CN111961781B - 一种余富冶金煤气循环利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种余富冶金煤气循环利用方法及系统，所述方法包括：1)余富冶金煤气及时放送到缓存煤气罐中匀合，再送入工作煤气罐中；2)余富氧气进入余富氧气工作罐备用；3)余富冶金煤气与助燃氧进入燃烧炉完全燃烧后所生成的高温废气进入缓存室；4)高炉送风时，高温废气与空气经配风、加压后鼓入热风炉内加热生成热风；5)向热风中加入调衡氧；6)调衡后的热风向高炉内送风。本发明将余富冶金煤气全部用纯氧烧成高温废气，经高炉的高压鼓风机后与空气一道经热风炉加热，再用余富氧气调配生成最终进入高炉的热风，其最终含氧量符合高炉生产要求；避免了因直接放散或燃烧放散造成的能源浪费及环境污染，有利于企业降低成本，增加效益。

Description

一种余富冶金煤气循环利用方法
技术领域
本发明涉及冶金行业节能减排技术领域，尤其涉及一种余富冶金煤气循环利用方法及系统。
背景技术
冶金煤气包括高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气等。目前冶金煤气中各种煤气的余富程度不确定，对余富煤气的处理方式通常是放散或燃烧放散。由于冶金煤气的总余富量波动极大，尽管目前加入了发电、取暖等措施用于消耗冶金煤气，但却不能实现完全利用，更何况这些消耗方式的能源利用率较低，不经济，而且燃烧产物污染大气，其增加的碳排放几乎没有减少。
另一方面，由于冶金行业近些年来大力发展焦化熄焦CDQ工艺、高炉炉顶氮密封冷却等工艺，这些工艺过程中大量使用N2，导致氧气大量余富并被迫放散(以年产1600万吨钢的钢铁企业为例，年放散量约在5000万m3水平)，造成资源巨大浪费。目前，余富氧的利用，除了在炼铁热风炉和轧钢加热炉等处进行小幅度的富氧燃烧以及实现高炉喷煤富氧外尚无其他理想的均衡处理方法。
发明内容
本发明提供了一种余富冶金煤气循环利用方法及系统，将余富冶金煤气全部用纯氧烧成高温废气，经高炉的高压鼓风机后与空气一道经热风炉加热，再用余富氧气调配生成最终进入高炉的热风，其最终含氧量符合高炉生产要求；避免了因直接放散或燃烧放散造成的能源浪费及环境污染，有利于企业降低成本，增加效益。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种余富冶金煤气循环利用方法，包括如下步骤：
1)包括余富高炉煤气、余富转炉煤气、余富焦炉煤气的余富冶金煤气由各自对应的控制阀门及时放送到缓存煤气罐中匀合，再送入工作煤气罐中；
2)余富氧气经过对应的控制阀门进入余富氧气工作罐备用，余富氧气由制氧机按氮需求量匹配生产；余富氧气工作罐内的氧气分为以下两路：
A路是助燃氧，送入燃烧炉中，用于对全部余富冶金煤气进行纯氧匹配燃烧；
B路是调衡氧，送入热风总管中，用于调节鼓风用高温废气的氧含量，满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求；
3)工作煤气罐排出的余富冶金煤气与余富氧气工作罐排出的助燃氧通过流量匹配后进入燃烧炉，完全燃烧后所生成的高温废气经联络管上的逆止阀进入缓存室；
4)待高炉送风时，打开高温废气管道上的流量调节阀，在高压鼓风机的作用下，高温废气与空气一道进入混匀罐配风，混合风经高压鼓风机加压后，鼓入热风炉内加热生成热风；
5)向热风中加入余富氧气工作罐排出的调衡氧进行热风调衡，即调节热风的含氧量；
6)调衡后的热风向高炉内送风。
所述热风调衡过程中，如余富氧气量不足，则通过制氧机补充增补氧；如余富氧气量过剩，即大于助燃氧与调衡氧之和，则多余部分经余富氧气工作罐的放散阀放空。
一种用于实现所述方法的余富冶金煤气循环利用系统，包括准备单元、废气烧成单元和高炉送风单元；所述准备单元包括缓存煤气罐、工作煤气罐、制氧机及余富氧气工作罐；所述废气烧成单元包括燃烧炉及缓存室；所述高炉送风单元包括混匀罐及高压鼓风机；其中：
缓存煤气罐的煤气入口分别连接余富高炉煤气管道、余富转炉煤气管道及余富焦炉煤气管道；缓存煤气罐的煤气出口通过连接煤气管道连接工作煤气罐的煤气入口，工作煤气罐的煤气出口通过余富冶金煤气管道连接燃烧炉的煤气入口，煤气管道上设煤气风机；所述制氧机通过氧气连接管道连接余富氧气工作罐的氧气入口，余富氧气工作罐的氧气出口设助燃氧出口和调衡氧出口，助燃氧出口通过助燃氧管道连接燃烧炉的助燃氧入口，助燃氧管道上设助燃氧风机；调衡氧出口通过调衡氧管道连接热风总管上的调衡氧入口；燃烧炉的高温废气出口与缓存室的高温废气入口通过联络管相连，缓存室的高温废气出口通过高温废气管道连接混匀罐的高温废气入口；混匀罐还设有空气入口及混匀气体出口，混匀气体出口通过混合风管道连接高压鼓风机的进风口，高压鼓风机的出风口通过高压风管道连接送风热风炉的高压风入口；送风热风炉的热风出口通过热风总管连接高炉的热风入口。
所述余富高炉煤气管道、余富转炉煤气管道、余富焦炉煤气管道及连接煤气管道上均沿煤气流动方向依次设有截止阀、流量调节阀及放散阀。
所述余富冶金煤气管道上沿煤气流动方向依次设有截止阀、流量调节阀、放散阀、气体温度测定仪、气体成分分析仪及煤气风机。
