高爐煤氣減壓閥

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項，現在介紹高爐煤氣減壓閥以某新型實用高爐煤氣減壓閥為研究對象,建立了三維穩態湍流模型.通過ANSYS CFX對實用新型的內部流場進行了數值分析,得到了速度場與壓力場的分布圖,為減壓閥的結構優化提供了理論依據.高爐煤氣高爐煤氣是鋼鐵聯合企業內部的重要氣體燃料，常單獨（或混入少量焦爐煤氣）用作熱風爐（消耗量約占產量的40～45％）、焦爐和鍋爐的燃料；也可和焦爐煤氣混合,成為發熱值1100～2000千卡／標米3 的混合煤氣，作為均熱爐、加熱爐、熱處理爐等的燃料，并用于燒結機點火。 高爐煤氣的燃燒特性因組成而異,一般燃燒每標米3 高爐煤氣,約需空氣0.7～0.8標米3 ；燃點約560～600℃；爆炸界限下限30～35％，上限70～80％（均指高爐煤氣在它和空氣的混合物中所占的體積百分數）。 

高爐煤氣

高壓鼓風機鼓風，并且通過熱風爐加熱后進入了高爐，這種熱風和焦炭助燃，產生的是二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙熱的焦炭產生一氧化碳，一氧化碳在上升的過程中，還原了鐵礦石中的鐵元素，使之成為生鐵，這就是煉鐵的化學過程。鐵水在爐底暫時存留，定時放出用于直接煉鋼或鑄錠。

這時候在高爐的爐氣中，還有大量的過剩的一氧化碳，這種混和氣體，就是高爐煤氣。每煉一噸鐵可產生2100-2200立方米的高爐煤氣。

這種含有可燃一氧化碳的氣體，是一種低熱值的氣體燃料，可以用于冶金企業的自用燃氣，如加熱熱軋的鋼錠、預熱鋼水包等。也可以供給民用，如果能夠加入焦爐煤氣，就叫做“混和煤氣”，這樣就提高了熱值。

高爐煤氣為煉鐵過程中產生的副產品，主要成分為:CO, C02, N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量約占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2, N2的含量分別占15%,55 %，熱值僅為3500KJ/m3左右。高爐煤氣的成分和熱值與高爐所用的燃料、所煉生鐵的品種及冶煉工藝有關，現代的煉鐵生產普遍采用大容積、高風溫、高冶煉強度、高噴煤粉量的生產工藝，采用這些的生產工藝提高了勞動生產率并降低能耗，但所產的高爐煤氣熱值更低，增加了利用難度。高爐煤氣中的CO2, N2既不參與燃燒產生熱量，也不能助燃，相反，還吸收大量的燃燒過程中產生的熱量，導致高爐煤氣的理論燃燒溫度偏低。高爐煤氣的著火點并不高，似乎不存在著火的障礙，但在實際燃燒過程中，受各種因素的影響，混合氣體的溫度必須遠大于著火點，才能確保燃燒的穩定性。高爐煤氣的理論燃燒溫度低，參與燃燒的高爐煤氣的量很大，導致混合氣體的升溫速度很慢，溫度不高，燃燒穩定性不好。 燃燒反應能夠發生的另一條件是氣體分子間能夠發生有效碰撞，即擁有足夠能量的相互之間能夠發生氧化反應的分子間發生的碰撞，大量的C02,N2的存在，減少了分子間發生有效碰撞的幾率，宏觀上表現為燃燒速度慢，燃燒不穩定。高爐煤氣中存在大量的CO2L, N2，燃燒過程中基本不參與化學反應，幾乎等量轉移到燃燒產生的煙氣中，燃高爐煤氣產生的煙氣量遠多于燃煤。

