焦炉、高炉、转炉煤气的区别

煤气是钢铁厂生产的副产品和重要能源,生产和使用量大。煤气主要有焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气。
炼焦炭时产生的煤气叫焦炉煤气。
将焦炭送到高炉去炼铁,作为还原剂使用,把铁矿石中的铁还原出来,焦炭就生成了高炉煤气。
还原过程中有多的炭浸入,铁含炭高,需要脱炭,脱炭即为炼钢,脱炭产生转炉煤气。

煤气特性

炼焦、炼铁、炼钢过程中煤气的发生量很大——焦炉煤气:500m³-600m³/t;高炉煤气:1000m³-1400m³/t;转炉煤气:50m³-100m³/t,三者特性如下:
焦炉煤气
净化后的焦炉煤气是无色、有臭味、有毒的易燃易爆气体,比重0.3623,热值16800-18900kJj/m³,着火温度550-650℃,爆炸极限4.5%-35.8%,理论燃烧温度2150℃左右。焦炉煤气主要由H2和CH4构成,分别占56%和27%,并有少量CO、CO2、N2、O2和其他烃类。虽然焦炉煤气中的CO含量较高炉煤气少,但也会造成中毒事故。
高炉煤气
高炉煤气是无色、无味、有毒的易燃易爆气体,比重0.9-1.1,热值3349-4187kJ/m³,理论燃烧温度1500℃左右,着火温度730℃左右,爆炸极限30.8%-89.5%,含N2和CO2之和近70%,会致人喘息(因氧含量很低)和窒息。
高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品,主要成分为CO、CO2、N2、H2、CH4等,其中可燃成分CO含量约占25%左右,H2、CH4的含量很少,CO2、N2的含量分别占15%、55 %。它是一种低热值气体燃料,可以用于冶金企业的自用燃气,如加热热轧的钢锭、预热钢水包等;也可以供给民用;如果能够加入焦炉煤气,就叫做“混和煤气”,这样就提高了热值。

转炉煤气

转炉煤气的成分,在吹炼周期内,不同时期有所不同,而且与回收设备及回时的操作条件有关。转炉煤气是无色、无味、有毒的易燃易爆气体,热值 6800-10000kJ/m³,着火温度530℃,爆炸极限18.2%-83.2%。转炉煤气的理论燃烧温度比高炉煤气高,但转炉煤气CO含量最高,占60-70%,毒性相对最大,在储存、运输、使用过程中必须严防泄漏。
转炉炼钢过程中,铁水中的碳在高温下和吹入的O2生成CO和少量CO2的混合气体。回收的顶吹氧转炉炉气含CO为60-80%,CO2为15-20%,以及N2、H2和微量氧。转炉煤气的发生量在一个冶炼过程中并不均衡,成分也有变化,转炉煤气是钢铁企业内部中等热值的气体燃料,可以单独作为工业窑炉的燃料使用,也可和焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气配合成各种不同热值的混合煤气使用。

完全要点

焦炉
焦炉煤气的发生机理与高炉煤气、转炉煤气不一样,它是物理作用,是煤在炭化室内(两侧是燃烧室)隔绝空气的情况下加热,经干馏,使煤含有的一些有机物质蒸发出来,即为焦炉煤气,通过上升管、集气管(有调压系统、煤气放散系统),又引入下方作为加热燃料。因此,焦炉煤气安全主要有以下两个重点区域:

(1)焦炉地下室煤气危险区,要监测浓度,易爆区,不能动火作业。

(2)焦炉炉顶煤气危险区,主要含装煤孔作业,上升管不能堵塞,集气管压力不能太大,也不能太小。

回收安全重点:

焦炉煤气回收的物质是没有燃烧过的有机物质,价值很高,比煤气的价值还高。所以焦炉煤气回收有净化回收车间、苯精制等后续工艺。从集气管收集起来的粗煤气要初冷,把温度保持在28℃左右,通过鼓风机输送到后面工艺。鼓风机前是负压系统,鼓风机后是正压系统。通过电捕焦油器(类似电除尘)除焦油,再脱炭、脱硫、脱氰,回收氨,再把温度进一步降低(脱硫时温度上升了),再用洗油洗煤气,回收里面的苯。此时煤气净化过程基本完成了。

净化过程中有许多塔,如反应塔、洗涤塔,脱硫塔、洗苯塔,也涉及到很多介质,如水、洗油等等。介质有一个排放的问题,有一个水封、油封的高度问题,一定要保持工作压力在500mm水柱以上。还有一个就是含氧量的控制,电捕焦油是高压的电场,氧含量高会产生爆炸。

