筆者根據(jù)在煉鐵生產(chǎn)40余年的實(shí)踐，總結(jié)了如下6項(xiàng)節(jié)能減排的工藝技術(shù)：爐頂裝料過(guò)程中均壓放散的煤氣回收，加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣作為高爐煤粉噴吹用惰性氣體，高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)煤氣回收時(shí)的溫度掌控，高爐干法除塵的防腐技術(shù)，新型旋風(fēng)除塵器，高爐低噪音煤氣壓力調(diào)節(jié)閥。并試圖從原理和實(shí)際應(yīng)用上加以介紹，以引起同仁們的討論和應(yīng)用，想起到拋磚引玉的作用。

1 爐頂裝料過(guò)程中均壓放散的煤氣回收

高爐是高溫高壓冶煉的容器，高爐生產(chǎn)中要不斷從爐頂裝進(jìn)鐵礦石與焦炭,，而礦石焦炭是在常溫常壓狀態(tài)下由料車提升或膠帶機(jī)運(yùn)至爐頂再裝入高爐，裝入過(guò)程中的裝料罐(稱量罐或大鐘斗)有一個(gè)泄壓放散后受料,充壓均壓后再往爐內(nèi)布料的過(guò)程。泄壓放散至空中的是高爐煤氣，這部分煤氣進(jìn)入爐頂消音器,經(jīng)消音除塵后排進(jìn)大氣。這是含約3000kJ/m3熱值的二次能源(1000m3高爐煤氣約相當(dāng)100kg標(biāo)準(zhǔn)煤)，不想辦法回收利用既浪費(fèi)能源又污染環(huán)境, 損害人類。

根據(jù)高爐裝料工藝、冶煉強(qiáng)度、頂壓、料罐大小等, 生產(chǎn)中表明,裝料均壓放散過(guò)程排入大氣的工況煤氣量為10-20m3/t, 雖只占噸鐵煤氣的1%左右，基數(shù)大了其排放量也是十分驚人的，年產(chǎn)200萬(wàn)t的2500m3高爐年放散量2500-3000萬(wàn)m3,2013年全國(guó)高爐產(chǎn)生鐵7億多噸, 僅此項(xiàng)排放量是100億m3。這些煤氣中含CO：23-24%，CO2：16-23%，人在含有CO濃度500mg/m3的環(huán)境中只要20min就有中毒死亡危險(xiǎn),有劇毒的高爐煤氣是毒害人類的重武器，這些CO排入大氣中雖得到稀釋但仍危害人類健康,比CO2溫室氣體危害要嚴(yán)重得多。同時(shí)其能源損耗也十分驚人。全人類都在減排溫室氣體,煉鐵同仁更應(yīng)迅速行動(dòng)起來(lái)回收這部分煤氣并加以利用。企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)的主體，有為者建議大膽償試,放眼社會(huì)資源利用和降低污染。如果搞好了在世界上應(yīng)當(dāng)首創(chuàng)。

我們?cè)_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一個(gè)處理回收工藝及設(shè)備見(jiàn)圖1，投資回收期約半年。這種方式又可分燃燒排放方式和回收進(jìn)企業(yè)管網(wǎng)方式,燃燒排放方式排進(jìn)大氣的是CO2，能源沒(méi)得到應(yīng)用，不宜應(yīng)用。進(jìn)管網(wǎng)方式為企業(yè)增加新的能源、減少排毒，建議采用。

煤氣管網(wǎng)中的煤氣有10kPa的壓力,高爐稱料罐內(nèi)煤氣放不凈,也可設(shè)定下料罐與大氣之間某一低壓差條件下開(kāi)上料閥受料(或再開(kāi)一次原有均壓放散閥)，此時(shí)煤氣回收率可達(dá)95%左右。若開(kāi)發(fā)一個(gè)抽負(fù)壓裝置則可100%回收。此外從裝料均壓放散煤氣回收時(shí)間程序上是可滿足要求的。

xc公司今年在1#高爐大修中擬增設(shè)裝料均壓放散煤氣回收裝置,介時(shí)可為同行提供寶貴的實(shí)例。

2 加壓熱風(fēng)爐煙道廢氣作為高爐煤粉噴吹用惰性氣體

高爐熱風(fēng)爐煙道廢氣在高爐噴吹煤粉的制粉系統(tǒng),做為干燥劑和降低系統(tǒng)O2含量惰化作用,在我國(guó)己近40年歷史了，為保證高爐噴煤的安全和節(jié)約能源起到的巨大的作用,技術(shù)上已日臻成熟。當(dāng)前存在的問(wèn)題是高爐煉鐵工藝中N2用量不斷攀升,N2資源和壓N2能力受限,出現(xiàn)高爐用N2和噴煤用N2不平衡,相互爭(zhēng)用的問(wèn)題。

