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高爐煤氣回收技術(shù)培訓(xùn)教材一、概述(一)高爐煤氣的產(chǎn)生與特點(diǎn)高爐煤氣是高爐煉鐵過(guò)程中,焦炭與鐵礦石反應(yīng)生成的副產(chǎn)品,主要由CO(約25-30%)、N?(約55-60%)、H?(約1-3%)組成,含少量CO?、粉塵(約10-40g/m3)及硫化物。其特點(diǎn)包括:熱值較低:一般為_(kāi)___kJ/m3(約____kcal/m3),需與其他高熱值煤氣(如焦?fàn)t煤氣)混合使用;產(chǎn)量大:每生產(chǎn)1噸鐵約產(chǎn)生____m3煤氣,占高爐能耗的30-40%;易燃易爆:爆炸極限為4-74%(體積分?jǐn)?shù)),遇明火或高溫易發(fā)生爆炸;劇毒:CO含量高,吸入后會(huì)與血紅蛋白結(jié)合,導(dǎo)致缺氧中毒。(二)高爐煤氣回收的意義1.能源利用:高爐煤氣是鋼鐵企業(yè)重要的二次能源,回收后可用于鍋爐燃燒、軋鋼加熱爐、發(fā)電等,替代原煤或重油,降低企業(yè)能源成本;2.環(huán)境保護(hù):未回收的高爐煤氣直接排放會(huì)造成大氣污染(CO、粉塵),回收后可減少溫室氣體排放(每回收1000m3煤氣約減少0.8噸CO?排放);3.安全生產(chǎn):回收系統(tǒng)可有效控制煤氣泄漏,降低爆炸和中毒風(fēng)險(xiǎn)。二、高爐煤氣回收技術(shù)原理(一)煤氣凈化原理高爐煤氣需經(jīng)凈化處理(去除粉塵、硫化物等雜質(zhì))后才能利用,核心是分級(jí)除塵:重力除塵:利用粉塵的重力沉降特性,去除直徑大于50μm的大顆粒粉塵,效率約80-90%;旋風(fēng)除塵:利用離心力將粉塵甩向筒壁,去除直徑10-50μm的中顆粒粉塵,效率約90-95%;布袋除塵(干法):利用過(guò)濾材料(如滌綸、P84纖維)的篩濾作用,去除直徑小于10μm的細(xì)顆粒粉塵,效率可達(dá)99%以上;濕法除塵(如文氏管):利用液體(水)洗滌煤氣,通過(guò)慣性碰撞、擴(kuò)散作用去除粉塵,效率約95-98%,但會(huì)產(chǎn)生含塵廢水。(二)余壓回收原理(TRT)高爐煤氣的壓力(約0.15-0.3MPa)和溫度(約____℃)蘊(yùn)含大量能量,通過(guò)高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置(TRT)可回收這部分能量:1.膨脹做功:高壓煤氣進(jìn)入透平機(jī),推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),將壓力能和熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;2.發(fā)電:轉(zhuǎn)子帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn),輸出電能;3.調(diào)節(jié)控制:通過(guò)可調(diào)靜葉或調(diào)速閥調(diào)整煤氣流量,保證透平機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。TRT的能量回收效率約30-40%,每生產(chǎn)1噸鐵可回收電能約30-50kW·h。三、高爐煤氣回收系統(tǒng)組成(一)除塵系統(tǒng)1.重力除塵器:位于高爐爐頂,呈圓柱形,內(nèi)部設(shè)折流板,利用重力沉降去除大顆粒粉塵;2.旋風(fēng)除塵器:位于重力除塵器之后,呈圓錐形,利用離心力去除中顆粒粉塵;3.布袋除塵器:位于旋風(fēng)除塵器之后,由多個(gè)濾袋組成,利用過(guò)濾材料去除細(xì)顆粒粉塵;4.濕法除塵器(可選):如文氏管、靜電除塵器,用于濕度較大或粉塵粘性強(qiáng)的煤氣凈化。