CN112941258B - 一种高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，属于高炉冶炼技术领域，方法包括：在降料线过程中，当高炉炉料层反应熔化滴落完后，进行降低风量操作，降低风量操作后的高炉风量为高炉原始风量的20％‑40％，通过确定大幅减风的具体时间，来防止煤气中O₂含量升高，从而保证高炉煤气安全，有效的防止煤气爆炸，避免爆震。提高安全保障快速安全停炉，为下一步检修创造条件；能最大程度回收煤气，不仅节能，而且减少排放，改善环境。因此本方法安全，节能，环保；具有显著的经济与社会效益。

Description

一种高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法

技术领域

本发明属于高炉冶炼技术领域，特别涉及一种高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法。

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。高炉容积从几百到数千m³。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。快速：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。

申请人在发明过程中发现：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(36％左右)、CO₂低，热值高(4.8MJ/m³⁾,其中H₂远高出4.72％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1000-1700℃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。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法。

本发明实施例提供了一种高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，所述方法包括：

在降料线过程中，当高炉炉料层反应熔化滴落完后，进行降低风量操作；

所述高炉炉料层反应熔化滴落完的判断依据为高炉炉料层的矿石是否发生还原反应，若所述还原反应不发生，则所述高炉炉料层反应熔化滴落完；

所述是否发生还原反应通过氧平衡计算进行判断；

所述降低风量操作后的高炉风量为高炉原始风量的20％-40％。

可选的，所述是否发生还原反应的判断依据为停炉煤气指数的大小，若所述停炉煤气指数大于0，则所述还原反应不发生。

可选的，以物质的量或体积计，所述停炉煤气指数的计算公式如下：(42/79)x(N₂总量-N₂外入量/Q*100)+H₂总量-[CO总量+2x(CO₂总量+O₂总量)]，其中Q为顶炉煤气量。

可选的，所述降低风量操作后的高炉风量为高炉原始风量的25％-35％。

可选的，在进行降低风量操作时，保持高炉炉顶压力。

可选的，所述方法还包括：在降料线过程中，高炉炉顶温度控制在300℃-350℃。

可选的，所述高炉炉顶温度控制的方式采用减慢上料和/或炉顶打水。

可选的，所述方法还包括：在降料线过程中，高炉的停炉料负荷O/C为2.6-2.8。

可选的，所述方法还包括：在降料线过程中，高炉的停炉料焦比为580-640kg/t-p。

可选的，所述方法还包括：在降料线过程中，高炉的炉渣碱度为1.0-1.05。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，方法包括：在降料线过程中，当高炉炉料层反应熔化滴落完后，进行降低风量操作，降低风量操作后的高炉风量为高炉原始风量的20％-40％，通过确定大幅减风的具体时间，来防止煤气中O₂含量升高，从而保证高炉煤气安全，有效的防止煤气爆炸，避免爆震；提高安全保障快速安全停炉，为下一步检修创造条件；能最大程度回收煤气，不仅节能，而且减少排放，改善环境。既保证煤气安全，同时兼顾快速降料面停炉；因此本方法安全，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它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的流程图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

煤气爆炸的三个必备条件：煤气浓度、O₂浓度及着火点。本申请实施例就是通过控制控制O₂浓度来方式煤气发生爆炸，具体而言，是通过确定大幅减风的具体时间，来防止煤气中O₂含量升高，从而保证高炉煤气安全。

申请人在发明过程中发现：高炉煤气爆炸是因为煤气中的H₂和CO与O₂剧烈反应放出大量热量，从而爆炸，反应式如下：

C0+1/2O₂＝CO₂+283.4kJmol^-1

H₂+1/2O₂＝H₂O(气)+242kJmol^-1

高炉降料线停炉过程中，煤气中的O₂含量高、煤气流速快，在炉内未完全燃烧引起。为了防止煤气中O₂含量过高，须降低煤气流速，延长煤气在高炉内的时间，使O₂再次燃烧而消耗掉。控制煤气流速最好的方法就是减少风量，但减少风量会延长停炉时间，因此确定合适的时间进行大幅度减少风量，既要保证煤气安全，同时兼顾快速降料面停炉是本申请要解决的关键所在。

