摘要：对不同比例下氮气和焦炉煤气混合后的燃烧特性进行分析，根据燃气互换性的判定方法，当焦炉煤气在焦氮混合气的含量在37%～38%时，其混合气能够替代人工合成转炉煤气稳定燃烧。在实际生产过程中，通过现有的转炉煤气柜及混合站等措施，能够实现焦炉煤气和氮气的均匀、稳定的混合，说明利用氮气替代高炉煤气进行人工合成转炉煤气是可行的，从而达到增加人工合成转炉煤气气源种类的目的。
关键词：煤气；氮气；替代；互换性
A Study on the Substitute Nitrogen for Blast Furnace Gas to Synthesize Convert Gas
Shougang Jingtang Iron and Steel United Co.，Ltd.Jia Qiong，Wu Gang，Zhai Guangyong
Abstract：The combustion characteristics were studied for the mixture of nitrogen and coke oven gas under various proportions.According to A.G.A.Bulletin #36 interchangeability method，as the content of coke oven gas is between 37% to 38%，the mixture gas can be well burned.With the employment of gas tanks and mix equipments，the mixed gas of coke oven gas and nitrogen can be obtained in practice.
Keywords：Gas；Nitrogen；Substitute；Interchangeability
1 背景
炼钢过程中转炉煤气的回收是间断性的，而采用转炉煤气作为燃料的工业炉窑的生产过程往往是连续的，为保证转炉煤气出现阶段性缺口时炉窑能够连续生产，钢铁企业一般设有高、焦炉煤气混合站，通过调节高、焦两种煤气的混合比例人工合成转炉煤气，供给用户使用[1]。采用纯转炉煤气作为燃料的炉窑烧嘴一般以转炉煤气作为设计气源，以高焦合成转气作为校核气源，从而达到适应两种气源稳定燃烧的目的。
高、焦炉煤气的发生较为稳定，但高炉出现事故休风或因其他高炉煤气刚性用户短期内无法退出高炉煤气时，可能会出现阶段性高炉煤气不足的情况。当上述情况出现时，可以考虑利用氮气替代高炉煤气与焦炉煤气进行合成，达到转炉煤气的主要燃烧参数，供给纯转炉煤气用户使用，以保证这些用户的连续稳定生产。当采用氮气与焦炉煤气混合后，混合气体的成分与纯转炉煤气及高焦合成转炉煤气均有不同，需要对其燃烧特性进行分析。由于氮气替代高炉煤气与焦炉煤气混合后，其成分更接近高焦合成转炉煤气，而高焦合成转炉煤气作为纯转炉煤气用户的校核气源能够稳定燃烧，因此本文主要通过对焦氮混合气和高焦合成转炉气的燃烧性能进行对比分析，来研究利用氮气替代高炉煤气与焦炉煤气合成转炉煤气的可行性，达到增加人工合成转炉煤气气源种类的目的。
2 可行性分析
2.1 煤气成分
各种煤气及氮气的成分见表1，其中高焦合成转气是高炉煤气和焦炉煤气以一定比例合成，合成后的煤气热值与转炉煤气的热值保持相等。从表1中可以看出，转炉煤气的主要可燃成分是一氧化碳，而高焦合成转气的主要可燃成分为氢气、甲烷和一氧化碳，不可燃成分中，二氧化碳的比例基本相当，高焦合成转气中氮气的比例明显大于转炉煤气。而当使用氮气替代高炉煤气与焦炉煤气合成转气后，合成转气中氮气的比例将更高。
2.2 理论分析
当焦炉煤气和氮气以不同比例合成后，混合气体热值和华白指数的变化情况如图1所示。随着焦炉煤气在焦氮混合气中含量的不断增加，混合气体的热值和华白指数均呈增加的趋势，但由于焦炉煤气的相对密度较低，其华白指数的增加速度明显高于热值。当焦炉煤气在混合气体中的含量达到43%时，焦氮混合气的热值与高焦合成转气的热值相等，但其华白指数比高焦合成转气提高约10%，而当焦氮混合气的华白指数与高焦合成转气相同时，焦炉煤气在混合气中的含量约为39%，焦氮混合气的热值仅为高焦合成转气热值的93%。因此，能否利用氮气替代高炉煤气与焦炉煤气合成转炉煤气，需要对混合气的燃烧性能进行深入分析。
