在阀组上有5条平行的通道和4个阀门,最小的一条通道直径为g1200~300n皿,是常通的通道,不设阀门起安全保护作用。当炉顶压力因某些原因(例如炉内爆炸、大崩料)突然增高,或其他阀失灵而全部关闭时,仍可有一个自由通道以减小破坏作用。4个阀门中有3个大的(直径一般为?1750 mm)为电控或液压控制的蝶阀,1个小的(直径一般为?400 mm)为自动调节蝶阀。这4个阀门全开时炉顶为常压,当各阀门逐渐关小时,炉顶压力随之升高,高炉就处于高压状态,炉顶压力的高低可用此4个阀关闭的程度来决定。一般在炉顶压力设定在某一数值后,3个大阀门关闭到某一位置或全关,由小阀门自动调节并稳定在预定水平。煤气通过调压阀组,压力能损失很大(阀组前为高压,阀组后为常压),使它成为一套良好的煤气清洗设备,最小的常通通道起到了类似于文氏管的喉口作用,在顶压高于40 kPa时,通过阀组后的煤气含尘量可降到10 mg/m3以下。因此各阀门要用水冲去灰泥,泥浆通过常通通道而排人灰泥捕集器。
余压发电透平机TRT
高炉高压操作时,调压阀组消耗了炉顶煤气的剩余压力,而这部分压力能是由风机提供的。风机为了提高风压以满足炉顶压力的要求消耗了很多能量(由电机或蒸汽透平提供),为了不浪费炉顶煤气的压力能和热能,从20世纪60年代开始开发了利用炉顶煤气的能量发电的技术,现已广泛应用于高压高炉上。
所谓TRT就是炉顶余压发电透平机的简称,余压发电工艺流
程示于图5。
图5 高炉炉顶余压发电工艺流程图
1一重力除尘器;2、3一文氏洗涤塔;4、11、14一煤气;5一主管喷射器;6一蒸汽;7一点火孔;8一减压阀组;9一消音器;10一煤气总管;12一氮气吹扫阀;13一除雾器:
V4一入口蝶阀;V2一入口眼镜阀;V3一紧急切断阀;V4一旁通阀;V5一调速阀;V6一水封截止阀;Tl~-T4一放散阀;G-发电机组;TRT--余压发电透平机
TRT的煤气人口从文氏管后的煤气管接出,TRT的煤气出口与调压阀组后的净煤气主管相接,所以TRT是与调压阀组并联在净煤气管道上的。高压煤气在透平机内膨胀做功,推动透平机叶轮转动,带动发电机发电。透平机有轴流向心式、轴流冲动式和轴流反动式3种,其中轴流反动式的质量小、效率高。在回收余压能量方式上有部分回收、全部回收和平均回收3种,平均回收的发电能力高,设备投资低,投资回收期短,而且还能保证高炉炉顶压力稳
定。我国宝钢的TRT就采用平均回收方式。根据炉顶压力不同,每吨生铁可发电20~40kW·h。如果是干法除尘,进入透平的煤气温度高,透平的效率提高(煤气温度每提高10 ℃,透平机出力可提高3%左右),发电量可增加30 %左右。一般来说,炉顶压力达到0.09 MPa即可采用TRT技术,但要有明显的经济效益,炉顶压力应提高到0.11~0.12 MPa以上。
提高风温对高炉冶炼的影响
风温提高引起冶炼过程发生以下几个方面的变化:
(1)风口前燃烧碳量C风减少,这是因为单位生铁的热收入不变的情况下,提高风温带人的热量替代了部分风口前焦炭燃烧放出的热量,可使单位生铁风口前燃烧碳量减少,但是每100℃所减少的C风是随风温的提高而递减的。
(2)高炉高度上温度分布发生炉缸温度上升、炉身和炉顶温度降低和中温区略有扩大的变化。
(3)铁的直接还原增加,这是由C风减少而使单位铁的CO还原剂减少和炉身温度降低等原因造成的。
(4)炉内料柱阻损增加,特别是炉子下部的?p会急剧上升这将使炉内炉料下降的条件明显变坏。如果高炉是在顺行的极压差下操作,则风温的提高将迫使冶炼强度降低。据统计,在冶炼件不变时,风温每提高100 ℃,炉内?p升高约5 kPa,冶炼强度下降2%左右。造成?p升高的原因是料柱内焦炭数量因焦比下降而减少;炉缸温度升高使煤气实际流速增大;以及下部温度过高,升华物质增多,随
煤气上升到上部冷凝,使料柱的空隙度降低恶化料柱的透气性等。因此,使用高风温必须采取有效的措施,创造接受高风温的条件。
高炉接受高风温的条件
凡是能降低炉缸燃烧温度和改善料柱透气性的措施,都有利于高炉接受高风温。高炉接受高风温的条件是:
(1) 改善原料条件。精料是高炉接受高风温的基本条件,只有原料强度好、粒度组成均匀、粉末少,才能在高温条件下保证高炉顺行。 (2) 喷吹燃料。喷吹物在炉缸燃烧带的加热分解,需相应提高风温来补偿,这就为高炉接受高风温创造了条件。补偿温度根据高温区热平衡,可以用下式计算:
?t?Q解?Q1500Vct风风
式中 ?t—补偿温度,℃;Q解—喷吹物的吨铁分解热,kJ; Q1500—将喷吹物温度提高到1500 ℃所需要的吨铁热量,kJ;
ct风—风温在
t ℃下的热容,kJ/(m3·℃);
V风—单位生铁的风量,m3/t。
风温为1000 ℃时,喷吹1 kg重油需补偿风温1.6~2.31 ℃,喷吹1 kg煤粉需补偿风温1.3~1.812 ℃。
(3)加湿鼓风。鼓风中的水分分解吸热降低燃烧温度,町相应提高风温来补偿。水分分解吸热反应式为: H2O=H2+1/2O2 240000 kJ
相当于-10800 kJ/m3或-13440 kJ/kg(H2O)
鼓风为900 ℃时热容为1.4 kJ/(m3·℃),因此1 m3鼓风中加 1g水可提高风温9.3 ℃ (13/1.4)。
(4) 搞好上下部调剂,保证高炉顺行。如果高炉不顺,则不宜使用高风温。此时需正确运用上下部调剂手段,首先保证高炉顺行,方可提高风温。
综合鼓风和综合喷吹
作为高炉强化冶炼的技术,采用高风温和富氧鼓风的同时,通过风口与鼓风一起向炉缸喷吹燃料(煤粉、重油、天然气等)、热还原性气体(天然气等裂化形成的CO+H2的气体)或其他粉料(含铁粉料、熔剂粉料)。由于通过风口向炉缸喷吹热还原性气体和粉状物料尚处于研究试验阶段,还没有应用于生产,所以现在的综合鼓风是高风温、富氧和喷吹燃料三者结合的鼓风,常用综合喷吹这个名词来表达。综合喷吹是高炉炼铁技术的重大进步,对高炉强化冶炼具有很大意义:
(1)采用风口喷吹燃料技术,扩大了高炉冶炼用的燃料品种和来源,可用一些价格低廉、来源广泛的燃料,代替部分昂贵而稀缺的冶金焦,从而使焦比大幅度降低,生铁成本下降。
(2)从风口喷入的燃料,需在炉缸吸热分解后燃烧,需要一定的热量补偿,为高炉接受高风温提供了条件。
(3)高炉喷吹燃料,是一项调剂炉况热度的有效手段,它比从上部变动焦炭负荷快得多,也为稳定高风温操作创造了条件。