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，方法包括：

在降料线过程中，当高炉炉料层反应熔化滴落完后，进行降低风量操作，降低风量操作后的高炉风量为高炉原始风量的20％-40％。

在高炉降料线过程中，料层逐步变薄。料层中的矿石因还原及高温熔化而逐步滴落，最后还原反应停止，炉料透气性变好。O₂容易通过炉料层进入煤气。当料层尚有还原反应发生，高炉还有矿石层，煤气处于较安全状态，可保持大风量。当料层还原反应结束，高炉料矿石基本熔化滴落，部分O₂透过料层进入煤气层，与煤气中的CO及H₂燃烧，此时煤气中O₂含量必须控制，应大幅减少风量，降低煤气流速，以消耗进入煤气中的O₂。

作为一种可选的实施方式，通过O平衡来计算还原反应的终止时间。并将还原反应的终止时间作为高炉大幅减风的起始时间；具体分析如下：

当还原反应停止时，根据氧平衡

煤气中的CO+CO₂+O₂带的O原子摩尔数＝鼓风带入O原摩尔子数+水煤气反应产生的CO摩尔数[水煤气反应H₂O+C＝CO+H₂，因此煤气中水煤气反应产生的CO的摩尔数＝煤气中H₂的摩尔数(因停止喷吹，高炉煤气中的H₂全部来源于水煤气反应，不管是鼓风湿度还是炉顶打水产生的水煤气反应)]。

因此对于煤气体积成分有：

煤气中CO+2(CO₂+O₂)＝鼓风带入O+煤气H₂

进一步变化为：

鼓风带入的O＝煤气中CO+2(CO₂+O₂)-H₂ (1)

又根据高炉的N₂平衡，鼓风中的N₂+外入N₂量＝煤气中N₂，(外入N₂包括喷吹N₂、静压力孔进入的N₂以及炉顶的N₂等非鼓风进入的N₂.),因此

鼓风带入的N₂＝煤气中N₂-外入N₂. (2)

而鼓风带入的O摩尔数＝鼓风带入N₂*42/79 (3)

综合(1)、(2)、(3)有：当还原反应终止时，

(煤气中N₂-外入N₂)*42/79+H₂＝煤气中CO+2(CO₂+O₂)变化为

当外入N2为0时，

N₂*42/79+H₂＝CO+2(CO₂+O₂)

其中CO、CO₂、H₂、N₂都是煤气中的摩尔浓度或体积成分。

当尚有还原反应时候，O元素有部分还原反应产生，等式左边小于等式右边。当还原反应停止且有部分O穿过料层与H₂燃烧并消耗时，等式左边大于等式右边。为了计算方便，设炉顶煤气量为Q。因此，(42/79)*(N₂-外入量N₂/Q*100)+H₂-[CO+2*(CO₂+O₂)] (5)作为还原反应是否终止的煤气成分考核指数，称为降料面煤气指数。

当降料线煤气指数＜0时候，尚有还原反应发生，高炉还有矿石层，煤气处于较安全状态。

当降料线煤气指数＞0时候，还原反应终止，矿石层熔化并滴落，部分O穿过料层与H₂燃烧并消耗时，料层以上的煤气中有燃烧反应(H₂+1/2O₂＝H₂O以及CO+O₂)存在。此时应当及时大幅减风(约减少正常风量的1/3)。

高炉降料面前期应尽量恢复正常风量，例如某高炉正常风量5100m³/min，降料线煤气指数＞0时候，应减风到3400m³/min。减风的目的是为了降低煤气流速，安全消耗穿过料层的O。因此减风时候应尽量保持较高的炉顶压力。且不可先降炉顶压力，再减风。

再求炉顶煤气量。设炉顶煤气量为Q,根据N₂平衡，Q风量*79％+N₂外入量＝Q煤气*N₂％(外入N₂包括喷吹，静压力孔，炉顶等N₂气量)，得出:Q煤气＝(Q风量*79％+N₂外入量)/N₂％；N₂％为炉顶煤气中N₂含量。

