转炉炼钢中能量回收与利用(可做冶金专业毕业论文哦)

第一篇：转炉炼钢中能量回收与利用(可做冶金专业毕业论文哦)

摘要

转炉实现负能炼钢是衡量一个现代化炼钢厂生产技术水平的重要标志，转炉 负能炼钢意味着转炉炼钢工序消耗的总能量小于回收的总能量，即转炉炼钢_!几序 能耗小于零。

本文通过转炉炼钢热平衡的计算，由能量守恒定律可以得到转炉__I_序能耗模 型，分析计算转炉工序中各个能量消耗以及回收利用的情况，来讨论是否能够进 行负能炼钢。通过对模型中各个因素的分析，研究在理想条件下转炉工序能耗的 最小值，进而分析实际能耗与最小能耗的差异。对于转炉能耗指标分析得到如下 结论:(1)提高转炉煤气和蒸汽回收量、降低电的消耗量是实现负能炼钢的关键;(2)原始炉气中CO的浓度越大，煤气回收量就越大;当空气吸入系数越小，转炉煤气回收比越大，煤气回收量也越大;当铁水比越大，铁水中的碳以及含碳 物料中碳氧化产生的总共的炉气量越大，煤气回收量也越大。

(3)在理想工况条件下，吨钢最小氧气的消耗量为72.97kg/t，即S 1.08m3/t;最 大煤气回收量128.83扩/t;最大蒸汽回收量71.63k醉;工序能耗的最小值为 一18.96kgce/t;(4)通过对转炉能耗进行分析与计算，得出在目前的消耗水平下，若蒸汽回收 量平均达到52卿，其转炉煤气的回收量至少要达到88扩/t的水平，转炉刁’能实 现“负能炼钢”。

关键词:转炉;负能炼钢;节能;措施;最小能耗

Abstract

The realization of converter negative energy consumption steelmaking is very important symbol for a modern steel making enterprise } which means the total energy consumption of converter steelmaking process is less than the total energy recovered during the steelmaking process.The discussion of the realization of negative energy consumption is based on the calculation of thermal equilibrium, the result of process energy consumption modeling,and the analysis of various converter processes energy consumption and recycling.By examination of the various factors of the model is studied in standand the modynamic state.The minimum energy consumption of the converter processes the analysis of actual energy consumption with the smallest differences in energy consumption.Analysis of energy consumption model for the converter shows:(1)Increasing the recovery amount of gas and vapor and reducing the energy consumption are the keys for negative energy steel-making;(2)The greater the concentration of CO in the original furnace gas, the greater the gas is recoveried;the smaller the air inhaled coefficient，the greater the converter gas is recoveried, and the greater the volume of gas is recoveried;the greater the molten iron and the carbon content in molten iron and carbon-carbon materials in the total oxidation of the furnace, the more the amout of recoveried gas is.(3)Under ideal working conditions, the smallest oxygen consumption per ton is 72.97kg/t, i.e.51.08m3/t;the largest gas recovery volume is128.83m3/t;the largest collection of steam is 71.63kg/t;The minimum process energy consumption is一18.96kgce/t;(4)Considering the calcuted results of energy consumption and the practice, if the average amount of vapure recovery is 52kg/t, the converter gas recovery is at least 88m3/t ,then the converter can achieve “negative energy consumption.”

Keywords: converter,steelmaking withmeasure，Minimum energy consumption.minus consumption,energy saving, 目录

1绪论.....................................................................1 1.1冶金能源............................................1 1.1.l冶金能源及其构成................................1 1.1.2冶金能源消耗概况................................2 1.2钢铁冶金工业能耗现状................................3 1.2.1我国钢铁工业能耗现状............................4 1.2.2我国钢铁工业能耗与国际先进水平的差距............4 1.2.3我国钢铁工业能耗同国际先进水平存在差距的原因....8 1.3课题研究的目的意义以及主要内容......................9 2转炉炼钢能量回收利用的主要措施..........................11 2.1转炉煤气的回收工艺..................................12 2.1.1湿法工艺........................................13 2.1.2干法工艺........................................13 2.2 OG法与LT法的对比..................................14 2.3主要设备的简介......................................17 2.4转炉炼钢能量回收利用的主要措施......................19 2.4.1降低能量消耗的措施..............................19 2.4.2提高转炉煤气的回收水平..........................19 2.4.3提高转炉余热蒸汽的回收利用水平..................21 3.结论..................................................23 4.参考文献..............................................24

绪论

1.1冶金能源

1.1.1冶金能源及其构成

我国冶金工业消耗的能源量，约占全国能源消耗总量的1214% o因此，冶金工业能否有效地利用能源，对全国能源的供需有较大的影响。

一般情况下，冶金工业只购入四种能源，即:煤炭、重油、天然气、电。习惯上，这四种能源叫做“冶金工业的购入能源”。

冶金厂所用的煤炭，主要是洗精煤、无烟煤和动力煤等。洗精煤用于炼焦;无烟煤用于烧结和高炉喷吹;动力煤用于自备电厂发电、蒸汽机车、=I: }}%锅炉和其他炉窖。重油和天然气是国家宝贵的资源，冶金厂应尽量少用。钢铁联合企业，应首先考虑充分利用内部的副产煤气(焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气)，只是在工序无法平衡时，才用重油、煤炭、天然气来补缺。冶金厂所用的电力，一般是购入的。但较大的联合企业有自己的发电厂，它用购入的动力煤和企业内部剩余的高炉煤气为燃料来发电。I1-}l 冶金工业虽然只从外部购入煤炭、重油、天然气、电等四种能源，但在生产过程中这些购入能源将转换为多种形式的其他能源。最常见的有焦炭、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、电力、蒸汽、氧、压缩空气等等。这些能源，习惯上叫做“冶金工业自产能源”。

冶金能源的构成，是指在购入能源总量中，煤炭、重油、天然气、电各自所占的比重。煤炭是我国钢铁工业的主要能源。此外，电力和重油也各占有一定比重。天然气用量很少。按国家计划，今后将进一步体现以煤为主的方针。美国、德国、日本等国的钢铁能源中，煤炭所占的比重低于我国，而重油或天然气的比重高于我国。这是由这些国家的资源状况和国际贸易状况决定的