(二)冷卻系統(tǒng)1.噴水冷卻:在煤氣管道中設(shè)置噴嘴,向煤氣中噴入霧化水,利用水的蒸發(fā)吸熱降低煤氣溫度;2.換熱器冷卻:采用管式換熱器,用循環(huán)水或空氣冷卻煤氣,適用于高溫煤氣(如1000℃以上)。冷卻系統(tǒng)的作用是將煤氣溫度從____℃降至____℃,防止后續(xù)設(shè)備(如布袋除塵器、TRT)因高溫?fù)p壞。(三)輸送系統(tǒng)1.煤氣管道:采用無(wú)縫鋼管或焊接鋼管,直徑根據(jù)煤氣流量確定,一般為1-2米;2.閥門:包括蝶閥、閘閥、止回閥,用于控制煤氣流量和切斷煤氣;3.加壓機(jī):如離心式加壓機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī),用于克服煤氣輸送阻力,保持管網(wǎng)壓力穩(wěn)定(一般為10-20kPa)。(四)TRT系統(tǒng)1.透平機(jī):核心設(shè)備,由轉(zhuǎn)子、靜葉、機(jī)殼組成,將煤氣的壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;2.發(fā)電機(jī):與透平機(jī)同軸連接,輸出電能;3.潤(rùn)滑系統(tǒng):為透平機(jī)軸承提供潤(rùn)滑,防止磨損;4.調(diào)速系統(tǒng):通過(guò)調(diào)整靜葉角度或煤氣流量,保證透平機(jī)在變工況下穩(wěn)定運(yùn)行。(五)檢測(cè)與控制系統(tǒng)1.傳感器:包括溫度傳感器(檢測(cè)煤氣溫度)、壓力傳感器(檢測(cè)煤氣壓力)、CO分析儀(檢測(cè)煤氣成分)、粉塵濃度傳感器(檢測(cè)除塵效果);2.PLC控制系統(tǒng):收集傳感器數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門、加壓機(jī)、TRT等設(shè)備的自動(dòng)控制;3.監(jiān)控界面:通過(guò)計(jì)算機(jī)或觸摸屏顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),如煤氣溫度、壓力、流量、CO濃度等。四、高爐煤氣回收操作流程(一)啟動(dòng)前準(zhǔn)備1.設(shè)備檢查:檢查除塵設(shè)備(如布袋除塵器的濾袋是否完好)、冷卻系統(tǒng)(如噴嘴是否堵塞)、TRT系統(tǒng)(如軸承潤(rùn)滑是否充足)的狀態(tài);2.閥門檢查:確認(rèn)高爐煤氣出口閥門、除塵系統(tǒng)閥門、輸送系統(tǒng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài);3.檢測(cè)系統(tǒng)檢查:確認(rèn)溫度、壓力、CO分析儀等傳感器正常工作,報(bào)警裝置處于開(kāi)啟狀態(tài);4.安全準(zhǔn)備:配備防毒面具、滅火器等應(yīng)急裝備,清理現(xiàn)場(chǎng)障礙物。(二)回收系統(tǒng)啟動(dòng)1.高爐送氣:高爐送風(fēng)后,緩慢打開(kāi)高爐煤氣出口閥門,向除塵系統(tǒng)送氣;2.冷卻系統(tǒng)啟動(dòng):?jiǎn)?dòng)噴水冷卻或換熱器冷卻,將煤氣溫度降至200℃以下;3.除塵系統(tǒng)啟動(dòng):依次啟動(dòng)重力除塵器、旋風(fēng)除塵器、布袋除塵器(或濕法除塵器),檢查除塵設(shè)備的阻力(布袋除塵器阻力一般為_(kāi)___Pa);4.TRT啟動(dòng):待煤氣壓力穩(wěn)定后,啟動(dòng)TRT系統(tǒng),調(diào)整靜葉角度,使透平機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,輸出電能;5.輸送系統(tǒng)啟動(dòng):?jiǎn)?dòng)加壓機(jī),緩慢打開(kāi)輸送管道閥門,將煤氣輸送到用戶(如鍋爐、加熱爐);6.