具体而言，整个高炉降料线过程包括：

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。

2)安装一套炉顶雾化打水装置，保证足够的打水量。

3)准备可探到风口的探尺2根，并在链条上作好标志。

4)停炉前保持炉况顺行，炉温充足，并提前1天加锰矿洗炉。

5)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。

6)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300-350℃降料面过程中采取从炉喉到炉腰以上2米的范围内，力求最大风量且正常富氧，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。

降料面腾空间过程中遇到的问题及其应对措施见下表：

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)降料线过程中，每20-30min取煤气样分析，并计算降料面煤气指数。

(42/79)*(N₂-外入量N₂/Q*100)+H₂-[CO+2*(CO₂+O₂)]

当降料线煤气指数＜0时候，尚有还原反应发生，高炉还有矿石层，煤气处于较安全状态。

当降料线煤气指数＞0时候，还原反应终止，矿石层熔化并滴落，部分O穿过料层与H₂燃烧并消耗时，料层以上的煤气中有燃烧反应(H₂+1/2O₂＝H₂O以及CO+O₂)存在。此时应当及时大幅减风(约减少正常风量的1/3)。

高炉降料面前期应尽量恢复正常风量，例如某高炉正常风量5100m³/min，降料线煤气指数＞0时候，应减风到3400m³/min。减风的目的是为了降低煤气流速，安全消耗穿过料层的O。因此减风时候应尽量保持较高的炉顶压力。且不可先降炉顶压力，再减风。

再求炉顶煤气量。设炉顶煤气量为Q,根据N₂平衡，Q风量*79％+N₂外入量＝Q煤气*N₂％(外入N₂包括喷吹，静压力孔，炉顶等N₂气量)，得出:Q煤气＝(Q风量*79％+N₂外入量)/N₂％；N₂％为炉顶煤气中N₂含量。

5)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。

6)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。

7)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。

8)料面降至风口，同时最后一次铁出完，高炉休风。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法进行详细说明。

实施例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，其停炉过程操作如下：

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。

2)安装一套炉顶雾化打水装置，保证足够的打水量。

3)准备可探到风口的探尺2根，探尺长度24米，并在链条上作好标志。

4)停炉前保持炉况顺行，炉温充足，并提前1天加锰矿洗炉。

5)停炉料负荷O/2.7，停炉料焦比601kg/t-p，炉渣碱度降至1.05。

6)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300-350℃降料面过程中采取从炉喉到炉腰以上2米的范围内，力求最大风量且正常富氧，风量范围3100-3300m³/min,富氧率3％。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减风200m³/min，富氧量减少1/3，富氧率降低到2％。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。

降料面腾空间过程中遇到的问题及其应对措施见下表：

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)降料线过程中，每20-30min取煤气样分析，并计算降料面煤气指数。

(42/79)*(N₂-外入量N₂/Q*100)+H₂-[CO+2*(CO₂+O₂)]

当降料线煤气指数∠0时候，尚有还原反应发生，高炉还有矿石层，煤气处于较安全状态。

当降料线煤气指数＞0时候，还原反应终止，矿石层熔化并滴落，部分O穿过料层与H₂燃烧并消耗时，料层以上的煤气中有燃烧反应(H₂+1/2O₂＝H₂O以及CO+O₂)存在。当料面到达炉腰上沿时，计算得出停炉煤气指数为0,说明还原反应终止，及时大幅减风。高炉正常风量从3200m³/min，减风到2400m³/min。以降低煤气流速，安全消耗穿过料层O₂。减风时候应尽量保持较高的炉顶压力。当料面接近风口时候，减风到1200m³/min，直到料面降低到目标位置，减风到0休风。