1.1.2冶金能源消耗概况

能源是人类可持续发展的前提，钢铁材料现在仍然是人类进步和发展 的基础材料。然而钢铁材料生产与其巨大耗能之间的矛盾日益突出。作为发展中国家，中国的情况尤为突出。1996年，我国钢产量首次突破了1亿吨，之后仅用了7年(19962003)钢产量达到2亿吨。去年我国钢产量已达到5.4亿吨。目前，我国的钢产量比居世界第二、第三、第四位国家的产量之和还要多，占世界钢产量的26.31。巨大的产钢量造成钢铁工业能源消耗量的剧增。虽然中国的吨钢能耗在逐年下降，但是全国钢铁生产的年总能耗一直在逐年上升，节能工作任重道远。

分析冶金能耗的变化趋势和现状，大力倡导节约能源，加大节能力度对未来钢铁工业发展意义重大。

(1)世界能源消耗概况【5-7] 世界一次能源构成主要是煤炭、天然气、石油、核能和水电，能源消费的增量主要是天然气、石油、核能和水电，煤炭消费在发达国家近十年几乎没有增加。1991一1998年全世界煤炭消费的平均增长速度为0.62% } 1998 ^' 2000年增长速度为1.01%;1991-2000年石油和天然气增长速度超过了1.7%;核能和水电增长速度超过了2.4% 0 2000年世界能源消费总量为%.43亿吨标准油，排名前五位的国家依次是:美国23.00亿吨标准油，占总量的25.4%;中国9.28亿吨标准油，占总量的10.26%;俄罗斯6.07亿吨标准油，占总量的6.7%;日本5.25亿吨标准油，占总量的5.8%;德国3.40亿吨标准油，占总量的3.8% o(2)中国能源消耗概况}a-to] 中国能源消费归结起来，呈现以下特点: ①能源消费总量大，人均占有能源少。2000年总能耗在世界上排行第二，仅次于美国，而人均能源消费量不到世界平均水平的一半，不足美国的十二分之一。

②.能源整体消费差异。中国:工业占60.4%，建筑26.3%，交通13.3%:美国:工业占25.4%，建筑31.9%，交通42.7% a ③.能源消费结构以煤为主。国际上主导能源为石油，其次为煤炭和天然气。但煤炭在我国能源消费结构占据比例大于70%。近年来中国煤炭消费约占世界消费量的36%，这种特点使我国能源结构脱离世界能源消费主流。以煤为主

的能源结构，客观上造成我国能源利用效率较低、污染较严重、产品能源成本高，市场竞争能力差。

④.能源消费引起的污染物排放使环境不堪重负。我国煤炭大多属于中低硫煤和中灰煤。国际市场交易的动力煤，其热值比我国平均高2$%，含硫量低2$%一40%，灰分含量低$0%，这种煤炭为主的能源结构特点加大了环境污染，其中主要是SOZ，造成的酸雨对土壤的影响，CO:排放对大气环境的影响。

⑤.能源资源相对贫乏，长期能源供应面临严重的短缺。中国的石油储量仅占世界储量的1.8%，天然气占0.7%，铁矿石不足9%，铜矿不足$%，水资源不足7% 综上所述，我国的能源质量较差，利用率低，且存在严重短缺现象。因此，节能降耗是我国经济长期持续发展的必须要重视的问题。

1.2钢铁冶金工业能耗现状

钢铁行业是我国的基础产业，我国钢铁行业装备及技术创新任重而道远。科技水平的高低直接关系到一个国家综合国力的强弱。在我国，科技水平较低一直是困扰经济发展的一个大问题。钢铁行业也不例外，技术装备落后是中国钢铁行业目前存在的最大问题。近几年来，我国钢铁企业的技术装备水平虽然得到较大的提高，但与发达国家相比，还存在很大的差距。在钢铁出口产品中，我国的初级产品比重高达60%，而高级产品的比重我国只有20%，仅占美国的30%;Fl木的27%;韩国的26%。并且，高附加值产品的比重仅为3%，与发达国家的差距更远。按生产能力统计，我国钢铁工业有竞争能力的装备约占$0%，其余是需要改造和淘汰的。在大中型钢铁企业中，炼铁高炉中约有2$00万吨的生产能力是落后的。在轧钢设备中，具有国际先进技术水平的设备不到$0%。目前，我国在整体装备上达到国际先进水平的大型钢铁企业只有宝钢和天津钢管公司。【”一‘2】我国钢铁产量、消费量、净出口量以及铁矿石进口量均居世界第一。2004年，中国生铁产量为2.$1亿t，钢产量为2.72亿t，焦炭产量为2.09亿t。据统计，2003年中钢铁工业消耗了2.74亿t标准煤，占全国能源消耗量的16.3%，消耗量仅次于电力工业。

中国古代思想家荀子两千年前就提出，“强本而节用，则天不能贫”。而我国资源储量的“本”并不强，如果不在合理使用上下功夫，不顾自然、不计代价、不为未来、竭泽而渔、竭矿而采，就会很快耗尽国内资源，而且会加大全球资源供给的压力。钢铁工业的节能降耗是我国能源和环境战略中一个十分重要的环节。

1.2.1我国钢铁工业能耗现状

(1)钢铁工业能源消耗与能源结构[13-17] 从1980年以来，我国钢铁工业能源消耗一直占全国总能耗的10%左右。能源消耗结构中，煤炭占主导地位，电力其次，其他能源占有份额较少。如2002年的钢铁能源消耗中，煤炭占72.19%，电力占23.52%，其他总和不到5%，并且大型钢铁联合企业煤炭消耗量超出该比例，如宝钢、鞍钢、武钢、首钢的煤炭消耗量均远大于5%0(2)钢铁企业能耗状况。