所述氧气连接管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀及流量调节阀；所述余富氧气工作罐的顶部设放散阀；所述助燃氧管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀、流量调节阀及助燃氧风机；所述调衡氧管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀、流量调节阀、气体温度测定仪及调衡氧风机。
所述联络管上设逆止阀，所述缓存室的顶部设放散阀。
所述高温废气管道上沿高温废气流动方向依次设有气体温度测定仪、气体成分分析仪、截止阀、流量调节阀及放散阀。
所述高压风管道上设气体温度测定仪。
所述热风总管上沿热风流动方向依次设有气体成分分析仪、调衡氧入口及气体温度测定仪。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)实现余富冶金煤气的循环利用，其核心体现在，将无论是数量还是成分都存在波动(即无常的)的余富冶金煤气，利用本发明所述系统形成一种“平和”的工艺方法，“平稳”地融殖在现有生产工艺过程中，最终实现整个系统中能源的“平衡”利用，即变余富冶金煤气的无常为“三平”；
2)将余富冶金煤气与余富氧气匹配燃烧所得的高温废气作为高炉鼓风的部分气源，较大幅度地提高了高炉鼓风的入炉温度，故可极大减轻冷、热气流对热风炉蓄热室内格子砖的热震，进而减缓了格子砖的粉化，延长了格子砖的使用寿命，极好地维持了热风炉的换热效能；进而通过延长热风炉的有效寿命，大幅降低了铁前的综合成本；
3)采用本发明所述方法所形成的热风炉蓄热室内温降，远短于常规技术中采用压缩空气送风的温降；同时将鼓风入热风炉温度与热风炉烧炉换炉制度进行耦合，由烧炉至送风的运转周期变短，有利于炉体寿命增加，用于烧炉的煤气用量也大幅减少；据测算，每个高炉配套的热风炉数量可由目前的3～4座减少为2～3座；因此本发明具有环保、低投入、低成本的特点；
4)实现余富冶金煤气零排放即全部利用，彻底消除了大量余富冶金煤气点燃放空造成的严重污染，降低了炼铁工序CO2及粉尘的排放量，减少了环境污染；
5)余富冶金煤气与余富氧气匹配燃烧所消耗的助燃氧，以及为满足高炉炼铁对鼓风含氧量要求而用作调衡鼓风的调衡氧，这两部分氧气的使用，既强化了高炉生产，又缓解了钢铁企业普遍存在的氧气过剩问题；虽不能保证余富氧气的全天候零排放全部利用，也极大地降低了高炉工序能耗和冶金企业的总体成本；
6)综合废气的来源和利用均围绕高炉和热风炉，实现了工艺系统的良性循环。
附图说明
图1是本发明所述一种余富冶金煤气循环利用方法的工艺流程图。
图中：1.缓存煤气罐 2.工作煤气罐 3.余富氧气工作罐 4.燃烧炉 5.缓存室6.混匀罐 7.高压鼓风机 8.送风热风炉 81.烧炉热风炉 9.高炉 10.制氧机 11.截止阀 12.流量调节阀 13.放散阀 14.气体温度测定仪 15.气体成分分析仪 16.煤气风机 17.助燃氧风机 18.调衡氧风机 19.热风总管 20.逆止阀 M.调衡氧入口
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明所述一种余富冶金煤气循环利用方法，包括如下步骤：
1)包括余富高炉煤气、余富转炉煤气、余富焦炉煤气的余富冶金煤气，由各自对应的控制阀门及时放送到缓存煤气罐1中匀合，再送入工作煤气罐2中；
2)余富氧气经过对应的控制阀门进入余富氧气工作罐3备用，余富氧气由制氧机按氮需求量匹配生产；余富氧气工作罐3内的氧气分为以下两路：
A路是助燃氧，送入燃烧炉4中，用于对全部余富冶金煤气进行纯氧匹配燃烧；
B路是调衡氧，送入热风总管19中，用于调节鼓风用高温废气的氧含量，满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求；
3)工作煤气罐2排出的余富冶金煤气与余富氧气工作罐3排出的助燃氧通过流量匹配后进入燃烧炉4，完全燃烧后所生成的高温废气经联络管上的逆止阀20进入缓存室5；
4)待高炉9送风时，打开高温废气管道上的流量调节阀12，在高压鼓风机7的作用下，高温废气与空气一道进入混匀罐6配风，混合风经高压鼓风机7加压后，鼓入热风炉内加热生成热风；
5)向热风中加入余富氧气工作罐3排出的调衡氧进行热风调衡，即补充热风的含氧量；
6)调衡后的热风向高炉9内送风。
所述热风调衡过程中，如余富氧气量不足，则通过制氧机10补充增补氧；如余富氧气量过剩，即大于助燃氧与调衡氧之和，则多余部分经余富氧气工作罐3的放散阀13放空。
一种用于实现所述方法的余富冶金煤气循环利用系统，包括准备单元、废气烧成单元和高炉送风单元；所述准备单元包括缓存煤气罐1、工作煤气罐2、制氧机10及余富氧气工作罐3；所述废气烧成单元包括燃烧炉4及缓存室5；所述高炉送风单元包括混匀罐6 及高压鼓风机7；其中：
缓存煤气罐1的煤气入口分别连接余富高炉煤气管道、余富转炉煤气管道及余富焦炉煤气管道；缓存煤气罐1的煤气出口通过连接煤气管道连接工作煤气罐2的煤气入口，工作煤气罐2的煤气出口通过余富冶金煤气管道连接燃烧炉4的煤气入口，煤气管道上设煤气风机16；所述制氧机10通过氧气连接管道连接余富氧气工作罐3的氧气入口，余富氧气工作罐3的氧气出口设助燃氧出口和调衡氧出口，助燃氧出口通过助燃氧管道连接燃烧炉4的助燃氧入口，助燃氧管道上设助燃氧风机17；调衡氧出口通过调衡氧管道连接热风总管19上的调衡氧入口；燃烧炉4的高温废气出口与缓存室5的高温废气入口通过联络管相连，缓存室5的高温废气出口通过高温废气管道连接混匀罐6的高温废气入口；混匀罐6还设有空气入口及混匀气体出口，混匀气体出口通过混合风管道连接高压鼓风机7 的进风口，高压鼓风机7的出风口通过高压风管道连接送风热风炉8的高压风入口；送风热风炉8的热风出口通过热风总管19连接高炉9的热风入口。
