高爐能源回收利用與環(huán)境保護

第八章能源回收利用與環(huán)境保護

1一、高爐爐頂余壓發(fā)電

為了回收高爐煤氣的物理能，在高爐煤氣系統(tǒng)設(shè)置透平發(fā)電機組(簡稱TRT)，與調(diào)壓閥組并聯(lián)，利用煤氣的壓力能和熱能發(fā)電。一般情況下，高爐車間的余壓發(fā)電能滿足高爐車間自身用電量(高爐鼓風(fēng)機電耗除外)。高爐透平發(fā)電機有3種形式：軸流向心式、軸流沖動式和軸流反動式。其中軸流反動式透平機質(zhì)量小、效率高，寶鋼1號高爐TRT采用此種形式。2從透平機的能力和對爐頂壓力控制兩方面考慮，爐頂余壓透平回收方式有3種：(1)部分回收方式。設(shè)計通過透平機的最大煤氣量小于高爐產(chǎn)生的煤氣量。高爐正常生產(chǎn)情況下，通過透平機的煤氣量保持不變，爐頂煤氣壓力由調(diào)壓閥組控制。(2)全部回收方式。設(shè)計通過透平機的最大煤氣量大于高爐產(chǎn)生的煤氣量，爐頂煤氣壓力由透平機調(diào)速閥或靜葉自動調(diào)節(jié)控制。(3)平均回收方式。設(shè)計通過透平機的最大煤氣量為高爐生產(chǎn)產(chǎn)生煤氣量波動幅度的平均值。爐頂煤氣壓力由調(diào)壓閥組和透平機分別控制，這種回收方式發(fā)電能力較高，設(shè)備投資低，投資回收期最短，而且又能保證高爐爐頂壓力的穩(wěn)定。寶鋼1號高爐TRT采用平均回收方式。3圖10-1寶鋼TRT高爐煤氣系統(tǒng)1－透平；2－發(fā)電機；3－調(diào)速閥；4－緊急切斷閥；5－眼鏡閥；6－入口蝶閥；7－NK閥；8－除霧器；9－減壓閥組；10－高爐煤氣4寶鋼1號高爐TRT工藝設(shè)計參數(shù)如下：

通過最大煤氣量670000m3/h·臺入口管交接點煤氣壓力0.22Mpa(表壓)出口管交接點煤氣壓力0.13Mpa(表壓)入口煤氣溫度55℃高爐煤氣相對濕度100％煤氣中機械水含量小于7g/m3入口煤氣含塵量小于10mg/m3出口煤氣含塵量小于3mg/m3額定發(fā)電能力17440kW5圖10－2煤氣透平機功率（透平入口溫度55℃時）

6二、熱風(fēng)爐煙道廢氣余熱回收一

高爐熱風(fēng)爐的煙氣溫度為250～350℃，煙氣量大，具有較多的余熱。利用高爐熱風(fēng)爐廢氣的熱量來預(yù)熱助燃空氣和煤氣，能提高熱風(fēng)爐的理論燃燒溫度，進而提高風(fēng)溫，是增加高爐噴煤量和降低燃料比的有效措施。煤氣低發(fā)熱值，KJ/m3助燃空氣預(yù)熱溫度，℃煤氣預(yù)熱溫度，℃2010020030020100200300293111851208123712661185121912701322334912941319135113851294132513731422376813941421145614911394142414691515表10－1助燃空氣溫度與煤氣溫度對理論燃燒溫度的影響

7目前常用的余熱回收裝置有

熱管式換熱器和熱媒式換熱器兩種。

1、熱管式換熱器

圖10－3熱管換熱器工作原理

8熱管式熱交換器在結(jié)構(gòu)上可分為

整體式熱管換熱器和分離式熱管換熱器。

(1)整體式熱管換熱器1－引風(fēng)機；2－煤氣換熱器；3－助燃風(fēng)機；4－空氣換熱器；5－熱風(fēng)爐；6－煙囪圖10－4整體式熱管換熱器工藝流程9(2)分離式熱管換熱器圖10－5分離式熱管換熱器工藝流程