钢铁工业是国民经济重要的基础原材料工业，也是高耗能、高污染工业。钢铁工业节约潜力巨大，因此，国外大型钢铁企业纷纷采取先进技术，开展节能降耗和综合利用，发展循环经济，不断优化工业的能耗指标和环保指标，以期达到能耗最少，环保最优。与国外发达水平相比，我国钢铁工业差距明显。据统计，截止到2003年，全国重点大中型钢铁企业吨钢综合能耗呈现持续下降趋势，2003年吨钢综合能耗达到0.767吨标煤/吨钢。比国际先进水平高0.081吨标煤/吨钢;吨钢耗新水11.15时，比国际先进水平高7.3m3;固体废物综合利用率60.4%，比国际先进水平低37.6% o(3)工序能耗} t g-zoo 钢铁企业的工序能耗反映了生产中各工序的能耗组成，分析工序能耗可为节能提供努力方向。通过对钢铁工业能耗情况的表现分析，我们可以列出如下趋势: ①.钢产量逐年上升的同时，钢铁工业用能呈上升趋势;②.吨钢综合能耗一直为下降趋势;③.工序能耗连续逐年下降的同时，铁工序能耗近年略有上升;④.宝钢、武钢、鞍钢等企业由于注重铁、钢工序的能源回收利用，取得了较好的能耗指标。

1.2.2我国钥铁工业能耗与国际先进水平的差距

“九五”至今，是我国钢铁工业由钢铁大国走向钢铁强国的关键时期。这个时期的主要任务是通过对现有企业的技术改造，淘汰落后工艺与装备，增加品种，提高质量，降低消耗，优化结构，提高劳动生产率，坚持可持续发展战略，搞好环境保护和资源的综合利用，全面提高钢铁企业在国内外市场的竞争力，建成能占据国内市场，并在国际市场占有一席之地的强大的民族钢铁工业。节能降耗是环境保护的要求也是企业获取利润的关键之一，是提高市场占有率的根本措施。其基本思路是强化能源管理，加速连铸、喷煤、连扎等新工艺新技术的推广应用，加大节能投资力度，重点推动大型企业节能技术改造，提高企业能源使用效率，从根本上改变高能耗状况，大幅度降低成本。

(1)吨钢综合能耗比较[[21-24] 将国内大、中型钢铁企业的综合能耗进行比较，在能耗大于100万吨煤的45家企业中，综合能耗大于宝钢有39家，2003年其平均水平和宝钢仍存在0.148tgce/t，的差距;全国73家人中型企业的吨钢综合能耗介于宝钢与这39家企业之间，原因是其中有部分电炉钢厂;全国没有统计的中、小企业的综合能耗指标大于39家的指标，说明节能潜力存在很大空间。如果以宝钢的先进指标为基准，我国大型企业仍然存在很大的节能空间。鞍钢炼钢工序能耗分别比宝钢、武钢高8.1 kgce/t }, 1.5 kgce/t }，差距主要体现在能源回收上。夏季鞍钢煤气，蒸汽总量过剩，使转炉煤气蒸汽回收受到限制.鞍钢吨钢回收蒸汽为13.6kg,宝钢为33kg,武钢为30kgo。

以2008年日本钢铁工业吨钢可比能耗和钢铁生产过程的工序能耗作为国际先进水平，与纳入钢铁工业协会统计的大中型钢铁企业比较，总体来看我国钢铁工业能耗总水平比国际先进水平相差10%左右。具体数据见表1.20 表1.2 2008年大中型钢铁企业能耗与国际先进水平比较(单位:公斤标煤/吨钢)国别项目吨钢可比能耗焦化工序烧结工序炼铁_[序转炉_「序轧钢Ia节

2008年我国粗钢产量27470.7万吨，其中纳入统计的大中型钢铁企业产粗钢23354.3万吨，占全国总量的85.02%;其他中小企业产钢4116.4万吨，:片个国总量的14.98%。中小企业能耗与大中型企业比较，在能源消耗方面存在明显的差趴。详情见表1.3。

上述列表对比说明，我国中小型企业的能耗指标，同大中型钢铁企业整体水平比较，存在约50%左右的差距。我国钢铁工业全行业的能耗水平同国际先进水平比较，大中型钢铁企业与国际先进水平比较有很大差距。总体来说，存在20%左右的差距。可见，我国钢铁工业的节能改造十分重要，且任重道远。

(2)工序能耗比较

钢铁工业是国民经济重要的基础原材料工业，也是高耗能、高污染工业。钢 铁工业节约潜力巨大，为此国外大型钢铁企业纷纷采取先进技术，开展节能降耗和综合利用，发展循环经济，不断优化能耗指标和环保指标，以达到能耗最少，环保最优。国外先进国家的高炉焦比已达到300kg/t以下，燃料比小于SOOkg/t。我国重点钢铁企业的入炉焦比为426kg/t，部分其他企业为488kg/t，燃料比在560kg/t左右。高炉工序的能耗比世界先进水平高50} 1 OOkgce/t。吨钢耗新水11.15m3，比国际先进水平高7.3m3;固体废物综合利用率60.4%，比国际先进水平低37.6%。我国宝钢、武钢等企业己实现了转炉工序“负能炼钢”，且宝钢己实现了炼钢厂“负能炼钢”，但我国转炉工序能耗平均水平仍为23.56kgce/t。，日本君津钢厂转炉工序能耗为一6.27吨ce/t }。可见行业总体差距还很大。表1.4列出了2003年我国重点钢铁企业平均工序能耗与国际先进水平(1999年)的比较数据。2003年我国钢铁工业吨钢综合能耗为770kgce，吨钢可比能耗698kgce;2003年日本钢铁工业吨钢综合能耗为656kgce, 2000年国外主要产钢国家(英、日、法、德)平均吨钢可比能耗为642kgce。这两项指标分别比国外先进水平高 出17.4%和8.7%.另外，我国重点钢铁企业之间主要工序能耗的差距很大，指标先进的宝钢已达到或超过国际先进水平，而落后的企业要高出先进值的1倍或数倍。这说明，我国钢铁工业节能的潜力还是很大的。新制订的《钢铁产业发展政策》明确提出，要建立循环型钢铁工厂，500万吨以上规模钢铁联合企业，要努力做到电力自供有余，实现外供。2005年，全行业吨钢综合能耗降到0.76吨标煤、吨钢可比能耗0.70吨标煤、吨钢耗新水12吨以下。计划加10年分别降到0.73吨标煤、0.685吨标煤、8吨以下;2020年分别降到0.7吨标煤，0.64吨标煤，6吨以下。表1.5为国内外大型钢铁企业工序能耗的比较。

资料来源:上海科学技术情报研究所整理

吨钢综合能耗:是指企业在报告期内平均每生产一吨钢所消耗的能源折合成标准煤量。吨钢可比能耗:是指企业在报告期内平均每生产一吨钢_!二序单位能耗和钢比率的总和折合成标准煤量。(3)冶金新技术对能耗的影响