(1)高爐用N2不斷增加。有十幾處需用N2,僅爐頂無(wú)料鐘用N2原設(shè)計(jì)500-800m3/h,而現(xiàn)在2500m3以上高爐實(shí)際用N2都大于2000m3/h。一座高爐在裝料一均都采用半凈煤氣的條件下的耗量大至在5000m3/h以上。

(2)高爐噴煤的煤粉多為煙煤與無(wú)煙煤混合噴吹,為保證安全,噴吹罐組的加壓、倒罐、噴吹、二次補(bǔ)氣等多用N2,加之多屬稀相噴吹,沒(méi)能真正實(shí)現(xiàn)濃相噴吹,因此耗N2量高。

介于這種局面,和同志們共同開(kāi)發(fā)出利用熱風(fēng)爐煙道廢氣加壓后代替現(xiàn)有的N2和壓縮空氣用于噴煤。其工藝如圖2所示。

熱風(fēng)爐煙道廢氣完全可做為噴吹煤粉的惰性氣體和載氣,其成份見(jiàn)表1,它是兩種惰性氣體的混合氣。改當(dāng)前加壓空氣或N2作為噴煤載氣為加壓煙道廢氣作為噴煤載氣,吸入口稍增加簡(jiǎn)單除塵和脫水設(shè)施即可應(yīng)用,其惰化效果應(yīng)比純N2還好。

由表1中可看出煙氣中含CO2近30%,比用壓縮的N2多了30%CO2,進(jìn)入高爐后與爐內(nèi)C發(fā)生反應(yīng)：CO2+C=CO，產(chǎn)生還原劑CO,富化了還原劑成分,帶入的C原子節(jié)約了能源,某種程度上減少了CO2的排放量。此外它優(yōu)先與煤粉中的C發(fā)生氣化,某種程度減少焦炭的氣化反應(yīng),進(jìn)而保護(hù)了焦炭的強(qiáng)度。為減排做貢獻(xiàn)，一舉三得。同時(shí)也使高爐冶煉行程弱為發(fā)生了一定的變化,CO2在風(fēng)口前發(fā)生氣化反應(yīng)是吸熱的,而在高爐中上部參加間接還原又放出熱量,有利間接還原的發(fā)展。這對(duì)進(jìn)一步使用高風(fēng)溫和發(fā)展間接還原都有利，因噴煤帶入氣體量很有限,不會(huì)給高爐冶煉行程帶來(lái)大的影響。

3 高爐煤氣干法除塵系統(tǒng)煤氣回收時(shí)的溫度掌控

高爐大修或新建高爐開(kāi)爐,對(duì)于濕法煤氣回收系統(tǒng)，高爐點(diǎn)火后煤氣回收條件是送風(fēng)風(fēng)口全部著火，煤氣檢驗(yàn)合格即可回收并網(wǎng)。新的問(wèn)題是，近年來(lái)多采用布袋干法煤氣回收系統(tǒng)，要求爐頂煤氣溫度達(dá)到一定時(shí)才能回收，且各家規(guī)程規(guī)定布袋除塵器接收煤氣條件是爐頂溫度在100—250 0C范圍內(nèi)。設(shè)置低溫限是防止結(jié)露粘布袋，設(shè)置高溫限是防止燒布袋。新開(kāi)高爐爐頂煤氣溫度提高較慢，多在著火后近15h，尤其濕料開(kāi)爐，造成煤氣長(zhǎng)時(shí)間不回收，有的長(zhǎng)達(dá)20h以上，大量高爐煤氣放散入空中,產(chǎn)生浪費(fèi)和污染環(huán)境,每小時(shí)數(shù)十萬(wàn)有毒的高爐煤氣放入大氣,比排CO2危害更大。