二、轉爐煤氣

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥轉爐煉鋼過程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體。回收的頂吹氧轉爐爐氣含一氧化碳60～80％，二氧化碳15～20％，以及氮、氫和微量氧。轉爐煤氣的發生量在一個冶煉過程中并不均衡，成分也有變化（見圖)。通常將轉爐多次冶煉過程回收的煤氣輸入一個儲氣柜，混勻后再輸送給用戶。轉爐煤氣由爐口噴出時,溫度高達1450～1500℃,并夾帶大量氧化鐵粉塵，需經降溫、除塵，方能使用。凈化有濕法和干法兩種類型。①濕法凈化系統典型流程是：煤氣出轉爐后，經汽化冷卻器降溫至800～1000℃,然后順序經過一級文氏管、*彎頭脫水器、二級文氏管、第二彎頭脫水器,在文氏管喉口處噴以洗滌水,將煤氣溫度降至35℃左右,并將煤氣中含塵量降至約100毫克/標米3。然后用抽風機將凈化的氣體送入儲氣柜。濕法工藝在世界上比較普遍,每噸鋼可回收60～80立方米煤氣，平均熱值約為2000～2200千卡/立方米。②美國和聯邦德國等國有些工廠采用干式電除塵凈化系統。煤氣經冷卻煙道溫度降至1000℃，然后用蒸發冷卻塔，再降至200℃,經干式電除塵器除塵,含塵量低于50毫克/立方米的凈煤氣,經抽風機送入儲氣柜。干式系統比濕式系統投資約高12～15％；但無需建設污水處理設施,動力消耗低,但必須采取適當措施，防止煤氣和空氣混合形成爆炸性氣體。

轉爐煤氣是鋼鐵企業內部中等熱值的氣體燃料。可以單獨作為工業窯爐的燃料使用，也可和焦爐煤氣、高爐煤氣、發生爐煤氣配合成各種不同熱值的混合煤氣使用。轉爐煤氣含有大量一氧化碳，毒性很大，在儲存、運輸、使用過程中必須嚴防泄漏。

高爐煤氣凈化 高爐煤氣作為燃料，含塵量要小于10毫克／標米3 ,對溫度和壓力也有一定要求。因此在供給工業窯爐使用前需進行除塵、降溫。高壓高爐煤氣還需降壓。 
含粉塵的高爐煤氣出高爐后，進入重力除塵器，除去大顆粒粉塵，然后在洗滌塔和文氏管中噴水冷卻，清除細顆粒粉塵，含塵量可降至50～100毫克／標米3 ；然后再經減壓閥組降壓，在減壓閥內噴水可以起很好的除塵作用。經過閥組后的煤氣，含塵量一般在 5毫克／標米3 左右。中國有一些中壓或低壓中小高爐,在文氏管后裝設濕式電除塵器或洗滌機。有些低壓高爐，不設文氏管，在洗滌塔后直接設置濕式電除塵器或洗滌機。 高爐煤氣高爐煤氣
70年代發達國家的一些鋼鐵廠采用一種可變環形縫隙的高壓高爐煤氣洗滌塔（見圖）。這種洗滌塔結構緊湊，將煤氣冷卻、清洗和壓力調節作用集合于一個設備內，噪聲也較小，因此得到推廣。 高壓高爐爐頂煤氣余壓發電 為了回收高壓高爐煤氣所具有的壓力能量，70年代開始采用爐頂煤氣余壓發電，絕大部分煤氣不經減壓閥組降壓，而通過膨脹渦輪機膨脹降壓，推動渦輪機旋轉，帶動發電機發電。一座容積4000米3 、爐頂壓力2公斤力／厘米2 的高爐,約可發電12000～14000千瓦。目前世界上已安裝這種渦輪發電機50余套，總發電容量約40萬千瓦。高爐冶煉過程中，從爐頂排出大量煤氣，其中含有CO、H：、CH。等可燃氣體，可以作 為熱風爐、焦爐、加熱爐等的燃料。但是由高爐爐頂排出的煤氣溫度為150～300℃，標態 含有粉塵約40～100g／m。。如果直接使用，會堵塞管道，并且會引起熱風爐和燃燒器等耐火磚襯的侵蝕破壞。因此，高爐煤氣必須除塵后才能作為燃料使用。
高爐爐頂壓力是高爐生產中的一個重要參數。為使高爐爐內反應穩定以及高爐爐況的順利進行,保證生鐵產量和質量,必須對爐頂壓力進行自動控制,使其能夠在設定值限定范圍內,高爐不僅要實現高爐爐頂壓力的穩定控制還要使與之配套的TRT(高爐煤氣余壓回收透平發電裝置)運行,在保證爐頂壓力穩定的同時使TRT發電功率大化。升。爐頂壓力調節器的輸出通過邏輯順序控制系統(簡稱順控)控制減壓閥組的油壓執行機構驅動減壓閥組,調節流經減壓閥組的煤氣流量,已達到穩定爐頂壓力的目的。