所述余富高炉煤气管道、余富转炉煤气管道、余富焦炉煤气管道及连接煤气管道上均沿煤气流动方向依次设有截止阀11、流量调节阀12及放散阀13。
所述余富冶金煤气管道上沿煤气流动方向依次设有截止阀11、流量调节阀12、放散阀13、气体温度测定仪14、气体成分分析仪15及煤气风机16。
所述氧气连接管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀11及流量调节阀12；所述余富氧气工作罐3的顶部设放散阀13；所述助燃氧管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀11、流量调节阀12及助燃氧风机17；所述调衡氧管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀11、流量调节阀12、气体温度测定仪14及调衡氧风机18。
所述联络管上设逆止阀20，所述缓存室5的顶部设放散阀13。
所述高温废气管道上沿高温废气流动方向依次设有气体温度测定仪14、气体成分分析仪15、截止阀11、流量调节阀12及放散阀13。
所述高压风管道上设气体温度测定仪14。
所述热风总管上沿热风流动方向依次设有气体成分分析仪15、调衡氧入口M及气体温度测定仪14。
本发明所述系统分工艺系统和控制系统两部分，工艺系统属执行部分，控制系统属控制部分。
一、工艺系统部分；
1、准备单元包括余富煤气全部利用、余富氧气平衡利用两部分组成。其中，余富煤气全部利用部分包括余富冶金煤气的通配管控，以及缓存煤气罐1、工作煤气罐2的配合设立。各种余富冶金煤气，包括余富高炉煤气、余富转炉煤气、余富焦炉煤气，由各自控制系统及时放送到缓存煤气罐1，设此环节的目的如下：
1)实现余富冶金煤气的零放散；
2)稳定后道工艺煤气用量平稳度；
3)利用缓存煤气罐1，余富冶金煤气一进一出的过程，在流量上起到安全平稳的缓冲作用；
4)均匀成分的作用；
缓存煤气罐1的容积要留有余地，一般情况下需要大于余富冶金煤气的历史余富量峰值，并按适当比例设置容量宽容度，为了达到此目的，还可以根据具体工况，变单罐为多罐。
设立在缓存煤气罐1下游的工作煤气罐2，其中的余富冶金煤气总体收受流量，通过上游的流量调节阀，从一开始即为受控状态，而且其中的余富冶金煤气成分已在缓存煤气罐1得以匀合，加上工作煤气罐2下游流量调节阀的调节作用，即可完成余富冶金煤气的工作前的准备。
本发明的准备单元中还设有余富氧气准备部分，旨在通过其与余富冶金煤气的匹配燃烧，实现余富冶金煤气的全部利用，同时科学合理地实现余富氧气的利用，从而减少余富氧气的无用放散，最终达到余富冶金煤气、余富氧气的科学短流程双利用。
但是，余富氧气的余富量也是波动的，为使其符合匹配余富冶金煤气全部燃烧利用的条件，余富氧气配入总体工艺过程的方式是：由制氧机按氮需求量匹配生产出的那部分余富氧，统控进入余富氧气工作罐3备用；余富氧气工作罐3的功用兼顾了缓存煤气罐1和工作煤气罐2的功用，其功用如下：
1)缓存功用；①实现余富氧气的零放散，即全部回收利用；②稳定了后道工序匹配余富冶金煤气全部纯氧燃烧所需余富氧气用量的平稳度。
余富氧气工作罐3的容积要留有大于余富氧气历史余富量峰值若干比例的容量宽容度，为了达到此目的，也可以设多罐代替单罐。
2)工作功用；余富氧气工作罐3是助燃氧和调衡氧的源头，又是余富氧气的收纳处，在助燃氧和调衡氧之和大于余富氧气工作罐3的收纳量时，为平衡总体工艺，控制系统发出开启制氧机10指令，提供增补氧，余富氧气工作罐3同时也是增补氧的收纳处。
3)余富氧气利用的“平衡”功用；
①助燃氧是余富冶金煤气全部利用不放散的工艺耦合平衡者；②调衡氧是高炉炼铁生产必须鼓风氧含量的调衡者；③增补氧是在总体工艺系统中余富氧气需求量大于实际余富量的工况下，通过开启制氧机制氧的增补平衡者。
2、废气烧成单元的技术关键在于燃烧炉的能力和与之相协同的缓存室的容积大小，唯一的设计原则是根据工艺系统中余富煤气平稳利用强度。
余富煤气平稳利用强度，即“根据往年冶金煤气的余富总量、再考量一个安全系数之后、依本发明所述方法、在均衡到年(或一个相当长的作业时间段上，如年、月、或季度等，以保证本发明所述方法植入原生产系统后所造成的影响最小)后的余富煤气的单位时间平稳利用流量，该流量的年积分值，应不小等于冶金煤气的年余富总量。
3、高炉送风单元包含鼓风介质加热和鼓风调氧两部分。由于本发明所生成的鼓风介质中含有了一定量的废气，与空气相比，废气的含氧量需要补充；若高炉鼓风还要求有一定的富氧率，则整个鼓风的含氧量还需要进一步补充，因此，本发明中设置了由余富氧气工作罐3排出、并在热风总管上的M处加入的调衡氧。
如遇系统故障状态或余富冶金煤气量长期归零时，切断缓存室下游的总截止阀，使本发明所述系统与原有生产工艺系统脱离，原生产工艺系统正常运行。
二、控制部分，分为氧气控制部分和煤气控制部分；
1、氧气控制部分；包括图1所示L1、L2和L3三条线路。
1.1L1线：根据①余富冶金煤气管道上流量调节阀的开度(即参与全氧燃烧的余富冶金煤气流量)；②余富冶金煤气管道上气体成分分析仪的示值(即参与全氧燃烧的余富冶金煤气可燃基含量)，确定实现余富冶金煤气的余富氧气用量。