钢铁工业对节能技术进步的投入，在促进生产装备水平的提高，增加企业经济效益，促进钢铁工业健康发展等方面起了很大作用。如宝钢率先引进了转炉煤气回收、能源管理中心等先进节能技术。这些节能技术的采用，给宝钢带来巨大经济效益。技术是决定生产效率、产品成本和产品质量的关键。例如:我国的连铸比较

低，仅此一项每年就要比日本多消耗能源4.SMt标煤，使吨钢综合能耗升71kg(标 煤)。又如美国纽柯公司因采用CSP(compact strip production)技术而大为获利。

CSP技术比传统的连铸技术投资，1期工程减少19% } 2期工程减少34%，吨钢生产成本降低80100美元，钢的综合成材率从93%提高到了%%，电耗从11 Okwh/t 降低到40kwh/t，劳动力节省67%。诸如此类的实例举不胜举。钢铁工业正处在一个新的时期:用户对钢的性能和质量要求越来越高，社会对生态环境的要求越来越苛刻，以及日益激烈的竞争环境。这些都要求钢铁工业加快技术更新的步伐，积极开发并采用冶金新技术。目前，科技进步对经济增长的贡献率，我国为25%}-40%，发达国家为5070%。说明我国的科研水平相对较低;且科技投入不够。发达国家的成功经验告诉我们，要加快经济发展，提高竞争力，必须依靠科技进步，采用新技术。转炉煤气的回收和余热利用(可产生蒸汽)，能够实现转炉炼钢工序负能耗作业。日本炼钢工序能耗占钢铁生产总能耗的3%，而我国是5.95%,可见转炉生产的节能降耗应该是我国钢铁工业节能的重点之一。转炉煤气的发热值在7000kJ/m3 ^} 8400kJ/m3，比高炉煤气的热值要高得多(高炉煤气热值为2800kJ/m3^}3SOOkJ/m3)应当充分回收合理利用。

1.2.3我国钥铁工业能耗同国际先进水平存在差距的原因

(1)我国钢铁工业产业集中度低，企业规模小而分散。

2009年我国粗钢产量500万吨以上的企业有18家，仅占全国粗钢总的 46.36%a 2008年日本粗钢产量最多的4家企业，占全国粗钢总量的73.22%;美国 3家企业，占61.09%;俄罗斯5家企业，占78.69%;韩国2家企业，占82%。据

中国钢铁工业协会统计，我国有钢铁生产企业871家，按2007年产粗钢34936.15万吨计算，平均每家企业粗钢产量仅40.1万吨，规模小而分散。

(2)钢铁企业装备大型化同发达国家有明显差距。2008年日本全国产粗钢1.12亿吨，全日本的高炉数量为28座，转炉 62座。据中国钢铁工业协会统计，2004年底我国高炉多达1131座，其中:1000立方米以上高炉只有18座，产能占总产能的31.96%;其余1113座均属于有效容积1000立方米以下的小高炉，产能占总产能的68.04% 0 2008年底我国炼钢转炉有553座，其中300吨以上转炉只有3座，120299吨转炉51座，产能分别占总产能的2.17%.22.57%;120吨以下的小转炉多达499座，其产能占总产能的75.26% o(3)节能技术、装备的普及率低。

除少数大型钢铁企业外，总体上看我国钢铁企业存在工艺、技术、装备的多层次性及企业流程、结构的不合理性，表现在采用节能、环保先进技术方面相对落后，一些先进的节能工艺技术、装备尚未得到普遍采用。

(4)二次能源回收利用率低。

按照目前我国高炉一转炉一轧钢的工艺流程进行测算，每生产1吨线材的总能耗为716公斤标煤，生产过程能源有效利用率为27%，其余73%为生产过程的余热。在73%的余热中，44%为生产过程外排气体(可燃煤气)的化学热;29%为生产过程固体物料的高温物理热。从总体上看，我国钢铁企业对生产过程产生的化学热、物理热回收利用率低，这是造成能耗高的重要原因。

1.3课题研究的目的意义以及主要内容

节能降耗，对建设资源节约型和环境友好型社会具有重要的推动作用，同时也是促进企业发展、提高企业经济效益的有效措施。转炉实现负能炼钢是衡量个现代化炼钢厂生产技术水平的重要标志，转炉负能炼钢意味着转炉炼钢_!二序消耗的总能量小于回收的总能量，即转炉炼钢工序能耗小于零。转炉炼钢工序过程中支出的能量主要包括:氧气、氮气、焦炉煤气、电、工业新水和使用外厂’蒸汽;转炉回收的能量主要包括:转炉煤气和蒸汽回收。工序能耗是个综合指标，不仅反映了工艺装备水平和技术水平的高低、也体现了生产管理水平和生产成本的高低，因此国际上先进钢厂都把实现转炉负能作为炼钢的重要指标。在现代炼钢技术中，由于负能炼钢技术的采用，转炉工序不但不消耗能源，反而成为生产能源的工序，负能炼钢技术得到了广大冶金工作者的极大重视。目前宝钢，武钢、一‘当钢、莱钢等厂已实现了负能炼钢，其中宝钢转炉工序能耗己达到一

6.49 kgce/t } o }3}}0}“负能炼钢”并未全部涵盖炼钢全工艺过程能量转换与能量平衡，因此不能作为整体评价炼钢工序能耗水平的唯一标准，但我国转炉炼钢比例超过80%因此转炉“负能炼钢”技术的全面推广对钢铁工业的技术进步及环境保护具有重大意义。

通过上述讨论，转炉负能炼钢对于转炉炼钢厂的环保及节能降耗工作的重要性已是不言而喻的。本研究针对转炉炼钢的能量平衡问题进行分析和讨论，并重点研究实现转炉负能炼钢各项技术措施。研究主要内容如下: ①对转炉炼钢的热平衡进行计算分析;②建立转炉工序能耗的分析模型;③对分析模型中的氧气消耗、电力消耗、煤气消耗、氮气消耗、氢气消耗、煤气回收、蒸汽回收及其它能量的消耗及回收等各项影响因素进行分析和计算，并评价它们对负能炼钢影响权重。

