CN111349730B - 一种高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法，停炉装料取消盖面焦炭，最后装料以矿石结尾；矿石分布在炉候80％‑85％的面积，留出中心15‑20％焦炭区域；将盖面焦在最后一批矿石前加入，高炉停炉料总焦比不变，同时保证最后矿石层厚度在炉候400‑450mm，下降到炉腰200mm以上。本发明有效使得水煤气反应(C+H₂O→CO+H₂‑131kJmol^‑1)大幅减少。而停炉过程煤气中的H₂主要来源于水煤气反应，因此煤气中H₂含量大幅减少，从而能够有效的防止煤气爆炸，避免爆震，提高安全保障。同时最大程度回收煤气，不仅节能，而且减少排放，改善环境，具有显著的经济与社会效益。

Description

一种高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的 方法

技术领域

本发明涉及高炉冶炼技术领域，具体地指一种高炉降料线回收煤气停炉的工艺。

背景技术

高炉是竖炉型逆流式反应器。自炉顶加入的原燃料(烧结+球团+块矿+焦炭)，受到逆流而上的高温还原气体的作用(该还原气体由鼓风机鼓入的空气，经过热风炉升温经风口进入高炉，与高炉的焦炭发生燃烧反应生成煤气)。不断被加热、分解、还原、软化、熔融、滴落、渗碳并最终形成渣铁融体而分离。高炉容积从几百到数千立方米，且高炉生产过程是连续进行的，在炉顶不断上料下面铁口不断出铁。在高炉需要检修或其它原因需要长时间停炉时需要对高炉进行空料线。高炉空料线的方法时：在高炉内大幅降低矿石及燃料的比例，停止上料，高炉继续送风。使得高炉下部焦炭逐步烧掉，矿石在下降的过程中逐步融化，高炉炉料逐步下移，高炉空间至上而下逐步空出，从而腾出高炉风口以上整个空间。

降料线过程中须做到：安全、环保、快速。安全方面：①防止煤气爆炸，避免爆震。②防止煤气温度高，烧坏炉顶设备。③无管道、悬料。环保与节能方面：①减排：减少放散或0放散，减少煤气及灰尘排放。②节能：尽量或全部回收煤气。效率方面：在安全、环保的前提下，最大程度将料线控制到风口以下，为检修创造条件，同时尽量缩短停炉时间。

降料线过程中存在很多难点：①不能上料，炉顶温度高，烧坏炉顶及其它设备。②煤气：H₂高(10-16％)，CO高、CO₂低，热值高(4.5MJ/m³).其中H₂远高出4％的爆炸浓度。③煤气温度在炉顶通过打水控制在400℃左右，但在料面上方高达1000℃以上，远高煤气着火点。煤气爆炸的三个必备条件：煤气浓度、O₂浓度及着火点，主要需要控制O₂浓度同时适当控制H₂浓度。本发明就是一种控制H₂浓度的工艺方法。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种有效的高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法，该高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法能有效高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量，同时最大程度回收煤气，不仅节能，而且减少排放，改善环境。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法，停炉装料取消盖面焦炭，最后装料以矿石结尾；矿石分布在炉候80％-85％的面积，留出中心15-20％焦炭区域；将盖面焦在最后一批矿石前加入，高炉停炉料总焦比不变，同时保证最后矿石层厚度在炉候400-450mm，下降到炉腰200mm以上。

作为上述技术方案的优选，本发明提供的高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：

作为上述技术方案的改进，所述方法具体实施步骤如下：

步骤一、做好空料线前的准备工作；

步骤二、降料线至休风。

作为上述技术方案的改进，所述步骤一、做好空料线前的准备工作，具体操作如下：

1)提前8小时适当减少中心加焦量；

2)安装一套炉顶雾化打水装置，保证足够的打水量；

3)炉身静压管道孔准备通N₂；

4)准备可探到风口的探尺一根，并在链条上作好标志；

5)停炉前保持炉况顺行，炉温充足，并提前1天加锰矿洗炉；

6)停炉料负荷O/C2.6-2.8，停炉料焦比580-640kg/t.p；炉渣碱度降至1.0-1.05；炉渣Al₂O₃控制在15％以下；MgO控制在8-10％；按照矿石层炉候厚度400-450mm，焦炭层炉候厚度450-500m；以该配料结构料层填充高炉风口以上，料线以下所有区域；

7)上最后一批料，其焦炭层增加35-50％重量；相应负荷O/C降低35-50％，焦比增加35-50％；矿石按照正常批重量，分布在炉候边缘80-85％；中间15-20％保持为焦炭区域，以便透气；