1.2L2线：根据③高温废气管道上流量调节阀的开度(即由缓存室5释放出的、与空气一道进入混匀罐6混匀的、用于参与综合鼓风的高温废气流量)，④热风总管19上气体成分分析仪的示值(即热风炉8出口后热风总管中高温鼓风的氧含量)，确定：为满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求而调衡鼓风中的氧含量、调衡氧管道上流量调节阀的开度。
1.3L3线：根据⑤助燃氧管道上流量调节阀的开度(即实现余富冶金煤气匹配燃烧的余富氧气流量)；⑥调衡氧管道上流量调节阀的开度(即对热风炉出口处高温鼓风的氧含量进行调衡、以满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求的余富氧气流量)；确定：“⑤”与“⑥”之和与余富氧气工作罐3处余富氧气总量的赢与亏，进而确定是否为稳定总体工艺系统而开启制氧机10及时补充增补氧。
2、煤气控制部分；
2.2L42线路：欲限制缓存室5高温废气的排放流量，就要根据高温废气管道上流量调节阀的开度确定余富冶金煤气管道上流量调节阀的开度，以限制前期进入燃烧室4进行纯氧匹配燃烧的余富冶金煤气量。
2.3L43线路：欲限制进入燃烧室4进行纯氧匹配燃烧的余富冶金煤气量，就要根据余富冶金煤气管道上流量调节阀的开度确定连接煤气管道上流量调节阀的开度，即在初始端即实现通向工作煤气罐2的余富冶金煤气的总流量。
通过缓存煤气罐1及连接煤气管道上流量调节阀的设置，并通过高压风管道上气体温度测定仪实现综合配风温度的限控，其目的如下：
1)求得一个合理的余富煤气平稳利用强度，以在一个相当长的作业时间段上，通过整流，滤缓余富冶金煤气在量和成分上的不确定和大幅度波动，实现余富冶金煤气的零放散全量利用；
2)煤气控制部分L4线路的两端互为首尾，加上整个工艺路线中各环节科学协同性，确保了总体工艺系统运行的安全与顺畅，和全部发明主旨的达成。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
以下实施例中，用于实现本发明所述一种余富冶金煤气循环利用方法的具体工艺系统组成包括准备单元、废气烧成单元和高炉送风单元；所述准备单元包括缓存煤气罐1、工作煤气罐2、制氧机10及余富氧气工作罐3；所述废气烧成单元包括燃烧炉4及缓存室5；所述高炉送风单元包括混匀罐6及高压鼓风机7；其中：
缓存煤气罐1的煤气入口分别连接余富高炉煤气管道、余富转炉煤气管道及余富焦炉煤气管道；缓存煤气罐1的煤气出口通过连接煤气管道连接工作煤气罐2的煤气入口，工作煤气罐2的煤气出口通过余富冶金煤气管道连接燃烧炉4的煤气入口，煤气管道上设煤气风机16；所述制氧机10通过氧气连接管道连接余富氧气工作罐3的氧气入口，余富氧气工作罐3的氧气出口设助燃氧出口和调衡氧出口，助燃氧出口通过助燃氧管道连接燃烧炉4的助燃氧入口，助燃氧管道上设助燃氧风机17；调衡氧出口通过调衡氧管道连接热风总管19上的调衡氧入口；燃烧炉4的高温废气出口与缓存室5的高温废气入口通过联络管相连，缓存室5的高温废气出口通过高温废气管道连接混匀罐6的高温废气入口；混匀罐6还设有空气入口及混匀气体出口，混匀气体出口通过混合风管道连接高压鼓风机7 的进风口，高压鼓风机7的出风口通过高压风管道连接送风热风炉8的高压风入口；送风热风炉8的热风出口通过热风总管19连接高炉9的热风入口。
所述余富高炉煤气管道、余富转炉煤气管道、余富焦炉煤气管道及连接煤气管道上均沿煤气流动方向依次设有截止阀11、流量调节阀12及放散阀13。
所述余富冶金煤气管道上沿煤气流动方向依次设有截止阀11、流量调节阀12、放散阀13、气体温度测定仪14、气体成分分析仪15及煤气风机16。
所述氧气连接管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀11及流量调节阀12；所述余富氧气工作罐3的顶部设放散阀13；所述助燃氧管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀11、流量调节阀12及助燃氧风机17；所述调衡氧管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀11、流量调节阀12、气体温度测定仪14及调衡氧风机18。
所述联络管上设逆止阀20，所述缓存室5的顶部设放散阀13。
所述高温废气管道上沿高温废气流动方向依次设有气体温度测定仪14、气体成分分析仪15、截止阀11、流量调节阀12及放散阀13。
所述高压风管道上设气体温度测定仪14。
所述热风总管上沿热风流动方向依次设有气体成分分析仪15、调衡氧入口M及气体温度测定仪14。
【实施例1】
本实施例中，一种余富冶金煤气循环利用方法如下：
一、关键工艺参数的确定；
基本条件：高炉9的有效容积为3200m3，日产7800t铁，高炉鼓风量为6000m3/min 水平，折合1100m3/t铁，风温为1200℃水平，热风炉炉底炉箅子受热温度上限为400℃。
1、余富煤气平稳利用强度的确定；
1.1基本计算
1)基本条件；
①空气被高压鼓风机7吸入压缩后，温度在200℃水平；
②在高压鼓风机7作用下，高温废气与空气一道进入混匀罐6配风，混合风经高压鼓风机7加压后，鼓入热风炉8的综合配风温度不得高于400℃；
③高炉鼓风量为6000m3/min水平；
