高爐煤氣減壓閥

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹高爐煤氣減壓閥以某新型實(shí)用高爐煤氣減壓閥為研究對(duì)象,建立了三維穩(wěn)態(tài)湍流模型.通過ANSYS CFX對(duì)實(shí)用新型的內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值分析,得到了速度場與壓力場的分布圖,為減壓閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了理論依據(jù).高爐煤氣高爐煤氣是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)內(nèi)部的重要?dú)怏w燃料，常單獨(dú)（或混入少量焦?fàn)t煤氣）用作熱風(fēng)爐（消耗量約占產(chǎn)量的40～45％）、焦?fàn)t和鍋爐的燃料；也可和焦?fàn)t煤氣混合,成為發(fā)熱值1100～2000千卡／標(biāo)米3 的混合煤氣，作為均熱爐、加熱爐、熱處理爐等的燃料，并用于燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火。 高爐煤氣的燃燒特性因組成而異,一般燃燒每標(biāo)米3 高爐煤氣,約需空氣0.7～0.8標(biāo)米3 ；燃點(diǎn)約560～600℃；爆炸界限下限30～35％，上限70～80％（均指高爐煤氣在它和空氣的混合物中所占的體積百分?jǐn)?shù)）。 

高爐煤氣

高壓鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，并且通過熱風(fēng)爐加熱后進(jìn)入了高爐，這種熱風(fēng)和焦炭助燃，產(chǎn)生的是二氧化碳和一氧化碳，二氧化碳又和炙熱的焦炭產(chǎn)生一氧化碳，一氧化碳在上升的過程中，還原了鐵礦石中的鐵元素，使之成為生鐵，這就是煉鐵的化學(xué)過程。鐵水在爐底暫時(shí)存留，定時(shí)放出用于直接煉鋼或鑄錠。

這時(shí)候在高爐的爐氣中，還有大量的過剩的一氧化碳，這種混和氣體，就是高爐煤氣。每煉一噸鐵可產(chǎn)生2100-2200立方米的高爐煤氣。

這種含有可燃一氧化碳的氣體，是一種低熱值的氣體燃料，可以用于冶金企業(yè)的自用燃?xì)?，如加熱熱軋的鋼錠、預(yù)熱鋼水包等。也可以供給民用，如果能夠加入焦?fàn)t煤氣，就叫做“混和煤氣”，這樣就提高了熱值。

高爐煤氣為煉鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，主要成分為:CO, C02, N2、H2、CH4等，其中可燃成分CO含量約占25%左右，H2、CH4的含量很少，CO2, N2的含量分別占15%,55 %，熱值僅為3500KJ/m3左右。高爐煤氣的成分和熱值與高爐所用的燃料、所煉生鐵的品種及冶煉工藝有關(guān)，現(xiàn)代的煉鐵生產(chǎn)普遍采用大容積、高風(fēng)溫、高冶煉強(qiáng)度、高噴煤粉量的生產(chǎn)工藝，采用這些的生產(chǎn)工藝提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率并降低能耗，但所產(chǎn)的高爐煤氣熱值更低，增加了利用難度。高爐煤氣中的CO2, N2既不參與燃燒產(chǎn)生熱量，也不能助燃，相反，還吸收大量的燃燒過程中產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致高爐煤氣的理論燃燒溫度偏低。高爐煤氣的著火點(diǎn)并不高，似乎不存在著火的障礙，但在實(shí)際燃燒過程中，受各種因素的影響，混合氣體的溫度必須遠(yuǎn)大于著火點(diǎn)，才能確保燃燒的穩(wěn)定性。高爐煤氣的理論燃燒溫度低，參與燃燒的高爐煤氣的量很大，導(dǎo)致混合氣體的升溫速度很慢，溫度不高，燃燒穩(wěn)定性不好。 燃燒反應(yīng)能夠發(fā)生的另一條件是氣體分子間能夠發(fā)生有效碰撞，即擁有足夠能量的相互之間能夠發(fā)生氧化反應(yīng)的分子間發(fā)生的碰撞，大量的C02,N2的存在，減少了分子間發(fā)生有效碰撞的幾率，宏觀上表現(xiàn)為燃燒速度慢，燃燒不穩(wěn)定。高爐煤氣中存在大量的CO2L, N2，燃燒過程中基本不參與化學(xué)反應(yīng)，幾乎等量轉(zhuǎn)移到燃燒產(chǎn)生的煙氣中，燃高爐煤氣產(chǎn)生的煙氣量遠(yuǎn)多于燃煤。