為此建議，送風(fēng)點(diǎn)火前先送幾個(gè)小時(shí)冷風(fēng)(100～200 ºC)，對(duì)料柱干燥和加熱，這樣點(diǎn)著火后頂溫升得較快，實(shí)際上只要送風(fēng)風(fēng)口全部著火,料柱內(nèi)殘氧全部趕盡就可回收煤氣,不必?fù)?dān)心布袋結(jié)露而粘結(jié)，這樣可加速煤氣回收。但對(duì)帶風(fēng)裝料，爐頂粉塵排出量大不宜采用。這里有個(gè)認(rèn)識(shí)問(wèn)題：有些布袋煤氣除塵系統(tǒng)規(guī)程中要求爐頂溫度在100—2500C時(shí)才能回收煤氣,有甚者把下限溫度提到120 0C。筆者認(rèn)為這是江南幾十年前干式布袋除塵開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)的做法,沒(méi)有足夠理論根據(jù)，值得商討，不宜照搬。規(guī)程也有不正確的時(shí)候。造成布袋結(jié)露掛臘的充分必要條件是：煤氣中水蒸汽濃度和溫度同時(shí)具備結(jié)露條件時(shí)，才能結(jié)露，缺一條件就不會(huì)結(jié)露。

上世紀(jì)70年代煉鐵設(shè)計(jì)資料手冊(cè)就有關(guān)于大氣濕度與結(jié)露溫度關(guān)系的介紹，將其制成圖3?？蓪t頂煤氣中含濕量算出與對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度查表得出，此時(shí)的露點(diǎn)溫度就是允許煤氣回收溫度，筆者簡(jiǎn)易計(jì)算表明，爐頂溫度大于30 0C可回收煤氣，且有多次實(shí)踐。

2006年12月鞍鋼新4高爐(2580m3)開(kāi)爐，且冬季,采用濕熄焦和全人造富礦開(kāi)爐，包括大氣濕度在內(nèi)計(jì)算的的爐頂煤氣含濕是在16g/m3左右，對(duì)應(yīng)的結(jié)露溫度是190C，此時(shí)爐頂溫度達(dá)30 0C即可回收煤氣，實(shí)際當(dāng)時(shí)600C回收了煤氣，結(jié)果很好。

2011年8月16日江南一座1780m3高爐新建開(kāi)爐，采用布袋除塵回收煤氣系統(tǒng)，同樣用廢舊枕木填充爐缸，16個(gè)風(fēng)口送風(fēng)點(diǎn)火，風(fēng)口著火到煤氣回收完不剄30min，當(dāng)時(shí)爐頂溫度37—38 0C，幾乎是盛夏的大氣溫度，原預(yù)計(jì)要堵塞2—3個(gè)布袋箱體，但結(jié)果一根布袋都沒(méi)掛粉和堵塞,安全順利開(kāi)爐。

再有各企業(yè)高爐噴煤的制粉系統(tǒng),其磨煤收煤布袋系統(tǒng)都控制≤70℃,再高怕布袋著火，磨的煤多為洗精煤,其含水都在12%以上,其磨煤的干燥劑或載氣中含H2O遠(yuǎn)高于高爐煤氣中的H2O,其含粉濃放多在500g/m3(高爐煤氣含塵30g/m3左右)，制粉系統(tǒng)均正常運(yùn)行。上世紀(jì)六十年代鞍鋼同志在建制粉噴煤車間時(shí),計(jì)算鞍山地區(qū)磨制煤粉布袋結(jié)露溫度是54℃,收粉布袋箱溫度一直控制在≤70℃,己運(yùn)行了近50年，掛蠟堵袋幾乎沒(méi)有。當(dāng)前仍有一些同志糾結(jié),尤其是在制定操作規(guī)程上。

由此可說(shuō)明，燒結(jié)生產(chǎn)主抽風(fēng)機(jī)前的除塵方式，也可改傳統(tǒng)的電除塵為布袋除塵以提高效率，且有很多實(shí)例了。

4 高爐干法除塵的防腐技術(shù)

高爐煤氣采用干法除塵凈化，給企業(yè)帶來(lái)節(jié)水、TRT多發(fā)電、提高風(fēng)溫、減少污染等諸多好處。筆者曾根據(jù)實(shí)際核算這項(xiàng)技術(shù)可降低噸鐵成本12-15元/t。但同時(shí)出現(xiàn)管道被腐蝕的現(xiàn)象,如某2002年才有高爐煉鐵的企業(yè),至2013年因煤氣管網(wǎng)蝕壞嚴(yán)重，被迫在管道外部采用全線包裹防漏措施。究其原因是高爐煤氣含有Cl-和SO2-,同時(shí)煤氣中含有H2O蒸氣,結(jié)合后生成鹽酸和次硫酸,對(duì)鋼管道產(chǎn)生腐蝕,尤其是進(jìn)口礦量增加,Cl-更高,這一現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，有的甚至影響后道工序的生產(chǎn)?，F(xiàn)在的辦法是:

(1)有的企業(yè)采用煤氣布袋除塵出口處?kù)F化噴灑石灰水，使其生成CaCl和CaSO3(在水中沉淀),其后端增設(shè)旋流脫水裝置,水循環(huán)使用,建個(gè)小型沉淀池,固體物沉淀回收，以解決后部高爐煤氣管網(wǎng)腐蝕問(wèn)題。

(2)重力除塵器或旋風(fēng)除塵器出口至布袋除塵器入口的半凈煤氣管道上采用噴涂50mm的耐材,防止點(diǎn)蝕。

5 新型旋風(fēng)除塵器優(yōu)于進(jìn)口設(shè)備

在高爐粗煤氣和半凈煤氣處理上,干法凈化上大量購(gòu)買國(guó)外的旋風(fēng)除塵器,濕法上大量購(gòu)買比肖夫和戴維鐘水洗凈化設(shè)備,這些設(shè)備運(yùn)行成本高,維護(hù)費(fèi)用高,難于調(diào)節(jié),耐磨塊掉落堵塞缷灰系統(tǒng)。鞍鋼在高爐改造中，采用濕法的則引進(jìn)了6臺(tái)比肖夫塔，燃?xì)鈴S在使用時(shí)吃了不少苦頭，主要是重力除塵效率低，比肖夫旋流塔磨損嚴(yán)重。而在后來(lái)改造中則采用干法除塵，也不再引進(jìn)旋風(fēng)除塵,而是與鞍山享通公司合作開(kāi)發(fā)了新型旋流除塵器(螺旋筒式旋風(fēng)除塵工藝設(shè)備，發(fā)明專利號(hào)：ZL200510073304.1)。從2006年第一臺(tái)旋流除塵器用在4高爐(2580m3)至今，國(guó)內(nèi)已有幾十臺(tái)投用，爐容在1000-4860m3不同級(jí)別的高爐上。與傳統(tǒng)的重力除塵器比,其直徑縮小了一半,除塵效率提高到75-85%，眾知的重力除塵器最好的效率最好的是50%，其提高率是50%以上。從鞍鋼4高爐運(yùn)行10年實(shí)踐表明，完全克服了引進(jìn)的設(shè)備弊端，效率提高后帶來(lái)布袋壽命的延長(zhǎng)，設(shè)計(jì)一年更換的布袋已延至3年以上。10年來(lái)也沒(méi)有維修過(guò)。

6 高爐低噪音煤氣壓力調(diào)節(jié)閥

高爐煉鐵自上世紀(jì)50年代就改為高壓操作，是3高理論之一,都是在高爐凈煤氣出口與企業(yè)煤氣管網(wǎng)處設(shè)置調(diào)壓閥組組(有的叫傍通閥組，鞍鋼習(xí)慣叫高壓閥組)，是在一根煤氣總管上并聯(lián)安裝3-4臺(tái)不同直徑的閥門,根據(jù)高爐頂壓的要求,開(kāi)、關(guān)、調(diào)節(jié)不同通徑的閥門來(lái)達(dá)到目的,同時(shí)這些閥門必配置電動(dòng)和氣、液動(dòng)傳動(dòng)裝置,以滿足反應(yīng)速度要求。傳統(tǒng)的調(diào)壓閥組還帶有一DN200mm常通管以保護(hù)鼓風(fēng)機(jī)，這對(duì)TRT出力受到制約。2009年鞍鋼新5高爐(2580m3)改造中新開(kāi)發(fā)了一種由一個(gè)鐘型閥組成的液壓驅(qū)動(dòng)無(wú)級(jí)可調(diào)調(diào)壓閥(煉鐵高爐用的低噪音煤氣壓力調(diào)節(jié)閥,專利ZL200820011354.6)。使用至今效果良好，由傳統(tǒng)的調(diào)壓閥組調(diào)節(jié)的高爐頂壓在5kPa范圍內(nèi)波動(dòng)，新型閥門調(diào)節(jié)的高爐頂壓在1kPa范圍內(nèi)波動(dòng)。已運(yùn)行6年效果甚好，也建議擴(kuò)廣應(yīng)用。