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1、第八章 能源回收利用与环境保护,一、高炉炉顶余压发电,为了回收高炉煤气的物理能，在高炉煤气系统设置透平发电机组(简称TRT)，与调压阀组并联，利用煤气的压力能和热能发电。一般情况下，高炉车间的余压发电能满足高炉车间自身用电量(高炉鼓风机电耗除外)。 高炉透平发电机有3种形式：轴流向心式、轴流冲动式和轴流反动式。其中轴流反动式透平机质量小、效率高，宝钢1号高炉TRT采用此种形式。,从透平机的能力和对炉顶压力控制两方面考虑，炉顶余压透平回收方式有3种：,(1)部分回收方式。设计通过透平机的最大煤气量小于高炉产生的煤气量。高炉正常生产情况下，通过透平机的煤气量保持不变，炉顶煤气压力由调压阀组控制。
2、(2)全部回收方式。设计通过透平机的最大煤气量大于高炉产生的煤气量，炉顶煤气压力由透平机调速阀或静叶自动调节控制。 (3)平均回收方式。设计通过透平机的最大煤气量为高炉生产产生煤气量波动幅度的平均值。炉顶煤气压力由调压阀组和透平机分别控制，这种回收方式发电能力较高，设备投资低，投资回收期最短，而且又能保证高炉炉顶压力的稳定。 宝钢1号高炉TRT采用平均回收方式。,图10-1 宝钢TRT高炉煤气系统,1透平；2发电机；3调速阀；4紧急切断阀；5眼镜阀； 6入口蝶阀；7NK阀；8除雾器；9减压阀组；10高炉煤气,宝钢1号高炉TRT工艺设计参数如下：,通过最大煤气量 670000m3/h台 入口管交
3、接点煤气压力 0.22Mpa (表压) 出口管交接点煤气压力 0.13Mpa (表压) 入口煤气温度 55 高炉煤气相对湿度 100 煤气中机械水含量 小于7g/m3 入口煤气含尘量 小于10 mg/m3 出口煤气含尘量 小于3mg/m3 额定发电能力 17440kW,图102 煤气透平机功率（透平入口温度55时）,二、热风炉烟道废气余热回收一,高炉热风炉的烟气温度为250350，烟气量大，具有较多的余热。利用高炉热风炉废气的热量来预热助燃空气和煤气，能提高热风炉的理论燃烧温度，进而提高风温，是增加高炉喷煤量和降低燃料比的有效措施。,表101 助燃空气温度与煤气温度对理论燃烧温度的影响,目前常
4、用的余热回收装置有热管式换热器和热媒式换热器两种。,1、热管式换热器,图103 热管换热器工作原理,热管式热交换器在结构上可分为 整体式热管换热器和分离式热管换热器。,(1)整体式热管换热器,1引风机；2煤气换热器；3助燃风机； 4空气换热器； 5热风炉；6烟囱,图104 整体式热管换热器工艺流程,(2)分离式热管换热器,图105 分离式热管换热器工艺流程,1-热媒体贮存罐；2供给泵；3膨胀罐；4循环泵； 5热风炉烟道废气；6助燃空气；7煤气；8氮气,2、热媒式换热器,热媒式换热器的工艺流程见图106，主要设备包括烟气换热器、助燃空气换热器、煤气换热器、循环泵、热媒体贮罐、膨胀罐、供给泵等。
5、热媒式换热器的工作原理是：热媒体在循环泵的强制驱动下流入烟气换热器中的钢管内而被热风炉烟道废气加热，冷却后的热风炉烟道废气通过烟囱排入大气，加热后的热媒体流入助燃空气换热器和煤气换热器的钢管内，将热量传递给助燃空气和煤气，加热后的助燃空气和煤气送入热风炉内燃烧，冷却后的热媒体经过循环泵再次送入烟气换热器内加热，如此循环。,图106 热媒式换热器工艺流程,1烟囱；2烟气换热器；3循环泵；4热媒体贮罐；5供给泵； 6煤气换热器；7助燃风机；8助燃空气换热器；9膨胀罐； 10外燃式热风炉,热媒的种类很多，常用的有水、油、导热姆等，在使用时一般要考虑热媒的安全性，如：有无毒性、是否和管壁反应分解、有无
6、碳化沉积现象等。 热媒式换热器的优点是：,热媒体采用导热油，具有较高温度下的热稳定性，可长期连续使用。 受热侧、放热侧分离设置，不会因漏气造成预热煤气不安全的问题，可同时预热空气和煤气。热效率高，气密性好，可以通过调节热媒体的流量来调节预热助燃空气和预热煤气之间的热量。 工艺可分散布置，适应于热风炉区场地狭窄的技术改造。 换热器小而轻，便于安装和更换，维护简便。 其缺点主要是清灰较困难，应适当加大翅片和翅片管间距，以便清扫和减少阻力。对加压循环泵的要求比较高。,三、热风炉烟道废气余热回收二,近来，用热风炉烟道废气作为干燥介质来干燥煤粉被大力推广。热风炉废气具有150350的温度和含氧量低（1%