④依据建立的分析模型，讨论了转炉单元工序能耗的极限值，并分析实现最小能耗的技术措施。

根据上述研究内容，希望从理论上确定在一定条件下实现转炉负能炼钢的可行性，并对实际生产过程实现转炉负能炼钢提供有意义的指导作用。

2．转炉炼钢能量回收利用的主要措施

钢铁工业在生产过程中会产生大量的副产煤气(吨铁可产生约1800立方米高炉煤气，转炉吨钢可产生100立方米转炉煤气，吨焦炭可产生420立方米的 焦炉煤气)。这些煤气具有很高的热值，如何实现科学、合理地利用，对于钢铁企业节能具有巨大的意义。

据统计，2006年1}9月全国重点钢铁企业高炉煤气的平均放散率为9.32%}有12家企业实现了零排放，但有的企业排放率高达57.51;焦炉煤气平均放散率为4.19%，有29家企业实现了零排放，但有的企业排放率高达38.03%;转炉煤气平均回收56立方米/吨钢，但还有22家企业没有对转炉煤气进行回收。对副产煤气进行全量回收，不仅有利于企业的节能，而且又有利于环保。副产煤气不仅要回收利用，更要对其综合利用进行优化，刁‘能更好的节能。焦炉煤气热值高(12000kJ/m3)，含氧量约为55%}60%，完全烧掉太可惜了，应当对其进行提氢处理，作为清洁燃料使用。代替汽油(北京己有氢燃料汽车)，或用焦炉煤气作为高炉炼铁的还原剂。此外，焦炉煤气还可以加工为二甲醚。转炉煤气回收量少的原因之一是用途不广泛。应将转炉煤气用于炼铁热风炉烧炉，替换宝贵的焦炉煤气，使钢铁企业的煤气利用更加科学、合理。Iz}l 提高煤气能源转化率也是科学、合理地利用副产煤气的途径之一。将钢铁企 业的副产煤气最大限度地广泛应用，可以取消烧油和使用天然气的设施。钢铁联合企业内的副产煤气量作为燃料总是有一定富余。煤气一蒸汽联合发电工艺能源转化率为32%，煤气一燃气联合发电工艺能源转化率为45%}SO%。所以说，钢铁企业将煤气用于发电是不得以而为之。目前，我国钢铁企业向电力部门供电_L网价格低，而再向电力部门要电却没有优惠。[28-29]冶金行业动力转换的水、电、汽、风等，是通过投入的煤、煤气、水、电等能源转换而来的。如自备电厂生产的电、风、蒸汽是通过投入的煤、煤气、水、及电经锅炉产生蒸汽，蒸汽再经蒸汽机带动发电机、风机产生电和风;再如氧气厂通过投入电、水经制氧机系统产生氧气、氮气、氢气等气体。影响动力系统转换效率的主要因素在于能源的种类，以及工艺和装备的先进性。如本钢发电耗能为0.538kgce/kwh，国际先进水平为0.404kgce/kwh。其原因在于本钢发电系统的锅炉、汽机、发电机机组小，设备陈旧，基本为中压锅炉。仅此一项，本钢每年多耗标准煤20吨，使吨钢综合能耗高44kgce，与宝钢比，本钢每年多耗标准煤33.4万吨;吨钢综合能耗高

7lkgceo宝钢的ccpp，是利用气体燃料燃烧时体积膨胀作功发电。再如本钢S# 制氧机综合电耗0.633kwh/m3，比现有1#}4#制氧机综合电耗0.89低28.88%，若1#}4#制氧机综合耗电达到5#机水平，每年节电近7000万kwh。另外，交流变频调速技术与直流机调速相比，具有更高的效率和更大的转动惯量，同时具有维护方便，总体造价低的优势。不仅可以实现平滑无级调速，而且快速性能好，功率因数高，电机功率消耗随工况负载大小同步变化，节电10%}30%。适用于风机、水泵、轧机、磨机、转炉倾动等各种低速大力矩传动场合。再如我国用电设备大多为感性负载，这些负载由于功率因数很低在运行时需电网提供大量无功负荷，需电网多提高供用电能力达20%。造成电网供电能力下降;变压器和供电线路电流增大有功损耗增加;严重时会使电压降低、波形畸变，造成用电设备误动作及设备损坏。[30-3 I ] 若采用就地动态无功补偿节电技术，对感性负载进行无功就地动态跟踪补偿 则可解决以上问题。从源头减少了无功消耗，改善用电设备对电网的影响;提高 电网供电能力，减少煤炭消耗和运输压力;减少电能消耗极大提高企业的节电效 益。总之，采用先进工艺和技术;实现高效率加强锅炉设备的燃烧管理改进作业 方法;改进燃烧装置提高燃烧效率;采用优质耐火绝热材料，减少各项热损失;加强节能管理，提高操作水平等措施都是节能降耗的有效途径。

转炉煤气回收的状况与水平，不仅从环保的角度反映了对转炉烟气的治理状 况与水平，同时也是转炉炼钢能否达到负能炼钢的关键因素之一。近年来，我国 的转炉煤气回收利用技术和水平有了较大的改善，但是除了宝钢、武钢等回收水平达到1 OOm3/t。外，其它企业的回收水平仍然在SOm3/t。左右。在转炉蒸汽的回收利用方面，大部分企业转炉余热锅炉生产的饱和蒸汽除了自身的消耗以外，还有大量的剩余，可以采用饱和蒸汽发电，不但可以充分利用饱和蒸汽，而且还可以避免蒸汽放散所造成的浪费，又能提供电能，产生心的效益。本文对蒸汽回收’不作较多的陈述，主要研究转炉煤气的回收与利用。

2.1转炉煤气的回收工艺

世界上各工业发达国家，转炉均实现了煤气回收，以日本与德国的回收水平最高，接下来是法国、原苏联。我国和原苏联的水平相当。美国的能源不紧张，至今对转炉煤气不进行回收。目前世界上对转炉煤气的回收处理的方法有两大类:一种是湿法系统，另一种是干法系统。[34] 12 2.1.1湿法工艺

湿法处理方法有法国的I-C法(敞口烟罩)，德国的KRUPP法(双烟罩)和 日本的OG法(单烟罩)三种，这三种处理工艺都是未然法湿式系统。日本的OG法由于技术先进，运行安全可靠，目前已成为世界上最广泛采用的转炉煤气回收处理的方法。

