八钢欧冶炉煤制气烟气自循环节能装置的工艺原理浅析

八钢欧冶炉煤制气烟气自循环节能装置的工艺原理浅析

季书民刘西安

宝武集团八钢公司股份炼铁厂新疆乌鲁木齐830022

摘要：欧冶炉煤制气制粉干燥气技术，采用烟气自循环节能工艺，即制粉系统采用系统自身排出的尾气与干燥气升温炉燃烧欧冶炉煤气产生的高温废气混合形成的磨机入口适宜的烟气作为煤粉干燥介质，返回到磨煤机系统重复循环使用，使低温尾气与高温烟气掺混，既节约了氮气又节省了煤气。

关键词：煤制气制粉干燥气技术；烟气自循环节能工艺；氮气；煤气

1、引言

目前国内喷煤工艺主要是将原煤由供煤系统的胶带输送机分别送入每个制粉系列的原煤仓。原煤仓中的煤经过其出口的一套插板阀进入给煤机，再由给煤机将煤送入落煤管进入磨煤机进行研磨。一般的高炉喷煤系统是通过管道将高炉热风炉的燃烧废气引入燃烧炉，通过与燃烧炉的高温烟气均匀混合，达到磨机入口适宜的入口温度的惰性干燥气，经主排风机的抽引，惰性干燥气进入磨机进行原煤干燥，细度合格的煤粉随干燥气经上升的输送管进入袋式收粉器过滤、收粉，具有一定温度的尾气通过排烟风机出风口排入大气。

欧冶炉炼铁不存在热风炉工艺，喷煤系统所使用的干燥气只用通过燃烧干燥炉燃烧欧冶炉煤气产生的烟气作为惰性气体干燥煤粉，但是干燥气燃烧炉产生约1600-1800℃左右的高温烟气，由于烟气温度很高，不能直接使用，必须经过降温，若降温采用空气配入，喷煤系统的氧含量得不到保证，无法满足安全生产的要求。若采用其他惰性气体，如氮气，这将增加炼铁成本，不利于冶炼的节能环保，成本改善。

2、欧冶炉煤制气烟气自循环节能装置的工艺原理：

为了解决欧冶炉煤制气系统无法将燃烧炉的烟气降至适宜的磨机入口温度这一煤制气工况要求的技术难题，同时又不需要使用大量的氮气来降低高温烟气这一高耗氮的技术，因此本节能技术所采用的技术节能方案为：解决欧冶炉煤制气制粉干燥气技术问题，采用烟气自循环节能工艺，即制粉系统采用系统自身排出的尾气与干燥气升温炉燃烧欧冶炉煤气产生的高温废气混合形成的磨机入口适宜的烟气作为煤粉干燥介质，返回到磨煤机系统重复循环使用，使低温尾气与高温烟气掺混，既节约了氮气又节省了煤气。

燃烧炉采用立式结构，要求无漏风。燃烧炉设备包括炉体钢结构及耐火材料、主烧嘴、点火烧嘴及自动点火装置、火焰监测器、管道及阀站、检测控制仪表等。炉体内有燃烧室和混合室。主烧嘴、点火烧嘴及自动点火装置安装在升温炉顶部燃烧室内。主烧嘴使用欧冶炉煤气，点火烧嘴使用焦炉煤气。自循环尾气从炉顶切线方向进入炉内，与干燥气升温炉的高温废气混合，产生制粉系统所需的干燥气。排出的干燥气温度可以随磨煤机入口温度的需要变化。也可以根据自循环尾气的温度对主烧嘴和点火烧嘴进行控制。

在燃烧炉前端掺混后的干燥气，通过主排风机的抽引，依次经过干燥气装置的干燥气弯管一、干燥气管一、干燥器控制阀、干燥气补偿装置、干燥气弯管二、干燥气圆方管、干燥气管二、干燥气弯管三、干燥气管三、干燥气磨机入口补偿装置进入磨机。循环气入燃烧炉入口为方管延炉壳边缘切线进入，因此循环气管二的下端为循环气圆方管，以便于循环气进入燃烧炉管道变形连接之用，循环气圆方管与燃烧炉入口方管之间采用循环气管补偿装置连接，同样具有管道热胀冷缩时张紧之作用。

燃烧炉产生的烟气通过排烟风机的抽引，进入磨煤机，烟气带动磨制好的煤粉，进入上粉管，使上粉管载送浓相气煤粉混合物进入布袋，气粉分离后，煤粉下沉至布袋底部。干燥气通过滤袋气孔，由布袋出口进入排烟风机吸风口，通过排烟风机及其出风口进入主排风机烟囱，排入大气。在主排风机烟囱的适宜部位装配干燥循环气调节阀，利用此阀控制循环气的流量。在干燥循环气调节阀的下部主排风机烟囱管道上依次安装循环气管一、循环切断阀、循环调节阀、循环补偿装置、循环气管二。循环气管一与排风机烟囱管道相贯焊接安装，循环气管一、二根据实际管道设计布局，具有弯管及直管装置，其中部适宜位置依次安装循环切断阀、循环调节阀、循环补偿装置，同时设置管架及管托，加强其强度。循环切断阀可在检修时切断循环气系统，循环调节阀与干燥循环气调节阀配合调节循环气流量时使用，循环补偿装置具有管道热胀冷缩时张紧作用，防治管道拉裂。