④余富冶金煤气纯氧匹配燃烧所得高温废气温度为2000℃；
⑤余富冶金煤气中可燃基折合成CO占比按35％计；
⑥高炉正常鼓风含氧量为21％；
⑦余富氧气量在235m3/min水平，波动幅度在10％以下；
⑧余富冶金煤气状况：年均值在645m3/min水平，波动范围在385～895m3/min之间。
2)计算结果：
根据鼓入热风炉8的综合配风温度为上限400℃计算：
①综合配风中高温废气流量在667m3/min水平；
②进行纯氧匹配燃烧所得高温废气的余富冶金煤气流量在667m3/min水平；
③实现流量为667m3/min余富冶金煤气纯氧匹配燃烧，须耗余富氧气工作罐3中的助燃氧流量为117m3/min水平；
④为满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求，进入即将压入高炉的含有废气的鼓风中，以调衡鼓风氧含量的调衡氧流量为140m3/min水平，压入点在热风总管19上的M点；
⑤总体需氧量为117+140＝257m3/min水平。
1.2本实施例中，实际余富煤气平稳利用强度的确定；
本实施例中，实际余富煤气平稳利用强度确定为650m3/min水平，略大于余富冶金煤气年均余富值(645m3/min水平)两者相差近1％，对应鼓入热风炉8的综合配风温度在395℃水平，符合热风炉“鼓入热风炉8的综合配风温度不得高于400℃”的工艺要求，同时也体现了本发明所述余富冶金煤气零放散利用目的和原则。
2、缓存煤气罐1容积的确定；
设置一主一辅2个缓存煤气罐1，主罐容积700m3/min，辅罐容积250m3/min。
缓存煤气罐1容积的设定原则，根据大于余富冶金煤气历史余富量峰值895m3/min(高于余富年均值667m3/min)的总容量宽容度设定为30％，即910m3/min。缓存煤气罐1设置主罐、辅罐，在正常工况下，主罐的容积设计以700m3/min收纳能力为准，辅罐容积设计以250m3/min收纳能力为准。这样，余富冶金煤气无论是在余富峰值状态的895m3/min，还是在年均值在645m3/min水平，本实施例中的缓存煤气罐1皆能应对得当，安全稳妥。
3、制氧机10开启与否的判定以及增补氧强度的确定；
本实施例中，余富氧气量在235m3/min水平，而助燃氧与调衡氧的总和在257m3/min水平，尚欠22m3/min，即本实施例总体工艺系统中的余富氧气需求量大于实际余富量，须开启制氧机以平衡总系统的氧需求，增补氧流量保持在25m3/min水平，实际宽容度在15％水平。
实际流量为650m3/min的余富煤气平稳利用强度，对应的助燃氧与调衡氧分别为114m3/min和137m3/min，总和在251m3/min，与实际余富氧气量在235m3/min水平比，尚欠16m3/min，按实际宽容度15％计，本实施例须开启制氧机以平衡总系统的氧需求，且要保证增补氧须保持在18m3/min水平。
需要说明的是，此处开启制氧机以补充增补氧在量上的宽容度按实际宽容度15％控制，原因是“余富氧气量在235m3/min水平，且波动幅度在10％以下”，如此状况的余富氧气，反映在“开启制氧机以补充增补氧”的环节，在量上的宽容度按实际宽容度15％控制，以应对总量“波动幅度在10％以下”，是相当的。
二、本实施例的工艺过程；
本实施例中，一种余富冶金煤气循环利用系统，由准备单元、废气烧成单元和高炉送风单元三部分组成。
1、准备单元；
准备单元由余富煤气全部利用、余富氧气平衡利用两部分组成。
1.1余富煤气全部利用部分；
1)余富冶金煤气的管控准备；
①缓存煤气罐1的设计；
根据余富冶金煤气状况(年均值在645m3/min水平，波动范围在385～895m3/min间)，本实施例中，缓存煤气罐1以设置主罐、辅罐形式应对，在正常工况下，主罐容积为700m3/min，辅罐容积为250m3/min。
②各种余富冶金煤气，包括余富高炉煤气、余富转炉煤气、余富焦炉煤气，由各自控制系统及时放送到缓存煤气罐1。
2)实际余富煤气平稳利用强度的初始把控；
①实际余富煤气平稳利用强度具体数值的确定；
本实施例中，余富冶金煤气状况波动范围在385～895m3/min间，波动幅度在40％以内，依“三平”原则，实际余富煤气平稳利用强度，依其年均值(645m3/min水平)，按650m3/min 水平进行初始把控；
②实现实际余富煤气平稳利用强度的保障手段；
依托余富煤气全部利用部分，由余富冶金煤气的通配管控、缓存煤气罐1及连接煤气管道上流量调节阀、余富冶金煤气管道上流量调节阀共同构成，具体过程如下：
各种余富冶金煤气通过各自通配管控系统进入缓存煤气罐1，即受控完成余富冶金煤气成分匀合；由连接煤气管道上的流量调节阀实现初始把控实际余富煤气平稳利用强度 (本实施例为650m3/min)；余富冶金煤气进入工作煤气罐2稳压后，在余富冶金煤气管道上流量调节阀的作用下，完成实现实际余富煤气平稳利用强度的确认，待命进入燃烧炉4。
1.2余富氧气平衡利用部分；
欲使余富氧气符配余富冶金煤气的全部匹配纯氧燃烧利用工艺，同时又能稳妥地平滤整流掉余富氧气余富量的波动，本实施例中，余富氧气配入总体工艺系统的方式是：
1.2.1设置余富氧气工作罐3；
制氧机按氮需求量匹配生产出的那部分余富氧，统控进入余富氧气工作罐3备用，余富氧气工作罐3的容积宽容度为20％，以匹配“开启制氧机以补充增补氧”环节在量上的实际控制宽容度15％；
1.2.2余富氧气工作罐3设有两个出口，即助燃氧出口和调衡氧出口；
