(zhuǎn)爐煙罩；[3a]是爐內(nèi)壓力檢測器，[4a]是冷卻煙道；煙氣粗除塵設(shè)施[5a]，根據(jù)除塵方法的不同，分別是濕法(OG法)除塵和半干法除塵；煙氣精除塵設(shè)施[6a]，根據(jù)除塵方法的不同，采用RD(Rice Damper)閥或環(huán)縫洗滌器(Ring Slit Washer簡稱RSW)，兩者統(tǒng)稱為喉口閥；喉口閥[7a]根據(jù)煙氣量變化其開度；1#一氧化碳含量氧含量檢測裝置[8a]，實時檢測一次除塵風(fēng)機前部管網(wǎng)內(nèi)一氧化碳含量和氧含量；管網(wǎng)壓力檢測器[9a]，實時檢測管網(wǎng)該點處的壓力；一次除塵風(fēng)機[10a]，離心式風(fēng)機；2#一氧化碳含量氧含量檢測裝置[11a]，實時檢測一次除塵風(fēng)機后部管網(wǎng)內(nèi)一氧化碳含量和氧含量；煤氣回收切換裝置[12a]，根據(jù)是否進(jìn)行煤氣回收，分別切換至煤氣柜煤氣回收管路或煙囪放散管路；煙氣放散煙囪[13a]，在煤氣全回收系統(tǒng)正常時僅用于排放非冶煉階段的煙氣，在煤氣全回收系統(tǒng)故障時點火放散冶煉階段的煙氣；煤氣柜[14a]用于儲備一座轉(zhuǎn)爐或多座轉(zhuǎn)爐煤氣全回收的煤氣儲存緩沖，具有與煉鋼廠及鋼鐵公司煤氣平衡網(wǎng)絡(luò)的接口；氮氣供給設(shè)施[15a]，在實際的應(yīng)用中可以根據(jù)煉鋼廠的實際情況，取自已有氮氣管網(wǎng)或取自另設(shè)氮氣儲存設(shè)施；氮氣風(fēng)機[16a]，該風(fēng)機的容量，即流量和壓力須滿足前燒期煙氣混合點氧含量超標(biāo)時和后燒期煙氣混合點氧含量超標(biāo)時的最大需求量；氮氣風(fēng)機出口閥[17a]，電動調(diào)節(jié)閥；氮氣補償切換裝置[18a]，根據(jù)是否需要氮氣補償進(jìn)行切換控制，分別切換至煙氣主管網(wǎng)或氮氣回流管路；氮氣補償管網(wǎng)壓力檢測器[19a]，用于檢測氮氣輸出管網(wǎng)的壓力；采用這種工藝系統(tǒng)實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煉鋼的煤氣全回收工藝，用相應(yīng)的檢測和控制實現(xiàn)了煤氣全回收工藝過程。

OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收工藝的控制系統(tǒng)是通過附圖2的系統(tǒng)實現(xiàn)的，附圖2中煤氣全回收系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理及控制裝置[1]是OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收工藝控制系統(tǒng)的核心，是以計算機工作站為基礎(chǔ)組成的數(shù)字式裝置，實時從轉(zhuǎn)爐工藝主控制系統(tǒng)[2]獲取生產(chǎn)運行聯(lián)鎖信息、設(shè)備狀態(tài)信息及有關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，實時從煤氣回收及風(fēng)機調(diào)速動態(tài)控制器[3]獲取煤氣回收系統(tǒng)及各風(fēng)機運行的有關(guān)信息，根據(jù)這些信息、有關(guān)系統(tǒng)參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)來確定煤氣回收的控制參數(shù)、一次除塵風(fēng)機調(diào)速裝置的控制參數(shù)、氮氣風(fēng)機調(diào)速裝置的控制參數(shù)；煤氣回收及風(fēng)機調(diào)速動態(tài)控制器[3]由PLC(可編程序控制器)或其它數(shù)字式控制器構(gòu)成，接受來自煤氣全回收系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理及控制裝置[1]的控制參數(shù)、1#一氧化碳含量氧氣含量檢測裝置[4]、2#一氧化碳含量氧氣含量檢測裝置[5]、爐內(nèi)壓力檢測器[6]、管網(wǎng)壓力檢測器[7]、對氮氣風(fēng)機調(diào)速裝置[8]、氮氣風(fēng)機出口閥開度反饋[12]、氮氣補償管網(wǎng)壓力檢測器[14]、一次除塵風(fēng)機調(diào)速裝置[15]、喉口閥開度反饋[20]和工藝參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)信息[22]的過程控制信息，對氮氣風(fēng)機調(diào)速裝置[8]、氮氣風(fēng)機出口閥[11]、一次除塵風(fēng)機調(diào)速裝置[15]和喉口閥電動執(zhí)行機構(gòu)[16]進(jìn)行動態(tài)輸出控制；1#一氧化碳含量氧氣含量檢測裝置[4]實時檢測管網(wǎng)內(nèi)的一氧化碳含量氧氣含量，用于氮氣補償控制；2#一氧化碳含量氧氣含量檢測裝置[5]實時檢測管網(wǎng)內(nèi)的一氧化碳含量氧氣含量，用于煤氣回收或放散的控制；爐內(nèi)壓力檢測器[6]由≥4個壓力檢測器組成，用于煤氣回收及風(fēng)機調(diào)速動態(tài)控制器[3]進(jìn)行微差壓計算；[19]是喉口閥，根據(jù)精除塵系統(tǒng)的不同，喉口閥為RD或RSW；煤氣全回收系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理及控制裝置[1]、轉(zhuǎn)爐工藝主控制系統(tǒng)[2]、煤氣回收及風(fēng)機調(diào)速動態(tài)控制器[3]、2#一氧化碳含量氧氣含量檢測裝置[5]、爐內(nèi)壓力檢測器[6]、一次除塵風(fēng)機調(diào)速裝置[15]、一次除塵風(fēng)機電動機[16]、一次除塵風(fēng)機[17]、喉口閥電動執(zhí)行機構(gòu)[18]、喉口閥[19]、喉口閥開度反饋[20]、煤氣回收切換裝置[21]、工藝參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)信息[22]和煤氣回收及風(fēng)機工藝過程系統(tǒng)[23]構(gòu)成了煤氣全回收自動控制系統(tǒng)中的煤氣回收自動控制；煤氣全回收系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理及控制裝置[1]、轉(zhuǎn)爐工藝主控制系統(tǒng)[2]、煤氣回收及風(fēng)機調(diào)速動態(tài)控制器[3]、1#一氧化碳含量氧氣含量檢測裝置[4]、管網(wǎng)壓力檢測器[7]、氮氣風(fēng)機調(diào)速裝置[8]、氮氣風(fēng)機電動機[9]、氮氣風(fēng)機[10]、氮氣風(fēng)機出口閥[11]、氮氣風(fēng)機出口閥開度反饋[12]、氮氣補償切換裝置[13]、氮氣補償管網(wǎng)壓力檢測器[14]、工藝參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)信息[22]和煤氣回收及風(fēng)機工藝過程系統(tǒng)[23]構(gòu)成了煤氣全回收自動控制系統(tǒng)中的氮氣補償自動控制，其中，對前燒期煙氣混合點和后燒期煙氣混合點的跟蹤計算以及氮氣補償量的計算和控制由煤氣回收及風(fēng)機調(diào)速動態(tài)控制器[3]完成；采用這樣的控制系統(tǒng)實現(xiàn)OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收的過程信息檢測和自動控制。

采用氮氣補償前燒期煙氣混合點和后燒期煙氣混合點氧含量超標(biāo)的方法是實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣全回收工藝的安全、科學(xué)、合理、有效、簡單、經(jīng)濟(jì)的方法，為轉(zhuǎn)爐煤氣全回收應(yīng)用開創(chuàng)了全新的、廣泛的視野和空間，采用這種工藝及其控制系統(tǒng)后，既能獲得煤氣回收率的提高，也解決了轉(zhuǎn)爐煙氣污染排放的問題，預(yù)計煤氣回收率將在目前不同系統(tǒng)的基礎(chǔ)上提高10％～50％，特別是將實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐一次除塵煙氣的零排放。

此外，在目前霧霾頻發(fā)、環(huán)境污染日益嚴(yán)重的情況下，進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收的社會意義巨大，減少污染排放是環(huán)境保護(hù)努力的方向，實現(xiàn)污染物零排放是環(huán)境保護(hù)追求的極致目標(biāo)。

OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣全回收工藝及其控制系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于新建、擴建或改造的各類OG法轉(zhuǎn)爐煉鋼煤氣回收系統(tǒng)。