兩個爐頂壓力測量信號送入DCS后,先對測量值進行判斷,取正確值送入調節系統。調節系統根據爐頂壓力測量值對減壓閥組的開度進行調節。在爐頂壓力控制系統中,由于TRT的介入,要求減壓閥組的控制范圍很大。當TRT不發電時,爐頂壓力由減壓閥組進行調節;當高爐爐況較好時,允許TRT發電,TRT調速閥緩慢開大,部分高爐煤氣流經TRT相組,在發電機并網后,TRT進入高爐頂壓功率復合控制階段,此時TRT裝置中的可調靜葉和與TRT并聯的減壓閥組共同參與爐頂壓力的控制,直至減壓閥組全關,則TRT靜葉調節爐頂壓力,此時,

1 高爐爐頂壓力控制系統

為了較為直接的測得爐頂壓力,在高爐本體煤氣上升管處安裝了2臺智能壓力變送器,檢測爐頂壓力并送入DCS,在煤氣總管上安裝了減壓閥組,由1臺自動閥A,2臺量程閥B和C及1臺快開閥D組成,前3臺蝶閥參與調節控制爐頂壓力,快開閥只在TRT緊急關機時快速打開,防止爐頂壓力急劇上
    煤氣除塵設備分為濕法除塵和干法除塵兩種。

    濕法除塵常采用洗滌塔一文氏管一脫水器系統，或一級文氏管一脫水器一二級文氏管 一脫水器系統。高壓高爐還須經過調壓閥組一消音器一快速水封閥或插板閥，常壓高爐當 爐頂壓力過低時，需增設電除塵器，經過濕法凈化系統后，煤氣含塵量可降到小于10mg／m。，溫度從150～300℃降到35～55‘C左右，含水量可達7～20s／m。，濕法凈化系統流程如圖8—1所示。

干法除塵有兩種，一種是用耐熱尼龍布袋除塵器(BD(：)，另一種是用干式電除塵器 (EP)。為確保BDC人口高溫度小于240℃，EP人口高溫度小于350rC，在重力除塵器加溫控裝置或在重力除塵器后設蓄熱緩沖器。當高爐開爐時、高爐休風、復風前后以及干式凈化設備出現故障時，需要用并聯的濕法系統凈化，此時由圖8—2中兩蝶閥切換系統完成。經過干法凈化系統煤氣含塵量可降到小于5mg／m。，在干式除塵器后采用水噴霧冷卻裝置使煤氣溫度降到余壓發電機組(TRT)入口的允許溫度125～175℃，TRT出口煤氣需要經洗凈塔脫除煤氣中的氯離子，以免對管道腐蝕，同時溫度降至40℃飽和溫度。

評價煤氣除塵設備的主要指標：

(1)生產能力。生產能力是指單位時間處理的煤氣量，一般用每小時所通過的標準狀態的煤氣體積流量來表示。

 (2)除塵效率。除塵效率是指標準狀態下單位體積的煤氣通過除塵設備后所捕集下來的灰塵重量占除塵前所含灰塵重量的百分數。可用下式計算：

   式中——除塵效率，％；

m1、m2——入口口和出口煤氣標態含塵量，g／m3或mg／m3 .