OG法是一种对转炉煤气进行显热回收，继而进行湿法除尘净化再加以回收的方法。当前世界上有90%以上的转炉煤气回收使用的是文氏管湿法除尘的方式，并且它是以双级文氏管为主。该方法可以阻止空气从转炉炉口流入，使转炉煤气保持着不燃烧的状态，再经过冷却而回收。OG法的工艺流程为:利用汽化冷却烟道将1600℃转炉烟气冷却至9001000 0C，继而经过两级文氏管对炉气进行降温和除尘，使烟气的温度到达100℃以下，再经过脱水以后送入煤气柜回收或者放散。OG法除尘以后产生了大量的污水和污泥，因此要经过旋流沉淀池、浓缩池以及挤压机等复杂的工序进行污水、污泥处理。泥浆的处理问题是OG法主要难题。

如图2.1是OG法的工艺示意图:

Fig.2.lTechniesflowof0Gmetho 2.1.2干法工艺

德国鲁奇一帮森公司于1969年推出的高压静电除尘净化转炉煤气的设备(LT法)。至今在世界范围内已有40多套工业设备在各地钢厂中运行。

煤气是一种易燃易爆气体，它的燃爆有两个必不可缺少的条件，氧气和明火。在转炉炼钢中，空气是很容易地通过炉口与集烟罩之间的缝隙进入回收系统的，而高压静电除尘器发生静电火花是在所难免的，因此，用高压静电除尘器来净化转炉煤气，具有很大的危险性。然而这种净化煤气方法。从1969年至今的生产运行中，并没有发生过爆炸件事故，且其技术经济指标比OG法还先进，前者净化回收的煤气中的含尘浓度可降至1 Omg/m3(标)，而OG法为<100mg/m3(标)。LT系统的关键设备是圆筒形干式高压静电除尘器，其特点是充分考虑了发生煤气爆炸的可能性，其外壳耐压为2x1护Pa，并配制有不同级别的安全泄压阀。

LT法的工艺流程如图2.2所示:转炉烟气从炉口出来以后通过活动烟罩，然 后进入汽化冷却烟道。一般情况下，炉气在炉口出来的时候温度是1700 0C，经过汽化冷却烟道的出口以后变为800 C}1000 C,假如再外加一段对流换热器的话，烟气的温度就可以降至为450 0C一 500 0C，同时也可以缓解一级蒸发冷却器的负荷。蒸汽冷却器又可以将烟气的温度降至180 0C}200 0C，还可以对烟气进行增湿调质，以便降低烟尘的比电阻，为电除尘器的除尘效果提供了保障。电除尘器的工作原理是利用电场进行除尘，一般情况下设置3个电场，使得除尘的效果可以达到99%。最后烟气经过电除尘器以后进入了除尘风机。，在除尘风机中，煤气可以凭借风机出口的正压力、经过三通阀的切换，当煤气中CO<30%的时候排入大气;CO>30%时要进行回收。在煤气柜前，再设置二次冷却塔，可以使煤气的温度降低到50 C左右，这不但可以减少煤气柜的容积还可以提高煤气的质量。煤气柜内的煤气经过加压泵送至到用户使用。[35]

Fig.2.2TechoiesflowofLTmethod 13 2.2 OG法与LT法的对比

OG法的优点主要有: ①.在日本，目前已将OG系统与转炉炉口连接的活动裙罩改成密闭式，使从炉口与裙罩之间的缝隙进入的空气量大为减少，从而使转炉中产生的CO与空气中氧燃烧生成CO:的量减少，燃烧率由10%下降到3%，煤气的回收量增加 1 Om3(标)/t(钢)。该密闭式控制是通过能自动跟踪工艺变化的控制模型实现的。

②.采用光导纤维观察器，可直接连续地观察炉内钢渣起泡动态.从而能预报钢渣喷溅，以适时地采取措施制止钢渣喷溅，避免了因钢渣喷溅使密闭裙罩与炉口粘连。

③.缩短了烟气成分的自动分析时间.从而使回收煤气的时间增加了30so ④.除尘系统的流程比较简单，有文丘里管容易控制气流的压力，是经典的柱塞流方式系统设计，所以煤气的回收量大。

⑤.将除尘与煤气冷却还有灭火紧密地结合在一起，可以与明火完全的隔离，避免了因明火所引起的爆炸危险，能够保证系统的安全性。

通过实践，得出其缺点为: ①.需要大量的冷却水来冷去烟气，水资源的消耗量大;②.经过处理以后，形成了大量的污水、污泥，很难处理;③.该法的工艺流程比较长，能耗高，所以对环境的污染就严重;④.因为使用的是文丘理管对烟气进行降温除尘，使烟气的流动性受阻，流动阻力大，需要更大功率的风机。一方面浪费了电力，另一方面风机也容易损坏，现场的维护比较困难;⑤.因为吹炼的过程中烟气的流量变化比较大，所以一级文氏管除尘器和二级文氏管除尘器喉部自动调节的精度不能满足炉气量变化的要求，可能造成炉口烟气的溢出，造成环境污染;也可能在烟道中吸入大量的空气与CO发生反应，降低了煤气的回收质量;⑥.为了确保除尘的效果，转炉厂的二次除尘系统一般采取用布袋除尘器进行干法除尘，然而其设备与OG法的湿法除尘系统不能一块使用;⑦.9000C}1000℃的高温烟气通过喷水来迅速冷却，致使高温烟气的余热未能够充分的回收利用。

LT与OG相比来说，其工艺的优点是: ①.相比OG法的缺点，LT法回收的粉尘是干粉，节约了大量的冷却水，避免了泥浆的污染与处理，少了很多污水的处理设备;OO.LT法的除尘效果比OG法要好，电的消耗量也少，煤气的回收质量较高。

LT法的缺点: }O.LT法的设备投资巨大，而且能量消耗高;zO.LT法回收烟气热量的时候，在9000C}1000℃时的烟气的热能没有得到有效的回收利用;③.蒸发冷却器中并没有完全的熄灭明火，并且为了确保蒸发冷却与除尘效果，在蒸发冷却器与电除尘器的内截面变化大，气流的变化也大，容器内的混合过程没有作比较周到的考虑，爆炸的危险性增大了;(实际上并没有发生过爆炸)④.控制检测设备比较复杂，系统的维修和护理的工作量较大;O.LT法考虑的系统是形成了柱塞流，然而实际的系统是混合流，因此，造成了蒸发冷却器与电除尘器两个比较危险的爆炸热点，影响了系统的安全性。