3、欧冶炉煤制气烟气自循环节能装置技术方案

本烟气自循环装置是通过以下原理完成其结构设计的：先算出磨煤机热量支出值，再根据最大磨煤量、原煤水份、煤粉水份，验算磨煤机入口烟气温度（应控制在280℃以下范围）。根据升温炉出口烟气温度和自循环烟气温度，计算升温炉烟气量和自循环烟气量，再计算升温炉燃烧煤气量和助燃空气量。

根据热量平衡计算，由于欧冶炉煤气热值约1960kcal/m3，因此要控制磨煤机出口温度在90℃左右，并不需要通过燃烧欧冶炉煤气产生太多的高温废气，即可将磨煤机入口的温度提高到180～220℃。因此通过核算80000Nm3/h干燥气中约75000Nm3/h来自自循环气，约6000Nm3/h来自升温炉燃烧的高温烟气。

根据含水量平衡原理，当系统稳定后，其含水量也必然平衡，进入系统的含水量等于排出系统的含水量，自循环气的含湿量就达到一个稳定值。进入系统的水分主要有原煤中蒸发的水蒸汽量、过剩助燃空气中的水份、煤气中的水份、燃烧反应生成的水蒸汽量、鼓入磨煤机密封气中的水份、漏入磨煤机冷空气中的水份和漏入布袋冷空气中的水份等。根据含水量平衡，上述水量等于排放气中的水份。自循环气的含湿量与排放气完全相同，高湿量气进入磨煤机重复使用，必然提高了磨煤机系统各处的含湿量。但是烟气含湿量再高，只要不达到露点温度，水蒸汽就不会结露而影响系统的正常工作。袋式收粉器是最怕水蒸汽结露的地方，而袋式收粉器出口处又是整个系统中烟气温度的最低点。因此袋式收粉器出口温度高于露点温度即可保证系统不结露。

4、欧冶炉煤制气烟气自循环节能装置的操作实践：

欧冶炉煤制气烟气自循环装置，是通过以下步骤组织实施的：干燥气燃烧炉使用欧冶炉煤气作燃气，产生约1600-1800℃左右的高温烟气，在燃烧炉的出口处，自布袋及风机排出的尾气，通过风机烟囱上的阀门的开闭调节，使排出的尾气返回燃烧炉，沿炉体切线方向引入，扰动燃烧炉产生的高温烟气，使高温烟气与循环气体均匀混合，达到适宜的温度的惰性干燥气，进入磨煤机进行原煤干燥。

在主排风机烟囱的管道上接出一根管道，联结至升温炉的废气出口位置，这样使制粉系统自身排出的尾气一部分在磨煤机入口负压（主排风机的抽力）作用下被吸入进烟气升温炉，从而构成了系统烟气自循环。混合干燥气进入磨煤机后，把一定细度的煤粉带到磨煤机上部的分离器进行分离，粗煤粉落回到磨盘上，被再次碾磨，细度合格的煤粉随干燥气经上升的输送管进入袋式收粉器（一级收粉）过滤、收粉。未进入烟气循环管道的其余部分废气最后由主排风机排放到制粉喷吹站顶部以上的大气中（含尘浓度小于20mg/Nm3）。通过布袋收集下来的煤粉经过振动筛，除去塑料皮等轻质杂物，然后经落粉管进入煤粉仓，由喷吹系统喷至欧冶炉。

按照使用节约氮气、煤气计算：75000Nm3/h的烟气来自自循环气，尾气温度为98℃，按温度折算成氮气为15300Nm3/h。月节约氮气1100万m3，合计121万元。煤气可节约30000Nm3/h，月可节约煤气16.25万GJ，合计381.9万元。

5、结束语

本欧冶炉煤制气烟气自循环节能装置，其满足欧冶炉没有热风炉的废气之工况要求，同时解决了燃烧炉烟气温度高无法使用这一难点技术。此喷煤烟气自循环装置，具有节能减排的功能，将布袋尾气循环利用，此循环气自循环率较高，减少了燃烧炉的欧冶炉煤气消耗及氮气的使用，具有很高的实用推广价值。

参考文献

[1]沈巧珍、杜建明，冶金传输原理。冶金工业出版社出版。

[2]汤清华、马树涵，高炉喷吹煤粉知识问答。冶金工业出版社出版。

[3]丁云杰，煤制乙醇技术。化学工业出版社出版。