8)该炉料下降到风口区域时候，停止上料；高炉继续送风，开始降料线。

作为上述技术方案的改进，所述步骤二、降料线至休风，具体操作如下：

1)高炉送风降料线操作；由高压阀组控制顶压，停止富氧量；开始降料面时应将炉顶、除尘器氮汽打开，停止上料，继续回收煤气，控制顶温在350±20℃降料面过程中采取从炉喉到炉腰以上2米的范围内，送风最大风量，通过炉顶打水的办法控制炉顶温度；炉腰以上2米的范围到炉腹上沿采取减风，减少煤气量，较低的压差，通过缓慢上料和炉顶打水的方式控制炉顶煤气温度；当料线降至炉身下部时应逐步控制风量操作，防止产生管道煤气流；如料线未达炉身下部而顶温过高，打水控制不了或炉内频繁出现爆震时，可提前减少风量、适当降顶压进行控制；

2)严格控制好风量水平，随着料线降低，压差降低风量不断上升时，及时查看风量、风压曲线，把风量减至合适风量水平，严格控制因压差过高导致管道产生，根据料线情况减风并适当退顶压；

3)在冷却水流量有保证，炉顶温度能控制在合理范围的前提下，如炉内风压曲线平稳，煤气成分(特别是O2)在安全范围内，应尽可能保持大风量，加快降料线速度；

4)料线降到炉身以下时，如炉顶压力频繁出现高压尖锋，应主动减少风量并适当减少打水量；

5)当降料面期间出现悬料、滑料或炉顶氢气含量超过12％时需强制减风；

6)降料面初期使用机械探尺，雷达探尺作以及通过鼓风量消化的焦炭量为料面深度依据；

7)停炉过程中，为判断料面下降情况，每半小时取煤气样一次进行分析；进入炉腰后20分钟取样一次，到炉腹后15分钟取样一次；

8)料面降至风口，同时最后一次铁出完，高炉休风。

作为上述技术方案的改进，所述步骤二、降料线至休风过程中降料面腾空间过程中遇到的问题及其应对措施如下表：

目前行业内高炉停炉装料为了保证能够充足的热量，都加入一定数量的盖面焦。本发明停炉装料取消盖面焦炭，最后装料以矿石结尾。矿石分布在炉候80％-85％的面积，留出中心15-20％焦炭区域。将盖面焦在最后一批矿石前加入，高炉停炉料总焦比不变。同时保证最后矿石层厚度在炉候400-450mm，下降到炉腰200mm以上。由于料面表层矿石占了80-85％，只有中心15-20％的焦炭，这样停炉过程中打水下降到料面与焦炭接触的机会减少了80-85％，从而水煤气反应(C+H₂O→CO+H₂-131kJmol^-1))大幅减少。而停炉过程煤气中的H₂主要来源于水煤气反应，因此煤气中H₂含量大幅减少。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：防止煤气爆炸，避免爆震，提高安全保障。同时最大程度回收煤气，不仅节能，而且减少排放，改善环境。因此次方法安全，节能，环保，具有显著的经济与社会效益。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。

图1是本发明传统降料线停炉高炉料面表面层示意图；

图2是本发明料线停炉高炉料面表面层矿石及焦炭分布示意图；

图3是高炉满装料与降料线后内空示意图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。

实施案例1

某1800m³高炉生产8年后虚空料线进行停炉检修。为了保证停炉过程中的煤气安全，降低煤气中H2含量，其停炉方法如下。

1、做好空料线前的准备工作

1)提前8小时适当减少中心加焦量50％。

2)安装一套炉顶雾化打水装置，保证足够的打水量120t/h。

3)炉身静压管道孔准备通N₂,最高10000m³/h。

4)准备可探到风口的探尺2根，深度可达到25m,并在链条上作好标志。

5)停炉前保持炉况顺行，炉温充足，并提前1天加锰矿洗炉600kg/批。

6)停炉料负荷O/C2.7，焦比610kg/t.焦炭批重10吨,焦炭层厚度481mm,矿石批重27吨，另外加入造渣熔剂1000kg,矿石层厚度420mm。炉渣碱度降至1.05。炉渣Al₂O₃14.8％，MgO,9％。该炉料下降到风口区域时候，停止上料。高炉继续送风，开始降料线。

7)上最后一批料，其焦炭层增加40-50％重量(从10吨提高到15吨)。矿石批重27吨，另外加入造渣熔剂1000kg，相应负荷O/C1.87，焦比增加909kg/t。分布在炉候边缘80-85％。中间15-20％保持为焦炭区域，以便透气。

