转炉烟气余热资源分析电大

摘要 ：本文首先从理论上计算了50t-200t转炉的炉气量，同时计算了采用“未燃法”的烟气量并对烟气性质进行了分析。最后，针对回收汽化冷却烟道之后的烟气余热，在设定的锅炉参数的基础上，计算了蒸汽的产量，并提出了蒸汽利用的方向。
关键词：转炉；烟气；余热回收；锅炉
引言
目前，环境、能源已经逐渐成为人们关注的焦点，在新的“十二五”规划中，钢铁行业将把 “三干一电”（即，高炉煤气干法除尘、转炉煤气干法除尘、干熄焦和高炉煤气余压发电）技术列为企业节能减排的重点。我国现有600多座转炉，年产钢超过4亿吨，由于技术本身的经济性原因，转炉烟气的热量一直没有得到充分的回收利用，目前对烟气余热回收仅在900℃～1400℃之间，而对于900℃之后的烟气热量没有得到回收利用，从而也影响了钢铁行业整体的能源利用率。
因此，对于处理汽化冷却烟道之后烟气，也是国内研究人员关注的焦点，结合当前的情况来看，国内钢铁行业的普遍采用的方案是“干法除尘+烟气显热回收”，但是目前对于转炉烟气量的计算和余热回收后蒸汽产量还没有看到有报道出现。鉴于此，本文主要是针对不同公称容积的转炉的炉气量和烟气量进行计算，同时分析烟气的性质及其回收的蒸汽产量，为下一步设置余热回收装置和确定蒸汽的用途提供一定的借鉴。

1. 转炉炉气量的计算

在转炉的吹炼过程中，从转炉炉口喷出的气体，一般统称为炉气。转炉的生产过程中，由于生产操作的要求，一个冶炼周期内包括吹炼期和非吹炼期，其中吹炼期约占整个冶炼周期的40-50%，炉气只在吹炼期产生；而吹炼期，又可分为前吹期、回收期、后吹期，在此期间，炉气量随时间而变化的，在吹炼初期和后期炉气发生量较低，在中期，由于炉内铁水温度升高，炉气急剧增大，因此对炉气量的正确计算，是进一步完成“未燃法”计算烟气量的前提。

1. 吹炼期炉气量 （不考虑加矿石的影响）[5]

，Nm3/h(1-1)
—吹炼期炉气量，Nm3/h；
—铁水量，kg，热力计算时，采用的是炉役后期的最大铁水装入量；
—吹氧中期平均脱碳速率，%/min；
2

2.4—1kg气体在标准状态下的体积，Nm3/kg；

12—碳原子量
， —炉气中 和 的体积百分数，可根据表

1.1选取。

表

1. 标准炉气成分

炉气成分COCO2N2O2
体积百分比 %8610

摘自：学术论文网www.udooo.com

3.50.5

1.2. 瞬时最大炉气量 （根据最大脱碳速率计算）[5]

瞬时最大炉气量 可根据吹氧中期最大脱碳速率 和公式（1-1）计算得到：
，Nm3/h(1-2)
为了计算不同转炉容量下的转炉炉气量，本文选取了公称容积从50t-200t的转炉进行计算分析，表

1.2为选取的氧气顶吹转炉的生产指标。

表

1.

2. 氧气顶吹转炉生产指标[6]

注：引用的数据部分有改动
图1-1为不同转炉容量下的瞬时炉气量和平均炉气量。显而易见，随着转炉容量的增大，转炉的炉气量也逐渐增大，对于150t转炉而言，其吹炼期平均炉气量达到57750 Nm3/h，因此对于大型化的转炉而言，控制炉气的燃烧量，从而减小设备的尺寸、回收利用转炉煤气，将是今后发展的方向，也就是“未燃法”回收处理炉气。

图1-

1. 转炉炉气量

2. “未燃法”计算转炉烟气量

当炉气经过炉口时，通过控制活动烟罩的升降和抽气的数量，从而使炉气不燃烧或燃烧量处于极限，此时生成的烟气称为转炉烟气。烟气的主要成分仍然以一氧化碳为主，此处的计算认为燃烧后的烟气中仍残留有氧，炉气的过剩空气系数为α=8%，则燃烧后的烟气成分为，
= ，Nm3/（Nm3炉气）(2-1)
= ，Nm3/（Nm3炉气）(2-2)
= ，Nm3/（Nm3炉气）(2-3)
= ，Nm3/（Nm3炉气）(2-4)
其中， ， ， ， 分别为标准炉气中各成分的体积分数，表

2.1为计算后各烟气组分的体积百分比。

表

2.