5)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。

6)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。

实施例2

某2800m³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，其停炉过程操作如下：

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。

2)安装一套炉顶雾化打水装置，保证足够的打水量。

3)准备可探到风口的探尺2根，探尺长度26米，并在链条上作好标志。

4)停炉前保持炉况顺行，炉温充足，并提前1天加锰矿洗炉。

5)停炉料负荷O/2.45，停炉料焦比611kg/t-p，炉渣碱度降至1.03。

6)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300-350℃降料面过程中采取从炉喉到炉腰以上2米的范围内，力求最大风量且正常富氧，风量范围5400-5500m³/min,富氧率5％。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减风300m³/min，风量减少到5100m³/min,富氧量减少1/3，富氧率降低到3.3％。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。

降料面腾空间过程中遇到的问题及其应对措施见下表：

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)降料线过程中，每30min取煤气样分析，并计算降料面煤气指数。

(42/79)*(N₂-外入量N₂/Q*100)+H₂-[CO+2*(CO₂+O₂)]

当降料线煤气指数∠0时候，尚有还原反应发生，高炉还有矿石层，煤气处于较安全状态。当降料线煤气指数＞0时候，还原反应终止，矿石层熔化并滴落，部分O穿过料层与H₂燃烧并消耗时，料层以上的煤气中有燃烧反应(H₂+1/2O₂＝H₂O以及CO+O₂)存在。

当料面到达炉腰上沿时，计算得出停炉煤气指数为0,说明还原反应终止，及时大幅减风。高炉正常风量从5100m³/min，减风到4100m³/min。以降低煤气流速，安全消耗穿过料层O₂。减风时候应尽量保持较高的炉顶压力。当料面接近风口时候，减风到1800m³/min，直到料面降低到目标位置，减风到0休风。

5)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。

6)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。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：

(1)本发明实施例提供的方法，通过确定大幅减风的具体时间，来防止煤气中O₂含量升高，从而保证高炉煤气安全；

(2)本发明实施例提供的方法有效的防止煤气爆炸，避免爆震。提高安全保障快速安全停炉，为下一步检修创造条件；

(3)本发明实施例提供的方法能最大程度回收煤气，不仅节能，而且减少排放，改善环境；

(4)本发明实施例提供的方法安全，节能，环保；具有显著的经济与社会效益。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，其特征在于，所述方法包括：

在降料线过程中，当高炉炉料层反应熔化滴落完后，进行降低风量操作；

所述高炉炉料层反应熔化滴落完的判断依据为高炉炉料层的矿石是否发生还原反应，若所述还原反应不发生，则所述高炉炉料层反应熔化滴落完；

所述是否发生还原反应通过氧平衡计算进行判断；

所述降低风量操作后的高炉风量为高炉原始风量的20%-40%；

所述是否发生还原反应的判断依据为停炉煤气指数的大小，所述停炉煤气指数通过氧平衡计算获得，若所述停炉煤气指数大于0，则所述还原反应不发生；

所述停炉煤气指数的计算公式如下：（42/79)x[N₂-(外入量N₂/Q)x100]+H₂-[CO+2x(CO₂+O₂)]，其中,CO、CO₂、H₂、N₂均为煤气中的摩尔浓度或体积成分；Q为顶炉煤气量。

2.根据权利要求1所述的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，其特征在于，所述降低风量操作后的高炉风量为高炉原始风量的25%-35%。

3.根据权利要求1所述的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，其特征在于，在进行降低风量操作时，保持高炉炉顶压力。

4.根据权利要求1所述的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，其特征在于，所述方法还包括：在降料线过程中，高炉炉顶温度控制在300℃-350℃。

5.根据权利要求4所述的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，其特征在于，所述高炉炉顶温度控制的方式采用减慢上料和/或炉顶打水。

6.根据权利要求1所述的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，其特征在于，所述方法还包括：在降料线过程中，高炉的停炉料负荷O/C为2.6-2.8。

7.根据权利要求1所述的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，其特征在于，所述方法还包括：在降料线过程中，高炉的停炉料焦比为580-640kg/t-p。

8.根据权利要求1所述的高炉回收煤气降料线过程中控制氧气含量的方法，其特征在于，所述方法还包括：在降料线过程中，高炉的炉渣碱度为1.0-1.05。

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