LT法与OG法的技术经济比较列于表2.1，表中的数据是一座年产钢13万t的转炉。[36]

德国鲁奇公司2座150t转炉，干法LT与湿法OG净化回收的技术经济比较如

表2.2所示

2.3主要设备的简介

①活动烟罩

在未然法烟气净化回收系统中，一般均采用可上下升降的活动烟罩，以收集未然烟气。目前国内氧气顶吹转炉的活动烟罩，在形状上大致分为套环形和伞形两类。套环形烟罩与日本OG法烟罩相似，其不同之处在于罩裙下缘斜度与转炉炉口不吻合。当活动烟罩降至最低位置时，烟罩与转炉炉口形成间隙，因此不能实现闭罩操作。同时，由于罩裙容积较小，缺乏烟气停留的缓冲空间，当炉气突喷时，溢烟量很大，易污染车间环境。伞形罩与法国的“CAFL“罩相似，但其罩裙容积却远没有“CAFL”罩大，因此围绕在罩裙内部的烟气飘浮层也较薄，起不到缓冲作用。为了提高转炉煤气的回收量，设计结构、形状合理的活动烟罩

是必要的。不仅要求烟罩的可靠性和耐用性，而且要求烟罩既保证回收煤气的高质量，又尽可能地减少烟气的外溢，同时还要便于自动控制。

②汽化冷却器

目前，无论采用燃烧法还是未然法处理烟气，烟道型式不外乎水冷烟道、废热锅炉和汽化。汽化冷却烟道主要是利用辐射受热的方式，其结构较废热锅炉简单，不仅降低了烟气的温度，大大减少了烟道的冷却水量，而且可回收一定数量的蒸汽，既利用了部分物理热，又回收净化了煤气。因此，目前新设计的炉子从本都采用汽化冷却烟道。

③文氏管

在转炉烟气净化系统中，设置有二个文氏管，第一级系溢流定径文氏管，主要是蒸汽降温除去较粗的尘粒。第二级为调径文氏管，它除了净化和降温作用外，还兼有调节转炉风机抽气量的作用，因此“二文”结构的好坏直接影响着烟气净化效果和煤气的质量。国内“二文”的结构，一般分为重铭式及矩形喉口式(包括翻板式、滑板式)两种。实际证明，这二种结构都存在易磨损、管体长、启动力巨大和阻损高等缺点。采用椭圆形恨型)可调文氏管，其开度与压降基本卜呈一次函数的关系，可以提高调节的灵敏度。

④洗涤塔

洗涤塔可作为烟气的冷却及除尘设备。在转炉烟气净化流程中，通常采用空心洗涤塔。按其结构及作用不同，可分为溢流快速洗涤塔、低速空心洗涤塔和快速空心洗涤塔。前两种洗涤塔一般作为烟气净化流程中的第一级设备，将高温烟气冷却到饱和温度，并起到粗除尘作用。快速空心洗涤塔多用在精除尘设备后进行降湿降温，并冲洗掉气流中夹带的含尘污水滴，起到除尘作用。

⑤煤气柜

在转炉煤气回收过程中，煤气柜是主要设备之一，由于转炉回收煤气是间断性的，成分也在不断地发生变化，为连续供给给用户成分、压力、质量稳定的煤气，必须设煤气柜来储存煤气。

⑥液力偶合器

在转炉炼钢过程中，吹炼与辅助时间大约各占一半。在辅助时间内没有烟气产生，因此转炉除尘系统的风机是长期处在间歇负荷下工作，为了适应转炉的生产情况，在除尘风机与电机之间设置液力偶合器，控制风机在辅助时间内处于

低速运转(风机的轴功率可降低到25%左右)，这样可大大地减少电耗。

⑦圆筒静电除尘器

圆筒形静电除尘器是转炉烟气干法除尘系统中的关键除尘设备，其主要技术特点有:1)优异的极配形式。由于转炉煤气的含尘量较高，在进入电除尘器时，一般为80150洲衬，而除尘器出口的排放浓度要求小于1 Smg/Nm3。这就要求电除尘器具有非常高的除尘效率，而除尘效率高低的主要因素就取决于其极配设计的合理性。该除尘器分为4个独立的电场。每个电场均采用了C型阳极板，由于烟气具有较高的腐蚀性，所以A, B电场的阳极板采用了不锈钢材料。为了防止阴极线的断裂，阴极采用锯齿形的整体设计。通过对投入运行设备的检测，证明了该极配形式能够保证除尘效率。2)良好的安全防爆性能。由于转炉煤气属于易燃易爆介质，对设备的强度、密封性及安全泄爆性提出了很高的要求。该除尘设备采用了抗压的圆筒外形，并且在制作时采用锅炉设备的焊接要求，另外在锥形进出口各装有4套泄爆装置，从而保证了除尘器长期运行的安全可靠性。3)除尘器内部的扇形刮灰装置。电除尘器内部刮灰装置是电除尘器中非常重要的一部分，电除尘器排灰是否顺利，会影响到整个系统的正常运转。该除尘器的刮灰装置采用齿轮带动弧形销齿传动，并采用干油集中润滑，保证了刮灰装置的顺利运行。4)耐高温的双排链式输送机。由于该除尘设备除尘效率高，所以有大量的灰需要即时输送出去。设备采用了可靠的耐高温的双排链式输送机进行输灰，确保输灰顺畅。主要通过对阴极线施加高压电，阴极框架和阳极板之间形成闭合的电场，通过静电感应形成电流，将通过电场气流中的粉尘颗粒进行击打，使其中的灰尘分别带有正电荷和负电荷，分别吸附在阴极线和阳极板上，仅有以分子形态存在的气流通过除尘器，从而将粉尘与气流分离开，达到除尘的效果。吸附在阴极线和阳极板的灰尘通过阴、阳极振打，落在除尘器内，并通过A, B扇形刮灰机将灰尘排到输灰来系统中。出入口分布板的作用:从管道中过来的气流能够均匀的通过除尘器，防止除尘器内出现局部灰尘过大的现象，并通过分布板振打装置将薪附在分布板上的灰尘振落。