根据美国燃气协会A.G.A.36#公告中公布的关于燃气互换性预测的方法[2～4]，利用“I”指数法，对焦氮混合气替代高焦合成转气时的脱火指数、回火指数和黄焰指数进行了计算，其结果如图2所示。
根据A·G·A.36#公告，当脱火指数≤1.1、回火指数≤1.2且黄焰指数≥0.86时，可以判定两种燃气可以实现互换。结果表明，在图2所示的混合比例范围内，焦氮混合气替代高焦合成转炉气时，均不会发生回火现象，降低焦炉煤气的比例，可能会发生脱火现象，提高焦炉煤气的比例，可能会出现黄焰，当焦炉煤气在焦氮混合气的含量在37%～38%时，其脱火指数、回火指数和黄焰指数均能达到上述要求，即能够利用氮气替代高炉煤气与焦炉煤气合成转炉煤气，此时用户在使用上述混合气时能够稳定燃烧。此时焦氮混合气的华白指数与高焦合成转气基本相当，而其热值约为高焦合成转气的86%～88%。
在实际应用中，当利用氮气替代高炉煤气与焦炉煤气合成转炉煤气时，由于其能够互换的范围较小，难于实现各参数的精确控制，为保证安全及稳定运行，可适当提高焦炉煤气在混合气中的比例，以保证不致形成脱火现象。
3 实施方案
3.1 工艺流程
某钢铁企业转炉煤气系统的工艺流程如图3所示，来自炼钢转炉的转炉煤气，通过管网回收储存到转炉煤气柜中，再通过加压机升压后供给各煤气用户使用。高、焦炉煤气混合站的出口设置在转炉煤气柜之前，并与煤气柜入口管相连，加压站大回流也与煤气柜入口管相连，使加压机出口的富裕煤气返回至转炉煤气柜中。氮气来自综合管网，正常情况下用于转炉煤气柜本体的置换，与转炉煤气柜本体相连。
3.2 实施方法
为保证焦炉煤气和氮气的均匀混合，最好采用离线混合的方法。首先停止用户的使用和加压机的运行，关闭合成转炉煤气混合站高炉煤气支路，然后打开合成转炉煤气混合站焦炉煤气支路和氮气，按照预先设定的比例调节好焦炉煤气和氮气的流量，将焦炉煤气和氮气送入转炉煤气柜中。若焦炉煤气或氮气无流量显示仪表，可分别向转炉煤气柜中送气，并以柜容指示仪计算分别送入煤气柜中焦炉煤气和氮气的总量。当向煤气柜中送入适量的混合气后，停止焦炉煤气和氮气，启动转炉煤气加压机，控制好加压机的负荷，使加压机送出的煤气全部通过大回流管道返回转炉煤气柜中，以达到使焦炉煤气和氮气充分混合均匀的目的。
加压机停止运行后，分别在转气柜进口、出口和加压机三处对混合气进行取样分析，将分析结果与预测结果进行对比。若达到预期的效果，即可通过加压站供给用户使用，否则可根据混合气体的成分，再混入适量的焦炉煤气或氮气，直至满足要求为止。
4 主要结论
通过上述分析，可以得到如下结沦：
(1) 利用氮气可以替代高炉煤气与焦炉煤气合成转炉煤气，当焦炉煤气在焦氮混合气中的比例达到37%～38%时，焦氮混合气与高焦合成转气互换后其燃烧性能达到最佳，降低焦炉煤气的比例，可能会引起脱火，提高焦炉煤气的比例，可能会产生黄焰。
(2) 利用转炉煤气柜、煤气加压站、合成转气混合站等设施，在实际生产过程中町以实现焦炉煤气和氮气之间的定量、均匀混合，合成后的混合气可以通过加压站供给用户使用。
参考文献
1 《钢铁企业燃气设计参考资料》编写组.《钢铁企业燃气设计——煤气部分》[M].冶金工业出版社，1978:6:1-26
2 姜正侯.燃气工程技术手册[M].同济大学出版社，1993:5:1022-1024
3 李猷嘉.预测燃气互换性的各种方法论述.城市燃气，2010:1:3-16
4 李猷嘉.预测燃气互换性的各种方法论述（续）.城市燃气，2010:2：3-8
(本文作者：贾琼 吴刚 翟广永 首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部 063000)
您可以选择一种方式赞助本站
支付宝转账赞助
微信转账赞助
- 注解：本资料由会员及群友提供仅供阅读交流学习，不得用于商业用途！