助燃氧一路，并入主工艺路线，完成余富冶金煤气的全部纯氧匹配燃烧，流量强度按 114m3/min把握；
调衡氧一路，为满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求，进入即将压入高炉的含有废气的鼓风中，以调衡鼓风的氧含量，流量强度按137m3/min把握；压入点在热风总管19上的M点。
1.2.3开启开启制氧机10，提供增补氧；
本实施例中，实际流量为650m3/min的余富煤气平稳利用强度，对应的助燃氧与调衡氧分别为114m3/min和137m3/min，总和在251m3/min，与实际余富氧气量在235m3/min水平比，欠16m3/min，须开启制氧机以平衡总系统的氧需求，且要保证增补氧须保持在 18m3/min水平，即实际宽容度按15％控制。
1.2.4余富氧气平衡利用部分“平衡”功用的实现过程；
①助燃氧，实现了余富冶金煤气全部利用不放散的工艺耦合平衡；
②调衡氧，保证了高炉炼铁生产必须鼓风氧含量的调衡；
③增补氧，确保了本实施例在总体工艺的余富氧气需求量大于实际余富量的工况下，通过开启制氧机，确保总系统氧需量的增补平衡。
2、废气烧成单元；
工艺路线，由工作煤气罐2排出的余富冶金煤气按650m3/min控制，余富氧气工作罐 3排出的助燃氧按114m3/min控制，在流量上匹配后进入燃烧炉4，二者完成纯氧匹配完全燃烧后，所形成的高温废气经联络管上的逆止阀20，进入缓存室5，完成废气烧成单元全部工艺流程；
根据本实施例余富煤气平稳利用强度650m3/min，缓存室5在容积上留有25％的宽容度，即缓存室5的容积要能接纳815m3/min的余富煤气平稳利用强度，并可保证整个工艺的正常运行。
3、高炉送风单元；
本单元含鼓风介质加热和鼓风调氧两部分。
3.1鼓风介质加热部分；
待高炉送风时，打开高温废气管道上的流量调节阀，在高压鼓风机7作用下，高温废气与空气一道进入混匀罐6配风，混合风经高压鼓风机7加压后，鼓入热风炉8加热成1200℃热风，流量在6000m3/min；
3.2鼓风调氧部分；
因为本实施例的鼓风介质中含有了650m3/min的废气，与空气21％的含氧量相比，废气组分的含氧量需要补充；本实施例中高炉9鼓风不要求富氧率，则废气组分的含氧量按21％补充，调衡氧按137m3/min控制，调衡氧的流量按热风总管19中高温鼓风的氧含量(即热风总管19上气体成分分析仪的示值)矫正。
3.3高炉送风。
4、实际余富冶金煤气平稳利用强度的矫正；
实现实际余富煤气平稳利用强度(本实施例为650m3/min)，以最终鼓入热风炉的高压风温度为基准，对应的气体温度测定仪示值不得大于400℃。
三、本实施例的效果；
1.余富冶金煤气的零放散全部利用；
2.余富氧气的零放散全部利用；
3.鼓入热风炉的高压风，由常规工艺的200℃提升到395℃，减少烧炉热风炉81烧炉用煤气量19.5m3/吨铁，即在热风炉烧炉环节，减少能耗20％，同时也减少了20％的碳排放。
【实施例2】
本实施例中，一种余富冶金煤气循环利用方法如下：
一、关键工艺参数的确定；
基本条件：高炉9的有效容积为3200m3，日产7800t铁，高炉鼓风量为6000m3/min 水平，折合1100m3/t铁，风温为1200℃水平，热风炉炉底炉箅子受热温度上限为400℃。
1、余富煤气平稳利用强度的确定；
1.1基本计算
1)基本条件；
①空气被高压鼓风机7吸入压缩后，温度在200℃水平；
②在高压鼓风机7作用下，高温废气与空气一道进入混匀罐6配风，混合风经高压鼓风机7加压后，鼓入热风炉8的综合配风温度不得高于400℃；
③高炉鼓风量为6000m3/min水平；
④余富冶金煤气纯氧匹配燃烧所得高温废气温度为1900℃；
⑤余富冶金煤气中可燃基折合成CO占比按30％计；
⑤高炉正常鼓风含氧量为21％；
⑥余富氧气量在195m3/min水平，波动幅度在10％以下；
⑧余富冶金煤气状况：年均值在445m3/min水平，波动范围在385～895m3/min之间。
2)计算结果：
根据鼓入热风炉8的综合配风温度为上限400℃计算：
①综合配风中高温废气流量在705m3/min水平；
②进行纯氧匹配燃烧所得高温废气的余富冶金煤气流量在705m3/min水平；
③实现流量为705m3/min余富冶金煤气纯氧匹配燃烧，须耗余富氧气工作罐3中的助燃氧流量为106m3/min水平；
④为满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求，进入即将压入高炉的含有废气的鼓风中，以调衡鼓风氧含量的调衡氧流量为148m3/min水平，压入点在热风总管19上的M点；
⑤总体需氧量为106+148＝254m3/min水平。
1.2本实施例中，实际余富煤气平稳利用强度的确定；
本实施例中，实际余富煤气平稳利用强度确定为450m3/min水平，略大于余富冶金煤气年均余富值(445m3/min水平)两者相差近1％，对应鼓入热风炉8的综合配风温度在328℃水平，符合热风炉“鼓入热风炉8的综合配风温度不得高于400℃”的工艺要求，同时也体现了本发明所述余富冶金煤气零放散利用目的和原则。
2、缓存煤气罐1容积的确定；
设置1个缓存煤气罐1，容积为910m3/min。