二、轉(zhuǎn)爐煤氣

上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量二氧化碳的混合氣體?；厥盏捻敶笛蹀D(zhuǎn)爐爐氣含一氧化碳60～80％，二氧化碳15～20％，以及氮、氫和微量氧。轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)生量在一個(gè)冶煉過程中并不均衡，成分也有變化（見圖)。通常將轉(zhuǎn)爐多次冶煉過程回收的煤氣輸入一個(gè)儲(chǔ)氣柜，混勻后再輸送給用戶。轉(zhuǎn)爐煤氣由爐口噴出時(shí),溫度高達(dá)1450～1500℃,并夾帶大量氧化鐵粉塵，需經(jīng)降溫、除塵，方能使用。凈化有濕法和干法兩種類型。①濕法凈化系統(tǒng)典型流程是：煤氣出轉(zhuǎn)爐后，經(jīng)汽化冷卻器降溫至800～1000℃,然后順序經(jīng)過一級(jí)文氏管、*彎頭脫水器、二級(jí)文氏管、第二彎頭脫水器,在文氏管喉口處噴以洗滌水,將煤氣溫度降至35℃左右,并將煤氣中含塵量降至約100毫克/標(biāo)米3。然后用抽風(fēng)機(jī)將凈化的氣體送入儲(chǔ)氣柜。濕法工藝在世界上比較普遍,每噸鋼可回收60～80立方米煤氣，平均熱值約為2000～2200千卡/立方米。②美國和聯(lián)邦德國等國有些工廠采用干式電除塵凈化系統(tǒng)。煤氣經(jīng)冷卻煙道溫度降至1000℃，然后用蒸發(fā)冷卻塔，再降至200℃,經(jīng)干式電除塵器除塵,含塵量低于50毫克/立方米的凈煤氣,經(jīng)抽風(fēng)機(jī)送入儲(chǔ)氣柜。干式系統(tǒng)比濕式系統(tǒng)投資約高12～15％；但無需建設(shè)污水處理設(shè)施,動(dòng)力消耗低,但必須采取適當(dāng)措施，防止煤氣和空氣混合形成爆炸性氣體。

轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)內(nèi)部中等熱值的氣體燃料?？梢詥为?dú)作為工業(yè)窯爐的燃料使用，也可和焦?fàn)t煤氣、高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣配合成各種不同熱值的混合煤氣使用。轉(zhuǎn)爐煤氣含有大量一氧化碳，毒性很大，在儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用過程中必須嚴(yán)防泄漏。