調(diào)整參數(shù):通過(guò)PLC控制系統(tǒng)調(diào)整煤氣流量、壓力、溫度,使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。(三)正常運(yùn)行監(jiān)控1.煤氣參數(shù)監(jiān)控:溫度:控制在200℃以下,防止布袋除塵器濾袋燒損;壓力:控制在10-20kPa,保證輸送系統(tǒng)穩(wěn)定;成分:CO含量變化不超過(guò)±2%,防止爆炸;粉塵濃度:控制在10mg/m3以下,滿足用戶要求。2.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控:除塵設(shè)備:定期檢查阻力,防止堵塞;加壓機(jī):檢查軸承溫度(一般不超過(guò)70℃)、振動(dòng)(一般不超過(guò)4.5mm/s);TRT系統(tǒng):檢查透平機(jī)振動(dòng)、軸承溫度、發(fā)電機(jī)輸出功率;閥門:檢查密封情況,防止泄漏。(四)系統(tǒng)停止操作1.高爐休風(fēng):高爐休風(fēng)前,提前通知用戶停止使用煤氣;2.切斷煤氣:關(guān)閉高爐煤氣出口閥門,停止向除塵系統(tǒng)送氣;3.停止設(shè)備:依次停止TRT系統(tǒng)、加壓機(jī)、冷卻系統(tǒng)、除塵系統(tǒng);4.吹掃系統(tǒng):用氮?dú)饣蛘羝祾呙簹夤艿篮驮O(shè)備,去除殘留煤氣;5.檢查維護(hù):對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查和維護(hù),如更換布袋除塵器的濾袋、潤(rùn)滑加壓機(jī)的軸承。五、安全管理與應(yīng)急處理(一)安全風(fēng)險(xiǎn)分析1.中毒風(fēng)險(xiǎn):CO泄漏會(huì)導(dǎo)致人員中毒,嚴(yán)重時(shí)危及生命;2.爆炸風(fēng)險(xiǎn):煤氣濃度達(dá)到爆炸極限(4-74%)時(shí),遇明火或高溫易發(fā)生爆炸;3.設(shè)備損壞風(fēng)險(xiǎn):煤氣溫度過(guò)高、壓力過(guò)大或粉塵堵塞會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞;4.火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn):煤氣泄漏遇明火會(huì)引發(fā)火災(zāi)。(二)安全防護(hù)措施1.檢測(cè)報(bào)警:在煤氣管道、車間等場(chǎng)所設(shè)置CO檢測(cè)報(bào)警裝置,報(bào)警值為:一級(jí)報(bào)警:24ppm(提醒注意);二級(jí)報(bào)警:40ppm(緊急處理)。2.通風(fēng)系統(tǒng):車間內(nèi)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)裝置,保證空氣流通,防止煤氣積聚;3.個(gè)人防護(hù):操作人員配備防毒面具(濾毒罐定期更換)、安全帽、防護(hù)手套等裝備;4.設(shè)備防護(hù):煤氣管道采用防靜電接地,防止靜電火花引發(fā)爆炸;設(shè)備設(shè)置壓力釋放閥,防止超壓損壞;5.培訓(xùn)教育:定期對(duì)操作人員進(jìn)行安全培訓(xùn),考核合格后方可上崗。(三)應(yīng)急處理流程1.煤氣泄漏處理:立即關(guān)閉泄漏點(diǎn)附近的閥門,停止煤氣輸送;啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng),疏散泄漏區(qū)域人員;用CO檢測(cè)儀查找泄漏點(diǎn),做好標(biāo)記;用氮?dú)饣蛘羝祾咝孤﹨^(qū)域,消除煤氣積聚;修復(fù)泄漏點(diǎn),經(jīng)檢測(cè)合格后恢復(fù)運(yùn)行。