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e250652c8b16447e2a0e4c1c37b73af3.pdf炼钢厂第二届煤气工状元比赛评选煤气工培 训 教 材三钢闽光股份有限公司炼钢厂目 录第一章 基础知识3第一节 副产煤气的种类及其性质3第二节 煤气的特点6第三节 煤气的燃烧9第四节 单位制及其换算12第五节 气体流动基础知识15第二章 转炉煤气的回收使用工艺19第一节 转炉煤气的产生与利用价值19第二节 转炉煤气回收工艺流程22第三章 煤气加压机27第一节 煤气加压机原理27第二节 煤气加压机操作29第四章 煤气柜31第一节 钢铁企业煤气柜的设置31第二节 五万威金斯气柜概述32第三节 转炉煤气柜容量的确定39第五章 煤气管道及其附属设备40第一节 煤气管道及冶金企业煤气管网40第二节 煤气管网的有关参数选择和设备44第三节 煤气管道的附属设备49第六章 煤气平衡与管理54第一节 煤气供应及其特性54第二节 煤气平衡与管理55第七章 煤气安全59第一节 煤气的毒性及防护59第二节 煤气的爆炸及预防64第三节 煤气的着火事故的原因、预防及处理66第四节 有关煤气的一些安全规定68第五节 人工呼吸法与胸外心脏挤压法73第一章 基础知识第一节 副产煤气的种类及其性质能源是生产各种能量的资源，如机械能、热能、光能等。一般分为两大类：一次能源和二次能源。一次能源如煤、石油、天然气、水能、太阳能、风能、核能等；二次能源多由一次能源转换而来，如电能、焦炭、高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气、蒸汽等等。我国钢铁工业的能源构成情况：以煤为主(占72.2%)，以油(占6.4%)、气(占1.15%)为辅。钢铁企业在生产过程中副产的高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气，都是一种优质的气体燃料，是宝贵的能源财富。在各种燃料中，气体燃料的燃烧最容易控制，燃烧的效率也最高，是企业生产中最受欢迎的一种燃料。钢铁企业中副产煤气有四种。一、 高炉煤气高炉是钢铁企业冶炼生铁的设备。高炉冶炼生铁的主要原料是铁矿原矿或烧结矿，主要燃料是冶炼焦，以及石灰石等附加物料组成的炼铁炉料。在冶炼过程中，由于焦炭中的碳在炉缸内燃烧，而且是一层炽热厚焦炭，开始由空气过剩而逐渐变成空气不足的燃烧，结果就产生了高炉煤气。高炉煤气是无色、无味、有毒的可燃气体。发热量在3349.44 4186.8千焦/米3(8001000大卡/标米3)，理论燃烧温度在1500左右，着火点700左右。高炉煤气中含有30%左右的CO，如泄漏出来，极易造成人身中毒。含N2和CO2之和近70%左右，会给人造成喘息(没有氧存在)和窒息。高炉煤气与空气或氧气混合到一定比例，遇到明火或700左右的高温就会爆炸。二、 焦炉煤气炼焦生产工艺就是煤的干馏过程，即煤在隔绝空气加热时，其中的有机质在不同的温度下，发生一系列变化，结果形成数量和组成不同的气态、固态产物，最后在炼焦末期形成了焦炭，同时副产了大量的焦炉煤气。净化的焦炉煤气是无色的，有臭味的有毒气体。发热量在16747.218421.92千焦/米3(40004400大卡/标米3)，着火温度为550 650左右，理论燃烧温度2150左右。焦炉煤气与空气混合到一定比例，遇到明火或550左右高温就会发生强烈的爆炸。焦炉煤气中的CO含量较高炉煤气少，但也会造成人身中毒。三、 转炉煤气当今世界的转炉炼钢生产，都是氧气顶吹转炉或顶底复合吹炼转炉。氧气顶吹转炉在吹炼过程中，由于铁水中有碳的氧化，产生了炉气，其炉气量的大小主要取决于吹氧量及铁水含碳量的多少。因为炉内温度很高，所以碳的主要氧化物是一氧化碳(CO)，也就是转炉煤气的主要成份。转炉煤气的成份，在吹炼周期内，不同时期有不同的成份，而且与回收设备的操作条件及煤气的回收条件有关。净化后的转炉煤气是有毒的可燃气体。其发热量在7717.56 8373.6千焦/米3(17002000大卡/标米3)。煤气中含有55%以上的CO，泄漏出来极易造成人身中毒。转炉煤气与空气或氧气混合达到一定比例，遇到明火就会爆炸。转炉煤气的理论燃烧温度较高炉煤气高。四、 铁合金炉煤气在封闭式电炉中冶炼铁合金时，由于大多是还原性反应，所以电炉产品除金属、非金属元素外，还生成大量的CO气体，即铁合金炉煤气。随着铁合金电炉冶炼周期的变化，煤气成份也在变化。净化的铁合金炉煤气是有毒的可燃气体，其发热量在10467千焦/米3(2500大卡/标米3)。煤气中含有70%左右的CO，泄漏出来极易造成人身中毒。理论燃烧温度比转炉煤气稍高。铁合金炉煤气与空气或氧气混合达到一定比例，遇到明火就会发生爆炸。五、 发生炉煤气发生炉煤气不是钢铁企业生产过程中的副产煤气。它是由专门的造气装置耗煤产生的煤气。