寶鋼高爐煤氣和轉爐煤氣中灰塵成分的測定與分析

1、寶鋼高爐煤氣和轉爐煤氣中灰塵成分的測定與分析張興良(寶鋼股份公司能源部,上海200941摘要:介紹了寶鋼煤氣(BFG、LDG系統(tǒng)的概況,并對煤氣中所含灰塵的具體成分進行了測定,第一次就煤氣灰塵的28種成分進行了較為全面詳細的分析,為拓展煤氣的使用提供了有效的科學依據(jù)。關鍵詞:煤氣;灰塵;成分中圖分類號:TF068.24文獻標識碼:B文章編號:1008-0716(200501-0039-03 Measurement and Analysis of Dust Composition in BFG&LD GZHANG Xing2liang(B aosteel E nergy Department,S

2、hanghai200941,ChinaAbstract:Baosteels BFG and LDG systems are introduced in this paper.Dust com position in the gas is measured,and a relatively com plete and detailed analysis of28kinds of dust in the gas has been made for the first time.It has provided scientific basis for extensive use of gas.K e

3、y Words:gas,dust,com position1前言寶鋼是一個特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè),其高效的節(jié)能管理技術使其噸鋼綜合能耗從2001年起已連續(xù)3年達到了小于20515M J的世界鋼鐵業(yè)之先進水平,2004年上半年為19811M J。而其對各種副產(chǎn)低品位燃氣(如BFG、LDG的有效回收與綜合利用是其節(jié)能管理的重要內(nèi)容與手段之一。為了更進一步地開發(fā)這些副產(chǎn)燃氣的應用領域,必須對其物理化學性能有一個較為全面的了解,而對所含灰塵成分的測定與分析則是一項極其重要的基礎工作。2寶鋼煤氣系統(tǒng)簡介寶鋼煤氣的種類有高爐煤氣(Blast Furnace G as、焦爐煤氣(C ove Oven G as和

4、轉爐煤氣(Linz Donawiz G as三種,這些氣體的凈化、輸送、儲存、加壓、混合和應用組成了寶鋼的整個燃氣系統(tǒng)。下面主要就BFG和LDG兩個系統(tǒng)的發(fā)生、凈化及應用作一些簡要介紹,以便對其灰塵的形成、張興良教授級高工專家1964年生1985年畢業(yè)于同濟大學現(xiàn)從事燃氣專業(yè)電話26648202測定與分析有一個較為全面的認識。(1高爐煤氣(BFG的發(fā)生、凈化高爐煤氣是高爐煉鐵時的副產(chǎn)品,在高爐中的熱風環(huán)境下,焦炭首先燃燒產(chǎn)生二氧化碳,二氧化碳接觸未燃燒的焦炭還原成一氧化碳,由一氧化碳來還原鐵礦石,產(chǎn)生的二氧化碳氣體上升再次同焦炭接觸一部分還原成一氧化碳,它與未還原的二氧化碳氣體從高爐爐頂排出,

5、這就是高爐煤氣(BFG。從高爐爐頂出來的稱荒煤氣,其中含有10g/m3的灰塵,荒煤氣從高爐爐頂出來后,經(jīng)過煤氣下降管首先進入干式重力除塵器,在此除塵器中,荒煤氣隨煤氣速度下降、方向改變,密度較大的灰塵分離沉淀,這樣煤氣中的灰塵可去除約60%,然后煤氣再經(jīng)過二級文丘里管水清洗裝置,使煤氣中的灰塵進一步降到10mg/m3以下,此時的BFG已是凈高爐煤氣,它再經(jīng)過TRT(高爐煤氣余壓發(fā)電設備發(fā)電后進入寶鋼高爐煤氣主管網(wǎng)(BFG的設計熱值為3300200k J/m3,2002年的實際月平均熱值為318930k J/m3,差-3.37%。(2轉爐煤氣(LDG的發(fā)生、凈化932005年第1期寶鋼技術在轉爐

6、中,鐵水(含碳量為3.0%4.5%中的碳遇到噴入的純氧發(fā)生燃燒反應,產(chǎn)生一氧化碳,而鐵水經(jīng)脫碳后成為鋼(含碳量為0.03% 1.20%,這種主要成分為一氧化碳的氣體由轉爐排出,稱為轉爐煤氣(LDG。由于LDG中含有大量的粉塵,必須經(jīng)過凈化,用戶才能使用。寶鋼回收、凈化LDG的裝置有兩種:第一種是300t轉爐煉鋼采用的OG法,其三臺轉爐分別采用一套稱為OG的LDG回收(兼蒸汽回收、凈化裝置。其主要特點是采用濕法雙文煤氣凈化工藝,通過它LDG中含塵量除去90%以上,凈化處理后進入轉爐煤氣柜儲存,但此時的LDG含塵率仍較高(約100mg/m3,由轉爐煤氣柜出來進入燃氣加壓機前,還需經(jīng)電除塵器進一步除

