钢铁冶金行业煤气成分在线监测的必要性与实施方案

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2018-08-16
简介
本文对钢铁冶金行业煤气成分在线监测的必要性与实施方案进行了研究,主要包括在线煤气成分监测的必要性、安全生产监测系统解决方案(高炉煤气监测、转炉煤气监测)等内容。

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钢铁冶金行业煤气成分在线监测的必要性与实施方案根据钢铁冶金的过程以及实际监测需要,其安全生产监测系统主要由焦炉煤气监测、高炉煤气监测和转炉煤气监测3个部分组成。对其工艺过程中产生的气体成分进行分析监测,具有优化生产、提高质量、能源回收、节能环保、安全控制等非常重要的作用。在线煤气成分监测的必要性01保证生产,确保安全高炉和焦炉煤气中的CO浓度较高,它在空气中的混合爆炸极限为12.5%~74%,只要浓度达到爆炸极限,遇到明火极容易发生爆炸。CO的危害性和爆炸可能性均与其浓度相关,因此必须采用先进的技术对煤气中的CO和O2进行实时监测。02节能减排,保护环境冶金企业周边环境质量的优劣与其排放的CO浓度关系密切。若不对钢铁冶金工艺过程中产生的烟气进行监测,将可能严重影响周围数公里的空气质量,造成大气污染。严重的空气污染不仅危害着周围居民的身体健康,同时恶化了生态环境。03资源再利用,降低企业成本一般来说,每生产1t粗钢约需2.1×107kJ的能量,约能产生4.2×106kJ的高炉煤气、4.2×106kJ的焦炉煤气及1.0×104kJ的转炉煤气,副产煤气约占钢铁企业能源总收入的30%~40%。因此,实现副产煤气的回收再利用可极大地降低钢铁冶金产业的成本,实现资源的有效利用。而煤气是否有回收的价值,取决于煤气中CO等能源气体的浓度,CO和O2在线监测系统是测量气体浓度的关键。安全生产监测系统解决方案“根据钢铁冶金的过程以及实际监测需要,安全生产监测系统主要由3个部分组成,分别为焦炉煤气监测、高炉煤气监测和转炉煤气监测。焦炉煤气监测如图1所示,根据工艺生产和安全要求,焦炉煤气监测系统点位布设位于电捕捉器中。图1、焦炉系统中监测点的布设电捕焦油器都是利用高压静电作用下产生正负极,使煤气中的焦油雾在随煤气通过电捕焦油器时,由于受到高压电场的作用被捕集下来。由于煤气易燃易爆,就必须保证电捕焦油器的安全操作;另外,电捕焦油器电极间有电晕,可能会发生火花放电现象,如果煤气中混有氧气,当煤气与氧气的混合比例达到爆炸极限时就会发生爆炸。可采用防爆型在线气体分析系统Gasboard-9021(EX)分析控制电捕焦油器中的O2,当O2含量超标时联锁控制风机的运转,以防止煤气与O2混合达到一定比例爆炸。表1、焦炉系统监测点的仪表选型高炉煤气监测高炉煤气监测可采用在线气体分析系统Gasboard-9031分析高炉煤气中CO、CO2、CH4、O2和H2的含量,其分析数值可以直接反映出炉内燃烧情况,对指导工艺有着积极作用。Gasboard-9031的应用,可以改变以前人工取样分析值滞后的状态,大大缩短了分析值的分析周期,提高测量的准确性,减轻工人的劳动强度,提高高炉的自动化控制水平。由于及时获得了高炉炉况状态参数,高炉操作者根据随机检测值判断炉况和调控高炉,调控手段通过改变料制及负荷、装料、布料、风压、风量、富氧、喷煤等参数,从而避免较大的炉况失常操作事故,一直保持稳定高产的局面,同时提高了高炉的产量和提高煤气利用率,为高炉的高产和稳产打下了基础。高炉煤气分析的主要目的是优化控制,其监控重点在重力除尘和布袋除尘后,而喷煤系统检测O2和CO则是为了实现安全控制,如图2所示,根据工艺生产和安全要求,高炉煤气监测系统点位布设分为以下几个部分:图2、高炉系统中监测点的布设1)监测点1、2:重力除尘器与布袋除尘器后,分析高炉煤气中CO、CO2、CH4和H2,控制高炉炉况、回收能源气、监控水冷壁是否发生泄漏,保证安全生产;2)监测点3:热风炉出口,分析热风炉烟气中O2和CO,监控热风炉燃烧状态和优化燃烧效率,保护炉体;3)监测点4、5、6:磨煤机入、出口和布袋收尘器出口,监测O2和CO是否超限,起安全检测和控制作用;5)监测点7:监控煤粉仓内CO是否超限,避免煤粉仓内煤粉自燃。表2、高炉系统监测点的仪表选型转炉煤气监测转炉煤气作为炼钢过程中所产生的附属品,其热值比高炉煤气要高很多,若直接将转炉煤气排放到大气中,不仅会导致资源的严重浪费,而且会污染环境,不利于节能环保目标的实现。转炉煤气的回收受制于混合气体中的O2含量和CO浓度,可以回收的转炉煤气O2含量需要在2%以下,而CO浓度要在30%以上,这样才可进入管道流向煤气柜开始回收。其次,转炉煤气是一种易燃易爆的有毒气体,含有大量CO和少量H2,它们的混合物与空气或O2混合后,在特定条件下会产生爆炸。而且由于自身生产特点,转炉煤气完全具备了其他两个爆炸条件,即温度和火源条件,尤其是温度、压力和火源还扩大了一般状态下的爆炸范围,为此在工艺操作和设备设置上,需要对转炉煤气O2含量进行在线监测,以及时调整工艺,防止爆炸事故发生。如图3可见,转炉煤气监测系统点位布设分为以下几个部分:图3、转炉系统中监测点的布设1)监测点1:回收侧盅形阀/分散侧盅形阀前,布设在线气体分析系统Gasboard-9031,在线监测CO与O2浓度,只有测得转炉煤气中O2含量在2%以下,CO浓度在30%以上时,才可打开气体切换站的回收侧盅形阀,允许转炉煤气进入下一步净化流程,否则通过分散侧盅形阀放散塔点火燃烧。2)监测点2:煤气柜前,只有保证煤气柜内O2含量不会超标(控制在1%以下)才允许转炉煤气进入煤气柜,否则启动停止回收,以保证系统的稳定性和安全性。表3、转炉系统监测点的仪表选型现在钢铁冶金行业以还原冶金和氧化精炼为主要形式,其工艺过程中的焦炉、高炉、热风炉、喷煤系统、加热炉、电炉、转炉和煤气柜等都需要采用在线气体分析系统。钢铁及其他金属冶炼过程中会产生大量气体,分析这些气体对优化生产、提高质量、能源回收、节能环保、安全控制具有非常重要的作用。
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