1-熱媒體貯存罐；2－供給泵；3－膨脹罐；4－循環(huán)泵；5－熱風(fēng)爐煙道廢氣；6－助燃空氣；7－煤氣；8－氮氣102、熱媒式換熱器

熱媒式換熱器的工藝流程見圖10－6，主要設(shè)備包括煙氣換熱器、助燃空氣換熱器、煤氣換熱器、循環(huán)泵、熱媒體貯罐、膨脹罐、供給泵等。熱媒式換熱器的工作原理是：熱媒體在循環(huán)泵的強制驅(qū)動下流入煙氣換熱器中的鋼管內(nèi)而被熱風(fēng)爐煙道廢氣加熱，冷卻后的熱風(fēng)爐煙道廢氣通過煙囪排入大氣，加熱后的熱媒體流入助燃空氣換熱器和煤氣換熱器的鋼管內(nèi)，將熱量傳遞給助燃空氣和煤氣，加熱后的助燃空氣和煤氣送入熱風(fēng)爐內(nèi)燃燒，冷卻后的熱媒體經(jīng)過循環(huán)泵再次送入煙氣換熱器內(nèi)加熱，如此循環(huán)。11圖10－6熱媒式換熱器工藝流程1－煙囪；2－煙氣換熱器；3－循環(huán)泵；4－熱媒體貯罐；5－供給泵；6－煤氣換熱器；7－助燃風(fēng)機；8－助燃空氣換熱器；9－膨脹罐；10－外燃式熱風(fēng)爐12

熱媒的種類很多，常用的有水、油、導(dǎo)熱姆等，在使用時一般要考慮熱媒的安全性，如：有無毒性、是否和管壁反應(yīng)分解、有無碳化沉積現(xiàn)象等。熱媒式換熱器的優(yōu)點是：①熱媒體采用導(dǎo)熱油，具有較高溫度下的熱穩(wěn)定性，可長期連續(xù)使用。②受熱側(cè)、放熱側(cè)分離設(shè)置，不會因漏氣造成預(yù)熱煤氣不安全的問題，可同時預(yù)熱空氣和煤氣。熱效率高，氣密性好，可以通過調(diào)節(jié)熱媒體的流量來調(diào)節(jié)預(yù)熱助燃空氣和預(yù)熱煤氣之間的熱量。③工藝可分散布置，適應(yīng)于熱風(fēng)爐區(qū)場地狹窄的技術(shù)改造。④換熱器小而輕，便于安裝和更換，維護簡便。其缺點主要是清灰較困難，應(yīng)適當(dāng)加大翅片和翅片管間距，以便清掃和減少阻力。對加壓循環(huán)泵的要求比較高。13三、熱風(fēng)爐煙道廢氣余熱回收二近來，用熱風(fēng)爐煙道廢氣作為干燥介質(zhì)來干燥煤粉被大力推廣。熱風(fēng)爐廢氣具有150～350℃的溫度和含氧量低（<1%），且量大，在質(zhì)和量方面均能保證噴吹煙煤的生產(chǎn)需求和安全要求。使用熱風(fēng)爐廢氣可使高爐與噴吹同步，同時節(jié)省了能源。因此，采用燃燒爐熱風(fēng)和熱風(fēng)爐廢氣一道作為干燥介質(zhì)是目前制粉干燥用氣的最佳的選擇14圖10-7熱煙氣系統(tǒng)工藝流程1-調(diào)節(jié)閥；2-引風(fēng)機；3-燃燒爐；4-煙囪閥；5-切斷閥；6-煙氣引風(fēng)機15四、粉塵污染的控制

1、煉鐵廠的粉塵來源及特性高爐煉鐵的粉塵主要來自于出鐵場和原料系統(tǒng)。

出鐵場產(chǎn)生的污染物是高爐在出鐵、出渣時產(chǎn)生的煙塵和高溫鐵水、熔渣接觸其他可燃物產(chǎn)生的煙塵。高爐每生產(chǎn)1t生鐵，在出鐵廠平均散發(fā)出2.5kg煙塵，其中正常出鐵時，鐵水溝、渣溝、撇渣器、擺動流嘴和鐵水罐等各點產(chǎn)生的煙塵屬于一次煙塵，占全部煙塵量的86％。在開、堵鐵口時產(chǎn)生的煙塵屬于二次煙塵，占14％。國家環(huán)保要求1000m3級以上高爐的出鐵廠應(yīng)設(shè)置一次煙塵和二次煙塵的凈化設(shè)施，而小于1000m3級的高爐應(yīng)設(shè)置一次煙塵凈化設(shè)施。