7、塵到10mg/m3以下,才能進入LDG主管網(wǎng),供給用戶使用。第二種是250t轉爐煉鋼采用的LT法,其二臺轉爐分別采用一套稱為LT的LDG回收(兼蒸汽回收、凈化裝置,又稱“干電”系統(tǒng)。其主要特點是采用干式電除塵器為主的除塵系統(tǒng),除塵效率高并且節(jié)能,其出口的LDG含塵率已降到用戶可使用的10mg/m3以下后進入煤氣柜(LDG的設計熱值為8360200k J/m3,2002年的實際月平均熱值為8362150k J/m3,差+0.02%。3煤氣灰塵成分的測定3.1測定的目的從上面的介紹中可以知道,熱值、含塵量是BFG和LDG的兩個最主要的質(zhì)量指標。煤氣的熱值目前每天均有取樣分析結果,而BFG和LDG

8、中的含塵量除設備投運時進行過考核測定外,投產(chǎn)后一直沒有進行過有效的測定,使得這一重要的質(zhì)量指標處于一種失控的狀態(tài),尤其是灰塵成分的分析,幾乎從未進行過。因此有必要對其進行一次定量化的測定,以掌握BFG、LDG中灰塵的實際成分,既提高生產(chǎn)運行管理水平,又為進一步開發(fā)新的使用領域作好基礎準備。3.2灰塵成分測試3.2.1測試內(nèi)容為了較為全面地了解BFG、LDG中的灰塵成分情況,同時減少大量的重復勞動以提高工作效率,經(jīng)研究決定選取以下5點進行灰塵成分測試、分析:(1300t轉爐LDG回收期間加壓機前水封處(LW146;(2250t轉爐LDG回收期間加壓機前水封處(LW1H2;(31BF出口水封處(B

9、W001;(40#機組入口BFG水封處(BW702;(50#機組入口附近LDG水封處(LW705。3.2.2測試條件及采樣方法對于氣體灰塵的測試工作,做得較多的是鍋爐煙氣的測試。BFG、LDG的理化特性不同于常規(guī)的鍋爐煙氣,二者的工作狀態(tài)和測試條件的不同可以歸納為表1。表1BFG、LDG與鍋爐煙氣的區(qū)別T able1Differences between BFG,LDG and boiler sm okeBFG、LDG鍋爐煙氣氣體性質(zhì)有毒、有害、易燃、易爆無毒、不易燃、不易爆、窒息含水性質(zhì)既有機械水,又有飽和水不含水分灰塵含量灰塵含量很小灰塵含量很大采樣口開設困難容易測試時間長時間、大容量測量

10、短時間、小容量測量以上的這些情況,都增大了BFG、LDG灰塵采樣的難度。鑒于此,本測試工作利用現(xiàn)有管道上的燃氣成分分析取樣裝置作為采樣點,進行灰塵和氣體的采樣,同時對原有的專門針對鍋爐排煙灰塵測試的等速采樣裝置進行針對性的改造。改造內(nèi)容主要是擴大采樣管道的直徑,這樣可以有效地減少灰塵的壁面附著損失,其次將整個灰塵收集器前的管道改為等直徑管道,這樣可以在很大程度上避免因節(jié)流效應而產(chǎn)生的煤氣含水的凝結,防止多數(shù)灰塵溶水的沿程損失(這種現(xiàn)象在原有細管道、高流速的條件下是較為嚴重的,這樣改造后的裝置可以進行長達數(shù)小時、采樣氣體總體積可達數(shù)立方米的實驗測試(原實驗裝置,一般只能進行短時間、小體積的采樣,

11、如果要進行大體積采樣,同時又要避免節(jié)流效應,那么采樣的時間將會達到難以承受的程度根據(jù)上面的分析,本研究測試采用圖1的測試裝置。在上述測試裝置中,灰塵收集器前的采樣管直徑達到2.5cm,遠遠大于等速采樣所能達到的最大直徑。并且,除閥門外,整個管路設計為等直徑,大大地減小了節(jié)流效應,而在等速采樣中,這是做不到的?；覊m收集器采用紙制濾桶,在較低04寶鋼技術2005年第1期的流動速度下,能夠保證90%以上的收集效果。(大直徑采樣管能夠實現(xiàn)大的體積流量和小的流動速度。在排氣進入真空泵前,分別加入了濾塵和除濕的保護裝置。其后,分別裝配了累計流量計和浮子流量計,用于對總采樣體積的記錄和瞬時流量的監(jiān)視。氣體從

12、真空泵排出后,經(jīng)過堿吸收液,對煤氣內(nèi)的S O 2和H 2S 微量氣體進行吸收。在吸收液內(nèi)加入碘指示劑, 使吸收液呈現(xiàn)紫色,保證整個采樣過程具有足夠的吸收能力。應用該套測試裝置,對前述的測試任務進行了采樣。圖1灰塵成分測試裝置Fig.1Measuring devices for dust composition4煤氣中灰塵組成成分的分析對于事先不知道成分的試樣,首先要進行復雜的預處理工作,并且根據(jù)其發(fā)生原理估計到可能存在的所有成分。然后,對不同的可能存在的成分分別進行分析。即整個過程為:首先采用剖析法及試湊法進行大量的對比實驗,確定灰塵的主要成分;然后,根據(jù)具體的成分物種特點,進行有效的化學前處