高爐煤氣凈化 高爐煤氣作為燃料，含塵量要小于10毫克／標(biāo)米3 ,對(duì)溫度和壓力也有一定要求。因此在供給工業(yè)窯爐使用前需進(jìn)行除塵、降溫。高壓高爐煤氣還需降壓。 
含粉塵的高爐煤氣出高爐后，進(jìn)入重力除塵器，除去大顆粒粉塵，然后在洗滌塔和文氏管中噴水冷卻，清除細(xì)顆粒粉塵，含塵量可降至50～100毫克／標(biāo)米3 ；然后再經(jīng)減壓閥組降壓，在減壓閥內(nèi)噴水可以起很好的除塵作用。經(jīng)過閥組后的煤氣，含塵量一般在 5毫克／標(biāo)米3 左右。中國有一些中壓或低壓中小高爐,在文氏管后裝設(shè)濕式電除塵器或洗滌機(jī)。有些低壓高爐，不設(shè)文氏管，在洗滌塔后直接設(shè)置濕式電除塵器或洗滌機(jī)。 高爐煤氣高爐煤氣
70年代發(fā)達(dá)國家的一些鋼鐵廠采用一種可變環(huán)形縫隙的高壓高爐煤氣洗滌塔（見圖）。這種洗滌塔結(jié)構(gòu)緊湊，將煤氣冷卻、清洗和壓力調(diào)節(jié)作用集合于一個(gè)設(shè)備內(nèi)，噪聲也較小，因此得到推廣。 高壓高爐爐頂煤氣余壓發(fā)電 為了回收高壓高爐煤氣所具有的壓力能量，70年代開始采用爐頂煤氣余壓發(fā)電，絕大部分煤氣不經(jīng)減壓閥組降壓，而通過膨脹渦輪機(jī)膨脹降壓，推動(dòng)渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。一座容積4000米3 、爐頂壓力2公斤力／厘米2 的高爐,約可發(fā)電12000～14000千瓦。目前世界上已安裝這種渦輪發(fā)電機(jī)50余套，總發(fā)電容量約40萬千瓦。高爐冶煉過程中，從爐頂排出大量煤氣，其中含有CO、H：、CH。等可燃?xì)怏w，可以作 為熱風(fēng)爐、焦?fàn)t、加熱爐等的燃料。但是由高爐爐頂排出的煤氣溫度為150～300℃，標(biāo)態(tài) 含有粉塵約40～100g／m。。如果直接使用，會(huì)堵塞管道，并且會(huì)引起熱風(fēng)爐和燃燒器等耐火磚襯的侵蝕破壞。因此，高爐煤氣必須除塵后才能作為燃料使用。
高爐爐頂壓力是高爐生產(chǎn)中的一個(gè)重要參數(shù)。為使高爐爐內(nèi)反應(yīng)穩(wěn)定以及高爐爐況的順利進(jìn)行,保證生鐵產(chǎn)量和質(zhì)量,必須對(duì)爐頂壓力進(jìn)行自動(dòng)控制,使其能夠在設(shè)定值限定范圍內(nèi),高爐不僅要實(shí)現(xiàn)高爐爐頂壓力的穩(wěn)定控制還要使與之配套的TRT(高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置)運(yùn)行,在保證爐頂壓力穩(wěn)定的同時(shí)使TRT發(fā)電功率大化。升。爐頂壓力調(diào)節(jié)器的輸出通過邏輯順序控制系統(tǒng)(簡稱順控)控制減壓閥組的油壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)減壓閥組,調(diào)節(jié)流經(jīng)減壓閥組的煤氣流量,已達(dá)到穩(wěn)定爐頂壓力的目的。

兩個(gè)爐頂壓力測量信號(hào)送入DCS后,先對(duì)測量值進(jìn)行判斷,取正確值送入調(diào)節(jié)系統(tǒng)。調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)爐頂壓力測量值對(duì)減壓閥組的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在爐頂壓力控制系統(tǒng)中,由于TRT的介入,要求減壓閥組的控制范圍很大。當(dāng)TRT不發(fā)電時(shí),爐頂壓力由減壓閥組進(jìn)行調(diào)節(jié);當(dāng)高爐爐況較好時(shí),允許TRT發(fā)電,TRT調(diào)速閥緩慢開大,部分高爐煤氣流經(jīng)TRT相組,在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后,TRT進(jìn)入高爐頂壓功率復(fù)合控制階段,此時(shí)TRT裝置中的可調(diào)靜葉和與TRT并聯(lián)的減壓閥組共同參與爐頂壓力的控制,直至減壓閥組全關(guān),則TRT靜葉調(diào)節(jié)爐頂壓力,此時(shí),