缓存煤气罐1容积的设定原则，根据大于余富冶金煤气历史余富量峰值895m3/min(高于余富年均值445m3/min)的总容量宽容度设定为105％，即910m3/min。缓存煤气罐1设置为单罐，在正常工况下，单罐的容积设计以910m3/min收纳能力为准，这样，余富冶金煤气无论是在余富峰值状态的895m3/min，还是在年均值在445m3/min水平，本实施例中的缓存煤气罐1皆能应对得当，安全稳妥。
3、制氧机10开启与否的判定以及增补氧强度的确定；
本实施例中，实际450m3/min的余富煤气平稳利用强度，对应的助燃氧与调衡氧分别为68m3/min和95m3/min，总和在163m3/min，与实际余富氧气量在195m3/min水平比，低32m3/min，实际余富氧气量较本实施例实际需求量多出7％，所以本实施例无需开启制氧机10，增补氧为零。
需要说明的是，此处无需开启制氧机10，依据还有：因余富氧气量在195m3/min水平，且波动幅度在10％以下，即使在极端工况下波动在均值以下10％，余富氧气量在175m3/min 水平，仍高于本实施例余富氧的实际需求总量的163m3/min，所以本实施例无需开启制氧机10。
二、本实施例的工艺过程；
本实施例中，一种余富冶金煤气循环利用系统，由准备单元、废气烧成单元和高炉送风单元三部分组成。
1、准备单元；
准备单元由余富煤气全部利用、余富氧气平衡利用两部分组成。
1.1余富煤气全部利用部分；
1)余富冶金煤气的管控准备；
①缓存煤气罐1的设计；
根据余富冶金煤气状况(年均值在445m3/min水平，波动范围在385～895m3/min间)，本实施例中，缓存煤气罐1以单罐形式应对，在正常工况下，单罐容积为910m3/min。
②各种余富冶金煤气，包括余富高炉煤气、余富转炉煤气、余富焦炉煤气，由各自控制系统及时放送到缓存煤气罐1。
2)实际余富煤气平稳利用强度的初始把控；
①实际余富煤气平稳利用强度具体数值的确定；
本实施例中，余富冶金煤气状况波动范围在385～895m3/min间，依“三平”原则，实际余富煤气平稳利用强度，依其年均值(445m3/min水平)，按450m3/min水平进行初始把控；
②实现实际余富煤气平稳利用强度的保障手段；
依托余富煤气全部利用部分，由余富冶金煤气的通配管控、缓存煤气罐1及连接煤气管道上流量调节阀、余富冶金煤气管道上流量调节阀共同构成，具体过程如下：
各种余富冶金煤气通过各自通配管控系统进入缓存煤气罐1，即受控完成余富冶金煤气成分匀合；由连接煤气管道上的流量调节阀实现初始把控实际余富煤气平稳利用强度 (本实施例为450m3/min)；余富冶金煤气进入工作煤气罐2稳压后，在余富冶金煤气管道上流量调节阀的作用下，完成实现实际余富煤气平稳利用强度的确认，待命进入燃烧炉4。
1.2余富氧气平衡利用部分；
本发明欲通过纯氧匹配燃烧的方法实现余富冶金煤气的全部利用，便在在准备单元纳入了余富氧气，同时也考虑了科学合理地实现余富氧气的利用，但因本实施例的年余富氧气量在195m3/min水平，且波动幅度在10％，即使在极端工况下波动在均值以下10％，余富氧气量在175m3/min水平，仍高于本实施例余富氧的实际需求总量的163m3/min，所以本实施例不但无需开启制氧机10，而且还得经余富氧气工作罐3的放散阀Y4放散掉 12m3/min。
本发明余富氧气配入总体工艺线路的方式是：1.2.1设置余富氧气工作罐3；
制氧机按氮需求量匹配生产出的那部分余富氧，统控进入余富氧气工作罐3备用，余富氧气工作罐3的容积宽容度为20％，以匹配“开启制氧机以补充增补氧”环节在量上的实际控制宽容度15％；
1.2.2余富氧气工作罐3设有两个出口，即助燃氧出口和调衡氧出口；
助燃氧一路，并入主工艺路线，完成余富冶金煤气的全部纯氧匹配燃烧，流量强度按 68m3/min把握；
调衡氧一路，为满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求，进入即将压入高炉的含有废气的鼓风中，以调衡鼓风的氧含量，流量强度按95m3/min把握；压入点在热风总管19上的M点。
1.2.3余富氧气平衡利用部之“平衡”功用的实现过程；
①助燃氧，实现了余富冶金煤气全部利用不放散的工艺耦合平衡；
②调衡氧，保证了高炉炼铁生产必须鼓风氧含量的调衡。
2、废气烧成单元；
工艺路线，由工作煤气罐2排出的余富冶金煤气按450m3/min控制，余富氧气工作罐 3排出的助燃氧按68m3/min控制，在流量上匹配后进入燃烧炉4，二者完成纯氧匹配完全燃烧后，所形成的高温废气经联络管上的逆止阀20，进入缓存室5，完成废气烧成单元全部工艺流程；
根据本实施例余富煤气平稳利用强度700m3/min，缓存室5在容积上留有25％的宽容度，即缓存室5的容积要能接纳875m3/min的余富煤气平稳利用强度，并可保证整个工艺的正常运行。
3、高炉送风单元；
本单元含鼓风介质加热和鼓风调氧两部分。
3.1鼓风介质加热部分；
待高炉送风时，打开高温废气管道上的流量调节阀，在高压鼓风机7作用下，高温废气与空气一道进入混匀罐6配风，混合风经高压鼓风机7加压后，鼓入热风炉8加热成1200℃热风，流量在6000m3/min；
3.2鼓风调氧部分；
因为本实施例的鼓风介质中含有了450m3/min的废气，与空气21％的含氧量相比，废气组分的含氧量需要补充；本实施例中高炉9鼓风不要求富氧率，则废气组分的含氧量按21％补充，调衡氧按95m3/min控制，调衡氧的流量按热风总管19中高温鼓风的氧含量(即热风总管19上气体成分分析仪的示值)矫正。
3.3高炉送风。
4、实际余富冶金煤气平稳利用强度的矫正；