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出鐵場煙氣溫度較高，一般為70～200℃，煙塵粒度一般在10um以下的占50～60％，煙塵中Fe2O369.4％，SiO210.97％，C15．49％，其它Al2O3、CaO、MgO等含量都很少，含C量較高是由于出鐵過程中鐵水冷卻，從表面析出石墨碳之故。17

高爐原料系統(tǒng)產(chǎn)生粉塵的地方主要有槽上的卸料、皮帶機的轉(zhuǎn)運和槽下篩分，原燃料裝入料車、集料斗等，粉塵濃度大致為5～8g/m3。國家標(biāo)準(zhǔn)要求礦槽上下都采用皮帶機，所有轉(zhuǎn)運站、槽上受料口及槽下篩分設(shè)施都應(yīng)設(shè)有除塵凈化裝置，用皮帶機向爐頂上料時應(yīng)設(shè)置單獨的除塵裝置。要求所有除塵后排放的氣體含塵量小于100mg/m3，而工作環(huán)境空氣中的含塵量降到10mg/m3。各產(chǎn)塵點產(chǎn)塵量的大小與物料的品種、原燃料中粉末含量多少有關(guān)，通常燒結(jié)礦的產(chǎn)塵量較大。粉塵成分主要為Fe2O3、C、SiO2、CaO和MgO等。182、粉塵污染的控制

目前出鐵場的一次煙塵捕集治理，主要采用在產(chǎn)生煙塵的部位（出鐵口、鐵溝、渣溝、撇渣器、擺動流嘴和鐵水罐）設(shè)防塵罩，然后用風(fēng)機抽走煙塵，煙塵通過除塵管道進入布袋除塵器或電除塵器進行凈化，凈化后氣體的含塵量小于50mg/m3排入大氣。二次除塵系統(tǒng)是較困難的問題，現(xiàn)在有3種治理裝置：一是自然抽風(fēng)氣簾式，即把整個房頂看成一個通風(fēng)罩，在周圍設(shè)有通風(fēng)氣簾抽風(fēng)防塵，日本各廠大都采用這種方案；二是垂幕式，由活動垂幕組成的抽風(fēng)通道將粉塵抽走到除塵器除塵，寶鋼1號高爐采用此方式；三是在各出鐵口產(chǎn)塵點分散設(shè)密封罩分散捕集，統(tǒng)一抽風(fēng)除塵，鞍鋼10號高爐采用這種形式。原料系統(tǒng)的粉塵治理一般都采用抽風(fēng)罩、密封罩或兩者結(jié)合使用，將帶粉塵的空氣經(jīng)管道抽到除塵器凈化，凈化后的空氣經(jīng)煙囪排入大氣。19五.高爐生產(chǎn)對機械設(shè)備的要求

高爐生產(chǎn)是一個相當(dāng)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)。它所使用的機械設(shè)備種類繁多，五花八門，并且在繁重的條件下工作，不僅要承受巨大的載荷，往往還伴隨著高溫、高壓和多灰塵等不利因素，設(shè)備零件容易磨損和侵蝕。為了確保高爐生產(chǎn)的順利進行，它對機械設(shè)備提出了越來越高的要求。20(1)滿足生產(chǎn)工藝要求。工藝上的革新都是和設(shè)備的改進分不開的。例如爐頂裝料設(shè)備不僅要把大量的原料燃料裝入高爐，還要符合高爐布料和爐頂密封等工藝要求。

(2)要有高度的可靠性。高爐生產(chǎn)線上的機器一般是有固定的、單一的用途的。如果一臺機器(不論是上料皮帶機或爐頂裝料設(shè)備或堵鐵口的泥炮)發(fā)生事故，就會引起整個高爐的休風(fēng)甚至停爐。因此要求各種機械設(shè)備必須安全可靠，動作靈活準(zhǔn)確，有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性等。(3)要提高壽命并易于維修。冶金設(shè)備的許多零件往往不是因為強度不夠，而是由于磨損而報廢。特別是高爐生產(chǎn)，各種原燃料對金屬的磨損作用很大，加上高溫高壓煤氣的沖刷作用，零件的磨損和壽命問題更加突出。機械設(shè)備不僅要耐磨，并且損壞后要容易修理，在平時要易于檢查和維護。21(4)要易于實現(xiàn)自動化