1. 计算后转炉烟气体积百分比

烟气成分COCO2N2O2 体积百分比，%70.051

4.951560.44

转炉烟气量 可由式（2-5）计算得到，即：
，Nm3烟气/（Nm3炉气）(2-5)
因此，瞬时最大烟气量 ，吹炼期间烟气量 和时均烟气量 分别为：
= ，Nm3/h(2-6)
= ，Nm3/h(2-7)
= ，Nm3/h(2-8)
其中， ， 分别为平均吹炼时间和平均冶炼周期。
不同转炉公称容积下的烟气量如图2-1所示，可以看出，由于瞬时最大烟气量是时均炉气量的3到4倍，因此在进行烟气余热回收设备设计时，需要充分考虑最大烟气量，从而保证设备在最大烟气量的条件下正常工作。吹炼期的炉气量可以作为余热设备能够生产蒸汽的指标参数，以100t转炉为例，其吹炼期烟气量达到51388 Nm3/h，烟气温度按照850℃计，则烟气显热热量约69.05GJ，因此若能较好的回收，对于钢铁行业的节能降耗具有重大的意义。

图2-

1. “未燃法”转炉烟气量

3. 转炉烟气性质

3.1 含尘量高

转炉在吹炼过程中，由于氧气与铁水中的碳元素等发生强烈的氧化反应，使得部分铁和杂质蒸发，气流的剧烈搅拌，CO气泡的爆裂以及喷溅等各种原因，产生大量的烟尘，约为80～150g•(Nm-3•炉气-1)，烟尘的成分以铁的氧化物（FeO、Fe2O3）为主，并有少量其他杂质，表3.

1.和表3.2.是宝钢“未燃法”的转炉烟气成分及颗粒度分布数据。

表3.

1. 转炉烟尘成分[7]（干灰，重量%）

可以看出转炉的烟尘主要为FeO，由于FeO颗粒容易聚集，因此烟尘颗粒直径主要集中在10-30μm，并且含有一部分粗颗粒粉尘。粗颗粒对烟气系统设施有较强的冲刷力，如果不经过预先处理，则会对受热面产生严重的磨损，因此这部分尘粒要先从烟气中分离出来。同时为了保证回收煤气的品质，需要对于小于10μm的粉尘需要采用二次除尘。

3.2CO的浓度高，爆炸的可能性大

转炉煤气余热回收及干法除尘工艺技术成功的关键在于解决煤气爆炸问题。可燃性气体在同时具备以下3个条件时，就会引起爆炸：
（l）可燃气体和空气或氧气混合比在爆炸极限的范围之内；
（2）混合时的温度在混合气体最低着火点温度（见表

3.）以下，否则只能引起燃烧；

（3）遇到足够能量的火种。
由于转炉烟气的主要成分为CO，不同的操作工艺阶段烟气中的一氧化碳浓度也不同，含量最高可达到90%，平均70%左右（见图3-1.），同时CO气的爆炸界限范围较宽（见表

3.），炉气中的自由氧含量必须严格保证不超过2％。

表

3. 几种气体的最低着火点温度和爆炸极限[8]

图3-

1. 转炉烟气变化图[7]

为了借鉴现有转炉烟气的防爆措施，对目前广泛采用的转炉煤气OG法工艺系统和LT法工艺系统深入研究分析，可以看到OG法和LT法净化回收转炉煤气的成功，正是通过防止上述3个条件同时出现来避免转炉煤气爆炸的：