8)该炉料下降到风口区域时候，停止上料。高炉继续送风，开始降料线。2、降料线至休风。

1)高炉送风降料线操作。由高压阀组控制顶压，停止富氧量。开始降料面时应将炉顶、除尘器氮汽打开，停止上料，继续回收煤气，控制顶温在350±20℃降料面过程中采取从炉喉到炉腰以上2米的范围内，力求最大风量，通过炉顶打水的办法控制炉顶温度。炉腰以上2米的范围到炉腹上沿采取减风，减少煤气量，较低的压差，通过缓慢上料和炉顶打水的方式控制炉顶煤气温度。当料线降至炉身下部时应逐步控制风量操作，防止产生管道煤气流。如料线未达炉身下部而顶温过高，打水控制不了或炉内频繁出现爆震时，可提前减少风量、适当降顶压进行控制。具体降料面过程中炉顶温度控制参考下表：

表1：降料面腾空间过程中遇到的问题及其应对措施

2)严格控制好风量水平，随着料线降低，压差降低风量不断上升时，及时查看风量、风压曲线，把风量减至合适风量水平，严格控制因压差过高导致管道产生，根据料线情况减风并适当退顶压。

3)在冷却水流量有保证，炉顶温度能控制在合理范围的前提下，如炉内风压曲线平稳，煤气成分(特别是O₂)在安全范围内，应尽可能保持大风量，加快降料线速度。

4)料线降到炉身以下时，炉顶压力频繁出现高压尖锋，减少风量并适当减少打水量。

5)当降料面期间出现悬料、滑料或炉顶氢气含量超过12％时强制减风。

6)降料面初期使用机械探尺，雷达探尺作以及通过鼓风量消化的焦炭量为料面深度依据。

7)停炉过程中，为判断料面下降情况，每半小时取煤气样一次进行分析。

进入炉腰后20分钟取样一次，到炉腹后15分钟取样一次。高炉煤气中H2含量从传统方法的16％降低到10％。

8)料面降至风口，同时最后一次铁出完，高炉休风。

停炉过程中安全，节能环保，0放散。

实施案例2

某3200m³高炉生产13年后虚空料线进行停炉检修。为了保证停炉过程中的煤气安全，降低煤气中H₂含量，其停炉方法如下。

1、做好空料线前的准备工作

1)提前8小时适当减少中心加焦量30％。

2)安装一套炉顶雾化打水装置，保证足够的打水量200t/h。

3)炉身静压管道孔准备通N₂,最高15000m³/h。

4)准备可探到风口的探尺2根，深度可达到28m,并在链条上作好标志。

5)停炉前保持炉况顺行，炉温充足，并提前1天加锰矿洗炉1000kg/批。

6)停炉料负荷O/C2.8，焦比590kg/t.焦炭批重18吨,焦炭层厚度490mm,矿石批重50吨，另外加入造渣熔剂1800kg,矿石层厚度430mm。炉渣碱度降至1.05。炉渣Al₂O₃15％，MgO,9％。该炉料下降到风口区域时候，停止上料。高炉继续送风，开始降料线。

7)上最后一批料，其焦炭层增加35-50％重量(从18吨提高到25吨)。矿石批重50吨，另外加入造渣熔剂1800kg，相应负荷O/C1.87，焦比增加909kg/t。分布在炉候边缘80-85％。中间15-20％保持为焦炭区域，以便透气。

8)该炉料下降到风口区域时候，停止上料。高炉继续送风，开始降料线。2、降料线至休风。

1)高炉送风降料线操作。由高压阀组控制顶压，停止富氧量。开始降料面时应将炉顶、除尘器氮汽打开，停止上料，继续回收煤气，控制顶温在450±20℃降料面过程中采取从炉喉到炉腰以上2米的范围内，力求最大风量，通过炉顶打水的办法控制炉顶温度。炉腰以上2米的范围到炉腹上沿采取减风，减少煤气量，较低的压差，通过缓慢上料和炉顶打水的方式控制炉顶煤气温度。当料线降至炉身下部时应逐步控制风量操作，防止产生管道煤气流。如料线未达炉身下部而顶温过高，打水控制不了或炉内频繁出现爆震时，可提前减少风量、适当降顶压进行控制。具体降料面过程中炉顶温度控制参考下表：

表1：降料面腾空间过程中遇到的问题及其应对措施

2)严格控制好风量水平，随着料线降低，压差降低风量不断上升时，及时查看风量、风压曲线，把风量减至合适风量水平，严格控制因压差过高导致管道产生，根据料线情况减风并适当退顶压。