实现实际余富煤气平稳利用强度(本实施例为450m3/min)，以最终鼓入热风炉的高压风温度为基准，对应的气体温度测定仪示值不得大于400℃。
三、本实施例的效果；
1.余富冶金煤气的零放散全部利用；
2.余富氧气的零放散全部利用；
3.鼓入热风炉的高压风，由常规工艺的200℃提升到328℃，减少烧炉热风炉81烧炉用煤气量12.8m3/吨铁，即在热风炉烧炉环节，减少能耗13％，同时也减少了13％的碳排放。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，基于一种余富冶金煤气循环利用系统实现；所述余富冶金煤气循环利用系统包括准备单元、废气烧成单元和高炉送风单元；所述准备单元包括缓存煤气罐、工作煤气罐、制氧机及余富氧气工作罐；所述废气烧成单元包括燃烧炉及缓存室；所述高炉送风单元包括混匀罐及高压鼓风机；其中：
缓存煤气罐的煤气入口分别连接余富高炉煤气管道、余富转炉煤气管道及余富焦炉煤气管道；缓存煤气罐的煤气出口通过连接煤气管道连接工作煤气罐的煤气入口，工作煤气罐的煤气出口通过余富冶金煤气管道连接燃烧炉的煤气入口，煤气管道上设煤气风机；所述制氧机通过氧气连接管道连接余富氧气工作罐的氧气入口，余富氧气工作罐的氧气出口设助燃氧出口和调衡氧出口，助燃氧出口通过助燃氧管道连接燃烧炉的助燃氧入口，助燃氧管道上设助燃氧风机；调衡氧出口通过调衡氧管道连接热风总管上的调衡氧入口；燃烧炉的高温废气出口与缓存室的高温废气入口通过联络管相连，缓存室的高温废气出口通过高温废气管道连接混匀罐的高温废气入口；混匀罐还设有空气入口及混匀气体出口，混匀气体出口通过混合风管道连接高压鼓风机的进风口，高压鼓风机的出风口通过高压风管道连接送风热风炉的高压风入口；送风热风炉的热风出口通过热风总管连接高炉的热风入口；
余富冶金煤气循环利用方法包括如下步骤：
1)包括余富高炉煤气、余富转炉煤气、余富焦炉煤气的余富冶金煤气由各自对应的控制阀门及时放送到缓存煤气罐中匀合，再送入工作煤气罐中；
2)余富氧气经过对应的控制阀门进入余富氧气工作罐备用，余富氧气由制氧机按氮需求量匹配生产；余富氧气工作罐内的氧气分为以下两路：
A路是助燃氧，送入燃烧炉中，用于对全部余富冶金煤气进行纯氧匹配燃烧；
B路是调衡氧，送入热风总管中，用于调节鼓风用高温废气的氧含量，满足高炉炼铁对鼓风含氧量的要求；
3)工作煤气罐排出的余富冶金煤气与余富氧气工作罐排出的助燃氧通过流量匹配后进入燃烧炉，完全燃烧后所生成的高温废气经联络管上的逆止阀进入缓存室；
4)待高炉送风时，打开高温废气管道上的流量调节阀，在高压鼓风机的作用下，高温废气与空气一道进入混匀罐配风，混合风经高压鼓风机加压后，鼓入热风炉内加热生成热风；
5)向热风中加入余富氧气工作罐排出的调衡氧进行热风调衡，即调节热风的含氧量；
6)调衡后的热风向高炉内送风。
2.根据权利要求1所述的一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，所述热风调衡过程中，如余富氧气量不足，则通过制氧机补充增补氧；如余富氧气量过剩，即大于助燃氧与调衡氧之和，则多余部分经余富氧气工作罐的放散阀放空。
3.根据权利要求1所述的一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，所述余富高炉煤气管道、余富转炉煤气管道、余富焦炉煤气管道及连接煤气管道上均沿煤气流动方向依次设有截止阀、流量调节阀及放散阀。
4.根据权利要求1所述的一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，所述余富冶金煤气管道上沿煤气流动方向依次设有截止阀、流量调节阀、放散阀、气体温度测定仪、气体成分分析仪及煤气风机。
5.根据权利要求1所述的一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，所述氧气连接管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀及流量调节阀；所述余富氧气工作罐的顶部设放散阀；所述助燃氧管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀、流量调节阀及助燃氧风机；所述调衡氧管道上沿氧气流动方向依次设有截止阀、流量调节阀、气体温度测定仪及调衡氧风机。
6.根据权利要求1所述的一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，所述联络管上设逆止阀，所述缓存室的顶部设放散阀。
7.根据权利要求1所述的一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，所述高温废气管道上沿高温废气流动方向依次设有气体温度测定仪、气体成分分析仪、截止阀、流量调节阀及放散阀。
8.根据权利要求1所述的一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，所述高压风管道上设气体温度测定仪。
9.根据权利要求1所述的一种余富冶金煤气循环利用方法，其特征在于，所述热风总管上沿热风流动方向依次设有气体成分分析仪、调衡氧入口及气体温度测定仪。
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