13、理,分別選擇性地采用質(zhì)原子吸收光譜分析法、等離子體發(fā)射光譜分析法、滴定法等成分鑒定法,獲得灰塵中不同成分的含量。最后,分別選擇性地采用滴定法測定無機元素、應用P -4010等離子體發(fā)射光譜儀測定金屬元素,最終獲得灰塵中不同成分的含量。以前處理、無機硅成分測定和金屬化合物測定為例加以說明。前處理:稱取樣品0.1000g 左右(稱準至0.0000g 置于微波消解罐中,用去離子水濕潤,加王水12m L ,加數(shù)滴HF (56滴于微波消解爐中,消解開始,開1檔1min ,轉2檔3min ,轉至3檔3min 。4檔4min ,冷卻至室溫,然后轉至25m L 容量瓶中定容,上機測定。堿溶測硅:加碳酸鈉0.5

14、g ,在Pt 坩堝中熔融4h ,冷卻后用去離子水加熱溶出,冷卻定容于100m L ,上機測定。堿溶稱樣量為0.1000g 。金屬化合物測定:經(jīng)過前處理后的液體,應用等離子體發(fā)射光譜法測定。整個測試主要應用了MK -II 光纖控壓密閉微波快速消解系統(tǒng)和P -4010等離子體發(fā)射光譜儀等主要測試設備。并且由有豐富經(jīng)驗的專業(yè)測試人員進行測試工作。最終獲得了包括主要成分Fe 2O 3、CaO 、MgO 、Na 2O 等10種主要化合物的含量以及28種金屬和非金屬元素的含量。詳見表2。表2煤氣中灰塵組成成分分析測試結果T able 2Measurement and analytical resultso

15、f dust composition in the gas%成分分類BFG 試樣LDG 試樣主要成分M gOHg(下轉第64頁14張興良寶鋼高爐煤氣和轉爐煤氣中灰塵成分的測定與分析表2TM-8電控永磁吊起重鋼板的層數(shù)與對應厚度的關系T able2Relationship between layers and thicknessof steel plates lifted by the T M-8crane鋼板厚度范圍/mm起吊層數(shù)/層582381212121板的磁路計算方程組(1(9,并通過實驗分別驗證和修正了理論方程組的正確性和準確性,為永磁磁路的計算提供了新方法。本文T M-8電控永磁吊起

16、重多層鋼板的磁路計算結果已作為寶鋼寬厚板項目組引進該系統(tǒng)以及高效應用永磁吊的理論依據(jù)。參考文獻1謝祖榮,吳明捷,周曉正等.永磁起重吸盤的設計思路.起重運輸機械,2001,(7:1113.2齊鳳春.永磁起重技術的發(fā)展概況.磁性材料與器件,1999,30(4:5662.3丁寧,王龍山,何平.稀土起重永磁吊的設計原理.吉林工業(yè)大學自然科學學報,2001,31(1:8690.4丁寧.起重永磁吊的磁路設計程序與計算.長春大學學報, 2002,10(2:810.5邱明輝.永磁吊的磁路計算.大連鐵道學院學報,1999,20(3:4 7.6鄒繼斌,劉寶廷,崔淑梅等.磁路與磁場.哈爾濱工業(yè)大學出版社,1998:

17、31.7周壽增,董清飛.超強永磁體.北京:冶金工業(yè)出版社,1999:499 505.8起重機設計手冊,北京:機械工業(yè)出版社,1980.編輯任燕(改稿日期:2004-08-02(上接第34頁要保證輸入端和輸出端的速度測量是同步的,這就要求速度測量的真實性和可靠性,而激光測速儀可很好地完成這項工作。此外,激光測速儀在鋼鐵企業(yè)還用于優(yōu)化成品剪切的長度和速度測量、用于管材制造的長度測量、用于棒材制造的長度和速度的測量、用于連鑄連軋控制的長度和速度測量,在所有這些生產(chǎn)過程中,激光測速儀都為提高鋼廠的生產(chǎn)率和收益提供了保證。激光測速儀是一種非接觸式的測量系統(tǒng),有著可靠的保護裝置,裝在溫度超過1250和有冷

18、卻液(霧狀和噴射狀等非常惡劣的工作環(huán)境中,也不會干擾和破壞流場,也不懼怕有毒或有腐蝕性物質(zhì)的流場,尤其在氣體、液體中含有固體雜質(zhì)微粒時也能獲得良好的測量結果。并可利用頻移技術辨別流速的方向,能測量反向流、旋渦等復雜流動。由于它可測速度的范圍廣(從零一直到超音速都能測量,測量精度高,重復性好,不受環(huán)境(氣壓、溫度、濕度的影響,配上專門的部件,也能對透平機、風扇、螺旋槳、水泵及其它周期性變化的流場進行測量研究?？傊?激光測量技術具有廣闊的應用前景。編輯任燕(改稿日期:2004-10-12(上接第41頁5結語從測試結果中可以看出,不管是BFG還是LDG,其灰塵的組成中均是Fe2O3占絕對多數(shù)(分別為71.4%和72.91%。但在余下的