3)在冷却水流量有保证，炉顶温度能控制在合理范围的前提下，炉内风压曲线平稳，煤气成分(特别是O₂)在安全范围内，可能保持大风量，加快降料线速度。

4)料线降到炉身以下时，炉顶压力频繁出现高压尖锋，减少风量并适当减少打水量。

5)当降料面期间出现悬料、滑料或炉顶氢气含量超过12％时强制减风。

6)降料面初期使用机械探尺，雷达探尺作以及通过鼓风量消化的焦炭量为料面深度依据。

7)停炉过程中，为判断料面下降情况，每半小时取煤气样一次进行分析。

进入炉腰后20分钟取样一次，到炉腹后15分钟取样一次。高炉煤气中H₂含量从传统方法的16％降低到10％。

8)料面降至风口，同时最后一次铁出完，高炉休风。

停炉过程中安全，节能环保，0放散。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法，其特征在于：停炉装料取消盖面焦炭，最后装料以矿石结尾；矿石分布在炉候80%-85%的面积，留出中心15-20%焦炭区域；将盖面焦在最后一批矿石前加入，高炉停炉料总焦比不变，同时保证最后矿石层厚度在炉候400-450mm，下降到炉腰200mm以上；

所述方法具体实施步骤如下：

步骤一、做好空料线前的准备工作；

步骤二、降料线至休风；

其中，所述步骤一、做好空料线前的准备工作，具体操作如下：

1）提前8小时适当减少中心加焦量；

2）安装一套炉顶雾化打水装置；

3）炉身静压管道孔准备通N₂；

4）准备可探到风口的探尺一根，并在链条上作好标志；

5）停炉前保持炉况顺行，炉温充足，并提前1天加锰矿洗炉；

6）停炉料负荷O/C2.6-2.8，停炉料焦比580-640kg/t.p；炉渣碱度降至1.0-1.05；炉渣Al₂O₃控制在15%以下；MgO控制在8-10%；按照矿石层炉候厚度400-450mm，焦炭层炉候厚度450-500m；以该配料结构料层填充高炉风口以上，料线以下所有区域；

7）上最后一批料，其焦炭层增加35-50%重量；相应负荷O/C降低35-50%，焦比增加35-50%；矿石按照正常批重量，分布在炉候边缘80-85%；中间15-20%保持为焦炭区域；

8）该炉料下降到风口区域时候，停止上料；高炉继续送风，开始降料线。

2.如权利要求1所述的高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法，其特征在于：所述步骤二、降料线至休风，具体操作如下：

1）高炉送风降料线操作；由高压阀组控制顶压，停止富氧量；开始降料面时应将炉顶、除尘器氮汽打开，停止上料，继续回收煤气，控制顶温在350±20℃降料面过程中采取从炉喉到炉腰以上2米的范围内，送风最大风量，通过炉顶打水的办法控制炉顶温度；炉腰以上2米的范围到炉腹上沿采取减风，减少煤气量，较低的压差，通过缓慢上料和炉顶打水的方式控制炉顶煤气温度；当料线降至炉身下部时应逐步控制风量操作，防止产生管道煤气流；如料线未达炉身下部而顶温过高，打水控制不了或炉内频繁出现爆震时，可提前减少风量、适当降顶压进行控制；

2）严格控制好风量水平，随着料线降低，压差降低风量不断上升时，及时查看风量、风压曲线，把风量减至合适风量水平，严格控制因压差过高导致管道产生，根据料线情况减风并适当退顶压；

3）在冷却水流量有保证，炉顶温度能控制在合理范围的前提下，如炉内风压曲线平稳，煤气成分在安全范围内，应尽可能保持大风量，加快降料线速度；

4）料线降到炉身以下时，如炉顶压力频繁出现高压尖锋，应主动减少风量并适当减少打水量；

5）当降料面期间出现悬料、滑料或炉顶氢气含量超过12%时需强制减风；

6）降料面初期使用机械探尺，雷达探尺作以及通过鼓风量消化的焦炭量为料面深度依据；

7）停炉过程中，为判断料面下降情况，每半小时取煤气样一次进行分析；进入炉腰后20分钟取样一次，到炉腹后15分钟取样一次；

8）料面降至风口，同时最后一次铁出完，高炉休风。

3.如权利要求1所述的高炉降料线回收煤气停炉过程控制煤气中氢气含量的方法，其特征在于：所述步骤二、降料线至休风过程中降料面腾空间过程中遇到的问题及其应对措施如下表：

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