2.人員中毒處理:立即將中毒者轉(zhuǎn)移到通風(fēng)良好的地方,解開(kāi)衣領(lǐng),保持呼吸通暢;對(duì)昏迷者進(jìn)行人工呼吸或心肺復(fù)蘇;及時(shí)送醫(yī)院治療,告知醫(yī)生中毒原因(CO中毒)。3.爆炸或火災(zāi)處理:立即切斷煤氣來(lái)源,停止所有電氣設(shè)備;用滅火器(如干粉滅火器、二氧化碳滅火器)滅火;疏散人員,撥打消防電話報(bào)警;火災(zāi)撲滅后,檢查設(shè)備損壞情況,修復(fù)后恢復(fù)運(yùn)行。六、常見(jiàn)問(wèn)題及處理(一)除塵設(shè)備堵塞1.原因:過(guò)濾材料失效(如布袋破損)、粉塵濕度大(粘結(jié)在濾袋上)、風(fēng)量過(guò)大(超過(guò)設(shè)計(jì)能力);2.處理:更換破損的濾袋、降低煤氣濕度(如增加干燥裝置)、調(diào)整風(fēng)量(減少送氣量)。(二)煤氣溫度過(guò)高1.原因:冷卻系統(tǒng)故障(如噴嘴堵塞、換熱器結(jié)垢)、高爐熱負(fù)荷過(guò)大(如焦炭負(fù)荷過(guò)高);2.處理:清理噴嘴或換熱器、調(diào)整高爐操作參數(shù)(如降低焦炭負(fù)荷)。(三)TRT機(jī)組振動(dòng)過(guò)大1.原因:轉(zhuǎn)子不平衡(如粘有粉塵)、軸承磨損(潤(rùn)滑不足)、聯(lián)軸器不對(duì)中(安裝誤差);2.處理:平衡轉(zhuǎn)子(去除粉塵或添加平衡塊)、更換軸承(補(bǔ)充潤(rùn)滑)、調(diào)整聯(lián)軸器(校正安裝誤差)。(四)煤氣壓力波動(dòng)1.原因:高爐操作不穩(wěn)定(如風(fēng)量變化)、加壓機(jī)故障(如轉(zhuǎn)速波動(dòng))、用戶用量變化(如加熱爐啟停);2.處理:調(diào)整高爐操作參數(shù)(穩(wěn)定風(fēng)量)、修復(fù)加壓機(jī)(調(diào)整轉(zhuǎn)速)、與用戶溝通(協(xié)調(diào)用量)。七、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(一)干法除塵技術(shù)升級(jí)采用更高效的過(guò)濾材料(如P84纖維、聚四氟乙烯纖維),提高除塵效率(可達(dá)99.9%以上)和使用壽命(從2-3年延長(zhǎng)至4-5年);開(kāi)發(fā)脈沖清灰技術(shù),減少清灰次數(shù),降低設(shè)備阻力。(二)TRT技術(shù)優(yōu)化采用可調(diào)靜葉透平機(jī),提高變工況下的效率(從70%提高至80%以上);開(kāi)發(fā)余熱回收與余壓回收相結(jié)合的系統(tǒng),利用煤氣的余熱加熱循環(huán)水,提高能源利用率。(三)智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將傳感器數(shù)據(jù)(溫度、壓力、CO濃度)傳輸?shù)皆贫?,進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和預(yù)測(cè);利用人工智能算法,提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障(如軸承磨損、濾袋堵塞),實(shí)現(xiàn)predictivemaintenance(預(yù)測(cè)性維護(hù)),提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。(四)低碳化改造開(kāi)發(fā)煤氣脫硫、脫氮技術(shù),減少硫化物、氮氧化物的排放;探索煤氣制氫、煤氣合成天然氣
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