1 高爐爐頂壓力控制系統(tǒng)

為了較為直接的測得爐頂壓力,在高爐本體煤氣上升管處安裝了2臺(tái)智能壓力變送器,檢測爐頂壓力并送入DCS,在煤氣總管上安裝了減壓閥組,由1臺(tái)自動(dòng)閥A,2臺(tái)量程閥B和C及1臺(tái)快開閥D組成,前3臺(tái)蝶閥參與調(diào)節(jié)控制爐頂壓力,快開閥只在TRT緊急關(guān)機(jī)時(shí)快速打開,防止?fàn)t頂壓力急劇上
    煤氣除塵設(shè)備分為濕法除塵和干法除塵兩種。

    濕法除塵常采用洗滌塔一文氏管一脫水器系統(tǒng)，或一級(jí)文氏管一脫水器一二級(jí)文氏管 一脫水器系統(tǒng)。高壓高爐還須經(jīng)過調(diào)壓閥組一消音器一快速水封閥或插板閥，常壓高爐當(dāng) 爐頂壓力過低時(shí)，需增設(shè)電除塵器，經(jīng)過濕法凈化系統(tǒng)后，煤氣含塵量可降到小于10mg／m。，溫度從150～300℃降到35～55‘C左右，含水量可達(dá)7～20s／m。，濕法凈化系統(tǒng)流程如圖8—1所示。

干法除塵有兩種，一種是用耐熱尼龍布袋除塵器(BD(：)，另一種是用干式電除塵器 (EP)。為確保BDC人口高溫度小于240℃，EP人口高溫度小于350rC，在重力除塵器加溫控裝置或在重力除塵器后設(shè)蓄熱緩沖器。當(dāng)高爐開爐時(shí)、高爐休風(fēng)、復(fù)風(fēng)前后以及干式凈化設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，需要用并聯(lián)的濕法系統(tǒng)凈化，此時(shí)由圖8—2中兩蝶閥切換系統(tǒng)完成。經(jīng)過干法凈化系統(tǒng)煤氣含塵量可降到小于5mg／m。，在干式除塵器后采用水噴霧冷卻裝置使煤氣溫度降到余壓發(fā)電機(jī)組(TRT)入口的允許溫度125～175℃，TRT出口煤氣需要經(jīng)洗凈塔脫除煤氣中的氯離子，以免對(duì)管道腐蝕，同時(shí)溫度降至40℃飽和溫度。

評(píng)價(jià)煤氣除塵設(shè)備的主要指標(biāo)：

(1)生產(chǎn)能力。生產(chǎn)能力是指單位時(shí)間處理的煤氣量，一般用每小時(shí)所通過的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的煤氣體積流量來表示。

 (2)除塵效率。除塵效率是指標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位體積的煤氣通過除塵設(shè)備后所捕集下來的灰塵重量占除塵前所含灰塵重量的百分?jǐn)?shù)?？捎孟率接?jì)算：

   式中——除塵效率，％；

m1、m2——入口口和出口煤氣標(biāo)態(tài)含塵量，g／m3或mg／m3 .

用這個(gè)公式來表示除塵效率是很不嚴(yán)格的，因?yàn)樗鼪]有說明灰塵粒徑的大小及灰塵的物理性質(zhì)。因此，對(duì)于不同粒徑和不同物理性質(zhì)的灰塵是不能用這個(gè)公式來加以比較的。各種除塵設(shè)備對(duì)不同粒徑灰塵的除塵效率見表8—1。

(3)壓力降。壓力降是指煤氣壓力能在除塵設(shè)備內(nèi)的損失，以人口和出口的壓力差表示。

(4)水的消耗和電能消耗。水、電消耗一般以每處理1000m。標(biāo)態(tài)煤氣所消耗的水量和電量表示。

評(píng)價(jià)除塵設(shè)備性能的優(yōu)劣，應(yīng)綜合考慮以上指標(biāo)。對(duì)高爐煤氣除塵的要求是生產(chǎn)能力大、除塵效率高、壓力損失小、耗水量和耗電量低、密封性好等。