用這個公式來表示除塵效率是很不嚴格的，因為它沒有說明灰塵粒徑的大小及灰塵的物理性質。因此，對于不同粒徑和不同物理性質的灰塵是不能用這個公式來加以比較的。各種除塵設備對不同粒徑灰塵的除塵效率見表8—1。

(3)壓力降。壓力降是指煤氣壓力能在除塵設備內的損失，以人口和出口的壓力差表示。

(4)水的消耗和電能消耗。水、電消耗一般以每處理1000m。標態煤氣所消耗的水量和電量表示。

評價除塵設備性能的優劣，應綜合考慮以上指標。對高爐煤氣除塵的要求是生產能力大、除塵效率高、壓力損失小、耗水量和耗電量低、密封性好等。

8．1煤氣除塵設備及原理

8．1．1粗除塵設備

粗除塵設備包括重力除塵器和旋風除塵器。

8．1．1．1  重力除塵器

重力除塵器是高爐煤氣除塵系統中應用廣泛的一種除塵設備，其基本結構見圖8—3，其除塵原理是煤氣經中心導入管后，由于氣流突然轉向，流速突然降低，煤氣中的灰塵顆粒在慣性力和重力作用下沉降到除塵器底部。欲達到除塵的目的，煤氣在除塵器內的流速必須小于灰塵的沉降速度，而灰塵的沉降速度與灰塵的粒度有關。荒煤氣中灰塵的粒度與原料狀況及爐頂壓力有關。

設計重力除塵器的關鍵是確定其主要尺寸——圓筒部分直徑和高度，圓筒部分直徑必須保證煤氣在除塵器一內流速不超過0.6～1.0m／s，圓筒部分高度應保證煤氣停留時間達到12～15s。可按經驗直接確定，也可按下式計算：

重力除塵器圓筒部分直徑D(m)：

式中Q——煤氣流量，m3／s；

v ——煤氣在圓筒內的速度，約0．6～1．0m／s。高壓操作取高值

   除塵器圓筒部分高度H (m)：

t——煤氣在圓筒部分停留時間，一般12～15s，大高爐取低值；

F——除塵器截面積，m。

計算出圓筒部分直徑和高度后，再校核其高徑比H／D，其值一般在1．00～1．50之間，大高爐取低值。

8．3．5調壓閥組

調壓閥組又稱減壓閥組，是高壓高爐煤氣清洗系統中的減壓裝置，既控制高爐爐頂壓力，又確保凈煤氣總管壓力為設定值。

 調壓閥組設置在煤氣除塵系統二級文氏管之后，用來調節和控制高爐爐頂壓力，其構造見圖8—17，閥組配置情況與煤氣管道直徑有關，詳見表8—4。以聲2150mm的煤氣主管為例來說明調壓閥組的組成，它由四個調節閥和一個常通管道。在斷開的凈煤氣管道上用5根支管連通，其中3根內徑為聲750mm的支管中設有電動蝶式調節閥，一根內徑為56400mm的支管中設有自動控制的電動蝶式調節閥，另一根內徑為聲250mm的支管常通。當3個≯750mm的電動蝶式調節閥逐次關閉后，高爐進入高壓操作，這時聲400mm的自動控制電動蝶式調節閥則不斷變動其開啟程度，來維持穩定的爐頂壓力。f5400mm自動控制蝶式調節閥用于細調，j5750mm電動蝶式調節閥用于粗調或分擋調節，以實現不同的爐頂壓力和高壓、常壓之間的轉換，j6250mm的常通管起安全保護作用。調壓閥組后的煤氣壓力一般為20～35kPa，管道中煤氣流速為15～20m／s。與本產品相關論文：波紋管減壓閥波紋管材料