高炉

高炉煤气是焦炭和铁矿石在炉内起化学反应产生的。焦炭主要是还原剂,焦炭和铁矿石从炉顶逐步往下走,焦炭走到风口与被补进去的热风一起燃烧,生成CO2,CO2再往上走碰到落下来的焦炭生成CO,CO碰到铁矿石,将Fe2O3逐步变成Fe3O4、FeO,即铁水。
CO不断生产,并聚集在炉的项部,通过炉子的上升管把煤气引出,这就是炼钢的副主品。高炉涉及到的安全问题主要是炉内煤气不能随便跑出来,煤气有几个地方可能跑出来:

(1)炉顶装料的地方冒煤气。目前采取的是分段下料,分步隔离,堵住煤气,让料能下来,但堵不好就会冒煤气。

(2)高炉风口、铁口、渣口套接不严冒煤气。供风给炉内,进风口也易冒煤气;铁口、渣口不出铁不出钢时应堵住。所以从安全上要检测这些地方的煤气浓度,看看是否超标。

(3)高炉炉顶装料系统不严冒煤气。炉顶装料系统采取氮气密封,保持高于炉内0.05 Mpa压力,大小钟拉杆、料罐的齿轮箱等处。

(4)高炉冷却系统进出炉壁不严冒煤气。要有明确的警示标志,一般人不能去,安全检查也不能上去。

除以上,高炉风口以上各层平台煤气也是危险区,要有明确的警示标志,一般人不能去,安全检查也不能上去。其次还要控制炉内压力,炉顶有一个放散装置,叫泄压,泄压不好,会导致事故。检查时要到中控室检查氮气的密封压力、齿轮箱的密封情况、冷却水进出水温度是不是正常,有没有限制、报警等等。

回收安全重点:

高炉煤气必须要净化,它从炉内出来时的含尘量为每立方米10g左右,到用户需要达到10mg左右,所以必须除尘。目前除尘有两大类方法,一类是湿法,一类是干法。不管是湿法还是干法,都要先经过重力除尘器把大颗粒尘除掉。其次,除尘过程中要注意以下安全问题:

(1)高炉湿法除尘要防止排污系统冒煤气,循环水系统带煤气。净化水池,如果有管道,水位高时,压力可封住煤气,当清洗水池时人员就会中毒。

(2)高炉干法除尘要防止出灰系统冒煤气,电除尘控制煤气含氧量不超过1%。防尘要密封,最好调湿。不要放干灰,在重力除尘器处放干灰,往往是出煤气再关掉,非常危险,这种违章行为较普遍。

转炉

高炉内是一个还原反应,相反,转炉内是一个氧化反应,它是把铁水中的炭氧化(脱)掉,采取的办法是用氧枪向炉内的铁水吹氧,吹氧的过程就产生CO。回收炉内CO采用的是外延法,炉口不盖严,外面的空气会进来,产生的CO全部烧掉了,此方法叫燃烧法。转炉炼钢的前期和后期炉盖是打开的,回收煤气是在中间一段,烟罩落下来,不让外面的空气进去。转炉运行过程中通常会出现以下安全问题:

(1)转炉烟罩氧枪、副枪插入孔冒煤气。固定烟罩和活动烟罩应密封好,密封的方法有多种,如沙、水、机械密封等。

(2)转炉加料系统冒煤气。加料口加造渣、浠释,去杂加石灰时,容易漏煤气,这里也要用氮气气封,要考虑密封的压力,压力有没有报警等。

(3)转炉氧枪冷却进出不严冒煤气。压力太大,煤气会跑出来,压力太小,空气会进取。

(4)转炉炉口以上各层平台煤气危险区。不要让人随便上去,要确保在这些区域作业是否按规定执行,有没有制度,有无单人作业情况,作业是不是随身携带CO报警器等,还要关注氧枪冷却水泄漏、喷溅问题。

回收安全重点:

转炉LT法是转炉净化的方向。煤气通过烟罩、蒸发冷却器降温,电除尘器(一般4个电场)除尘,再通过煤气冷却器把温度进一步降下来,最后送到煤气柜。除尘器收下来的干灰密封输送,作为烧结原料。电除尘要严格控制进到电除尘系统的氧含量,控制煤气柜含氧量不超过2% ;转炉LT法控制煤气含氧量不超过1%。另外,煤气冷却器的冷却水要保持高低位报警。

在钢铁厂,焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气常常被称为钢铁厂杀人不眨眼的“三兄弟”。在钢厂工作的每一个工作人员都非常有必要对这“三兄弟”有一个全面深刻的认识。
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