8．1煤氣除塵設(shè)備及原理

8．1．1粗除塵設(shè)備

粗除塵設(shè)備包括重力除塵器和旋風(fēng)除塵器。

8．1．1．1  重力除塵器

重力除塵器是高爐煤氣除塵系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種除塵設(shè)備，其基本結(jié)構(gòu)見圖8—3，其除塵原理是煤氣經(jīng)中心導(dǎo)入管后，由于氣流突然轉(zhuǎn)向，流速突然降低，煤氣中的灰塵顆粒在慣性力和重力作用下沉降到除塵器底部。欲達(dá)到除塵的目的，煤氣在除塵器內(nèi)的流速必須小于灰塵的沉降速度，而灰塵的沉降速度與灰塵的粒度有關(guān)?；拿簹庵谢覊m的粒度與原料狀況及爐頂壓力有關(guān)。

設(shè)計(jì)重力除塵器的關(guān)鍵是確定其主要尺寸——圓筒部分直徑和高度，圓筒部分直徑必須保證煤氣在除塵器一內(nèi)流速不超過0.6～1.0m／s，圓筒部分高度應(yīng)保證煤氣停留時(shí)間達(dá)到12～15s?？砂唇?jīng)驗(yàn)直接確定，也可按下式計(jì)算：

重力除塵器圓筒部分直徑D(m)：

式中Q——煤氣流量，m3／s；

v ——煤氣在圓筒內(nèi)的速度，約0．6～1．0m／s。高壓操作取高值

   除塵器圓筒部分高度H (m)：

t——煤氣在圓筒部分停留時(shí)間，一般12～15s，大高爐取低值；

F——除塵器截面積，m。

計(jì)算出圓筒部分直徑和高度后，再校核其高徑比H／D，其值一般在1．00～1．50之間，大高爐取低值。

8．3．5調(diào)壓閥組

調(diào)壓閥組又稱減壓閥組，是高壓高爐煤氣清洗系統(tǒng)中的減壓裝置，既控制高爐爐頂壓力，又確保凈煤氣總管壓力為設(shè)定值。

 調(diào)壓閥組設(shè)置在煤氣除塵系統(tǒng)二級(jí)文氏管之后，用來調(diào)節(jié)和控制高爐爐頂壓力，其構(gòu)造見圖8—17，閥組配置情況與煤氣管道直徑有關(guān)，詳見表8—4。以聲2150mm的煤氣主管為例來說明調(diào)壓閥組的組成，它由四個(gè)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)常通管道。在斷開的凈煤氣管道上用5根支管連通，其中3根內(nèi)徑為聲750mm的支管中設(shè)有電動(dòng)蝶式調(diào)節(jié)閥，一根內(nèi)徑為56400mm的支管中設(shè)有自動(dòng)控制的電動(dòng)蝶式調(diào)節(jié)閥，另一根內(nèi)徑為聲250mm的支管常通。當(dāng)3個(gè)≯750mm的電動(dòng)蝶式調(diào)節(jié)閥逐次關(guān)閉后，高爐進(jìn)入高壓操作，這時(shí)聲400mm的自動(dòng)控制電動(dòng)蝶式調(diào)節(jié)閥則不斷變動(dòng)其開啟程度，來維持穩(wěn)定的爐頂壓力。f5400mm自動(dòng)控制蝶式調(diào)節(jié)閥用于細(xì)調(diào)，j5750mm電動(dòng)蝶式調(diào)節(jié)閥用于粗調(diào)或分擋調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)不同的爐頂壓力和高壓、常壓之間的轉(zhuǎn)換，j6250mm的常通管起安全保護(hù)作用。調(diào)壓閥組后的煤氣壓力一般為20～35kPa，管道中煤氣流速為15～20m／s。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：波紋管減壓閥波紋管材料