⑧切换站和煤气冷却器

切换站的功能通过煤气分析仪对转炉烟气的成分的化验和分析，进行煤气的回收或放散，由两套液压驱动的杯阀实现煤气的回收或者放散。煤气冷却器在静电除尘器后主要对合格的转炉煤气进行洗涤和降温，将转炉煤气的

19(1000C}1500C)温度降到70℃以下后排入煤气柜。煤气冷却器内上部装有两层水系统，合格的转炉煤气从煤气冷却器下部进入顶部排出，从而达到降温作用。通过煤气分析仪的检测，将不合格的转炉煤气直接通过燃烧释放到大气中。

2.4转炉炼钢能量回收利用的主要措施

2.4.1降低能量消耗的措施

①实施高效氧枪改造，加强过程控制通过探索尝试合适的枪位和氧压，能够比较有效地克服溢渣及过程喷溅，进而增加了出钢量，减少了能量的消耗。

②优化入炉物料条件和结构。用纯镁粒来给铁水进行脱硫，代替喷粉脱硫，对铁水进行全程的扒渣处理，从而降低了转炉脱硫的负担，冶炼周期变短，能源的消耗得到有效的控制。

③采用炉气分析，实现自动化炼钢。

④实施转炉留渣操作技术。

⑤采用科学的炉容比，减少转炉冶炼氧耗。

2.4.2提高转炉煤气的回收水平

提高转炉煤气回收的技术指标，除了关键的主体设备外，自动控制和检测也起重大的作用。因为烟罩内压力过低将吸入空气，造成煤气质量低，并形成不安全的因素;反之，罩内的压力过高，将使烟气外溢，污染周围环境。只有正确地将罩内的压力控制在一个合适的范围内，并及时的检测煤气中含氧量，刁‘能保证煤气回收质量，以及操作的安全。这需要灵敏度高、效果好的自控和检测仪表。提高转炉煤气回收水平的主要技术措施有: ①降罩吹炼和合理供氧

吹炼期炉口是转炉烟气与外界接触的唯一通道。因此，提倡吹炼中降罩早，降罩到位。马钢一钢的经验是，吹炼开始，先降罩，后下枪，促成转炉烟气尽早达标，回收时间因此提前40s。同时，利用炼钢间歇时间，及时清除炉口结渣，有利于烟罩的尽量降低。此外，在实践中摸索出供氧强度、氧枪枪位的合理控制规律，兼顾转炉脱碳、造渣及煤气回收之间的关系，提高炼钢一次终点命中率，延长达标煤气回收时间也会取得较好的回收效果。某厂的做法是，严禁吹炼后期提升枪位超过“开氧点”，以避免氧气直接被一次风机吹走，造成煤气氧超标而不得不提前结束回收的情况。

②合理控制炉口微差压

衡量转炉煤气回收水平，必须同时考虑回收量及煤气热值，要保证最大限 度回收转炉煤气能值，炉口合理差压控制是关键。国内大多数转炉煤气除尘OG系统为第三代设备，采用RD二文喉口阀，与炉口差压检测仪联锁调节差压。武钢一炼钢根据转炉吹炼期不同时段生成的烟气量、CO量的不同，采取分时段参数控制方式，对有效回收煤气有一定作用。马钢二钢也有类似举措，但尚未形成明显的参数特点。马钢一钢对RD二文开度由设计最小值38。调整为420，为实现煤气回收期烟罩内能完全达到微正压创造了条件。此外，有些钢厂还对RD阀的结构、控制模式、阀喷嘴等不合理之处进行改进，达到更好的差压控制及煤气净化效果。

③重视煤气回收分析和计量仪器的隐患排除、缺陷修正

计量数据的正确与否，直接影响到煤气回收工作的顺利进行，生产中，由于取样管道积灰堵塞、泄漏、煤气分析仪探头污染等，都会影响到计量数据的可靠性及煤气回收时间。马钢三个钢厂都出现过因对计量产生怀疑，用煤气柜柜位变量标定孔板流量计的事情;测点布置不当，氧分析仪信号严重滞后，直至柜前管道出现氧高报警，造成用柜内煤气反吹，好几炉煤气不能回收的后果。因此，应强化对计量设备的管理，明确取样管道检查、吹扫周期，定期清理及标定，提高数据准确性。

④加强与煤气柜信息沟通，保证回收通道顺畅

转炉煤气回收是一种间歇式作业方式，由于每个钢厂都有不少于一座的转炉共用一座转炉煤气柜，因此，回收煤气的流量波动很大。若有几座炉子碰巧 同时回收煤气，就使瞬间流量达到最大;而反之，流量又降至很低。另外，转炉 冶炼受品种、铸机运行的影响较大，产生节奏变化大，从而使气柜内煤气量处于 无规律、大变化状态，如果不事前及时沟通，采取应对对策，则势必会造成柜满 拒收，放散煤气的后果。马钢三个钢厂在负能炼钢攻关初期，此类现象经常出现，在后期阶段，炉前、风机房气柜加强了联系，适时调节煤气输出流量，情况大大改善。

2.4.3提高转炉余热蒸汽的回收利用水平

①改造转炉的氮封系统，用蒸汽代替氮气封氧枪口，减少氮气消耗，在增加蒸汽自产自用的同时，将余热锅炉所产蒸汽并入厂区蒸汽外网，使回收蒸汽得到有效利用。

②降低转炉的工序能耗。转炉余热蒸汽存在压力波动大、含水量大。

③采用转炉蒸汽作为真空处理气源的供汽系统，不但可以节能还可以节约资金，而且也便于调节。通过建立汽轮发电机组发电，也可以更好的回收余热资源。

④增加蓄热器，可以稳定余热蒸汽压力，可以使其具备并网的条件。

3.结论

由能量守恒定律可以得到转炉工序能耗模型，通过对模型中各个因素的分析提出了转炉最小能耗的定义以及分析和评价转炉能耗的方法。通过转炉能耗指标分析可以得到如下结论:(1)提高转炉煤气和蒸汽回收量、降低电的消耗量是实现负能炼钢的关键;(2)在理想工况条件下，吨钢最小氧气的消耗量为72.97kg/t，即51.08m3/t;最大煤气回收量128.83m3/t;最大蒸汽回收量71.63kg/t;工序能耗的最小值为一18.96吨ce/t;

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