7、），且量大，在质和量方面均能保证喷吹烟煤的生产需求和安全要求。使用热风炉废气可使高炉与喷吹同步，同时节省了能源。因此，采用燃烧炉热风和热风炉废气一道作为干燥介质是目前制粉干燥用气的最佳的选择,图10-7 热烟气系统工艺流程,1-调节阀；2-引风机；3-燃烧炉；4-烟囱阀； 5-切断阀；6-烟气引风机,四、粉尘污染的控制,1、炼铁厂的粉尘来源及特性 高炉炼铁的粉尘主要来自于出铁场和原料系统。,出铁场产生的污染物是高炉在出铁、出渣时产生的烟尘和高温铁水、熔渣接触其他可燃物产生的烟尘。 高炉每生产1t生铁，在出铁厂平均散发出2.5kg烟尘，其中正常出铁时，铁水沟、渣沟、撇渣器、摆动流嘴和铁水罐等各点
8、产生的烟尘属于一次烟尘，占全部烟尘量的86。在开、堵铁口时产生的烟尘属于二次烟尘，占14。国家环保要求1000m3级以上高炉的出铁厂应设置一次烟尘和二次烟尘的净化设施，而小于1000m3级的高炉应设置一次烟尘净化设施。,出铁场烟气温度较高，一般为70200，烟尘粒度一般在10um以下的占5060，烟尘中Fe2O369.4，SiO210.97，C1549，其它Al2O3、CaO、MgO等含量都很少，含C量较高是由于出铁过程中铁水冷却，从表面析出石墨碳之故。,高炉原料系统产生粉尘的地方主要有槽上的卸料、皮带机的转运和槽下筛分，原燃料装入料车、集料斗等，粉尘浓度大致为58g/m3。,国家标准要求矿槽
9、上下都采用皮带机，所有转运站、槽上受料口及槽下筛分设施都应设有除尘净化装置，用皮带机向炉顶上料时应设置单独的除尘装置。要求所有除尘后排放的气体含尘量小于100mg/m3，而工作环境空气中的含尘量降到10mg/m3。各产尘点产尘量的大小与物料的品种、原燃料中粉末含量多少有关，通常烧结矿的产尘量较大。粉尘成分主要为Fe2O3、C、SiO2、CaO和MgO等。,2、粉尘污染的控制,目前出铁场的一次烟尘捕集治理，主要采用在产生烟尘的部位（出铁口、铁沟、渣沟、撇渣器、摆动流嘴和铁水罐）设防尘罩，然后用风机抽走烟尘，烟尘通过除尘管道进入布袋除尘器或电除尘器进行净化，净化后气体的含尘量小于50mg/m3排入
10、大气。 二次除尘系统是较困难的问题，现在有3种治理装置： 一是自然抽风气帘式，即把整个房顶看成一个通风罩，在周围设有通风气帘抽风防尘，日本各厂大都采用这种方案； 二是垂幕式，由活动垂幕组成的抽风通道将粉尘抽走到除尘器除尘，宝钢1号高炉采用此方式； 三是在各出铁口产尘点分散设密封罩分散捕集，统一抽风除尘，鞍钢10号高炉采用这种形式。 原料系统的粉尘治理一般都采用抽风罩、密封罩或两者结合使用，将带粉尘的空气经管道抽到除尘器净化，净化后的空气经烟囱排入大气。,五.高炉生产对机械设备的要求,高炉生产是一个相当庞大而复杂的系统。它所使用的机械设备种类繁多，五花八门，并且在繁重的条件下工作，不仅要承受巨大
11、的载荷，往往还伴随着高温、高压和多灰尘等不利因素，设备零件容易磨损和侵蚀。为了确保高炉生产的顺利进行，它对机械设备提出了越来越高的要求。,(1)满足生产工艺要求。工艺上的革新都是和设备的改进分不开的。例如炉顶装料设备不仅要把大量的原料燃料装入高炉，还要符合高炉布料和炉顶密封等工艺要求。 (2)要有高度的可靠性。高炉生产线上的机器一般是有固定的、单一的用途的。如果一台机器(不论是上料皮带机或炉顶装料设备或堵铁口的泥炮)发生事故，就会引起整个高炉的休风甚至停炉。因此要求各种机械设备必须安全可靠，动作灵活准确，有足够的强度、刚度和稳定性等。 (3)要提高寿命并易于维修。冶金设备的许多零件往往不是因为
12、强度不够，而是由于磨损而报废。特别是高炉生产，各种原燃料对金属的磨损作用很大，加上高温高压煤气的冲刷作用，零件的磨损和寿命问题更加突出。机械设备不仅要耐磨，并且损坏后要容易修理，在平时要易于检查和维护。,(4)要易于实现自动化。所设计的机器都要考虑到易于自动化操作。例如整个上料系统，各种原料按照不同配比从料仓出来，进行筛分和称量，组成料批，经上料皮带机运到炉顶，再由炉顶装料设备进行布料入炉，全部都自动操作，别的系统也是如此。 (5)设备的定型化和标准化。设备的定型化和标准化对于设计、制造和维修管理有很大的好处。对于已经试验成功的设备，都应该搞标准设计。标准化并不妨碍对设备进行改进和采用新的设备。标准化并不等于一劳永逸，同样要对设备不断改进或进行新的标准化工作。,