在一些特钢企业，没有副产煤气，煤气的主要来源就靠发生炉煤气供给。发生炉煤气是由固体燃料(煤、焦炭)在发生炉内加热的过程中，通入空气及蒸汽使之不完全燃烧而产生的煤气。净化后的发生炉煤气是无色的，有焦炉煤气味道的可燃气体。含CO在20%左右，发热量为9001500大卡/标米3，着火点在650700，理论燃烧温度为1300，对人身的中毒性质及其与空气混合达到一定比例造成爆炸的影响，介于高炉煤气和焦炉煤气之间。要合理、充分、有效的使用煤气，就要做好煤气的综合利用。必须采取以下措施：1、 完善计量仪表，包括流量、压力、热值等计量仪表。2、 开辟新用户，最大限度地减少、各种煤气的放散。3、 按不同窑炉的设计要求，供给设计要求热值的煤气，还要只图方便，乱用高热值煤气，造成浪费能源，要节约高热值煤气焦炉煤气，以供民用。4、 由于高炉冶炼工艺的发展，现代高炉多用高压冶炼，要及时做好炉顶煤气余压的回收用来发电，这就是高炉余压发电装置。利用高炉余压发电装置回收的电能，相当于高炉鼓风所耗电能的1/41/3左右，回收的能量是相当可观的。5、 高炉煤气的干法除尘，目前在国外已有使用。利用干法除尘，一方面可节省冷却煤气用水，另一方面可维持煤气在相当高的温度，可以设法回收这一部分显热。6、 改进对加压混合站的管理，采用户外式集中控制，可以节省建设费用和减少操作人员，也为进一步用计算机控制打下基础。7、 转炉煤气和铁合金炉煤气应尽快回收。从已回收转炉煤气的企业可以看到，收效是明显的，既回收了煤气，同时又充分利用了煤气的显热，用余热锅炉来产生蒸汽。第二节 煤气的特点一、 单一气体的物理化学性质任何一种副产煤气都是由一些单一气体混合而成。其中可燃气体成份有CO、H2，和其它气态碳氢化合物CnHm以及H2S。不可燃的气体成份有CO2、N2和少量的O2。除此之外，在气体燃料中还含有水蒸汽、焦油蒸汽以及粉尘固体微粒。现将组成副产煤气的单一气体的物理化学性质说明如下。表1-1 单一气体的物理化学性质分类分子式颜色气味分子量重度(kg/m3)低发热量空气中爆炸范围着火温度()火焰溶水性kJ/m3kcal/m3甲烷CH4无色微有葱臭16.040.7153567185305.415%650750微弱亮光难乙烷C2H6无色无臭30.071.3416369015230512%520630微光难氢气H2无色无臭2.0160.089910747.525704.274%580590难一氧化碳CO无色无臭281.25016269302012.475%644658蓝色*硫化氢H2S无色浓厚的臭蛋味34.071.5223669.656604.345.6%364蓝色易二氧化碳CO2无色略有气味441.977易氧O2无色无臭321.429*：少量水即可降低CO的着火温度。二、 煤气的腐蚀性和毒性副产煤气中具有腐蚀性的成份主要有硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)及氧气(O2)。这些气体只有在有水时才具有腐蚀性。H2S、CO2在水中呈酸性，O2在水中则具有氧化性腐蚀。因此，为减少煤气对管道的腐蚀性，应去掉煤气中的水份。具有毒性的煤气成分(有的副产煤气中无其中一些成份)有：硫化氢(H2S)、氨(NH3)、苯(C6H6)等。三、 煤气干、湿成分的表示方法气体燃料的组成是用所含各种单一气体的体积百分数来表示。并有干成分和湿成分两种表示方法。气体燃料的湿成分，是指包括水蒸汽在内的成份，各种成分之间的关系如下：CO湿%+H2湿%+CH4湿%+ CO2湿%+N2湿%+O2湿%+H2O湿%=100%煤气的干成分中不包括水蒸汽在内，各种成分的关系如下：CO干%+ H2干%+ CH4干%+ CO2干% + N2干%+ O2干%=100%在技术资料中，一般都用干成分表示气体燃料的组成情况，这样就排除了由于随着温度的不同煤气中水蒸汽含量不同而带来的影响。但在燃烧计算时，则需要煤气的湿成分作为计算的依据。因此应将干成分换算成湿成分。干、湿成分之间的换算关系可用下式表之：X湿=X干(100-H2O湿)/100= KX干式中：H2O湿为100米3湿煤气中所含水蒸汽的体积四、 煤气发热量煤气的发热量，是指完全燃烧一标准立方米煤气时所释放出的热量。发热量有高发热量和低发热量之分。高发热量：单位燃料完全燃烧后，将燃烧产物中的水蒸汽冷却到0的水的放出的热量也计算在内的发热量，用Q高表之。低发热量：单位燃料完全燃烧后，燃烧产物中的水蒸汽冷却到20所放出的热量，称为低发热量，用Q低表之。Q高=(30.46 CO+30.5 H2+95.3 CH4+152.5 C2H6+60 H2S)4.187千焦/米3Q低=30.46 CO+25.8 H2+85.9 CH4+143 C2H6+55.2 H2S大卡/标米3Q低=(30.46 CO+55.2 H2S) 4.187千焦/米3五、 煤气质量的要求1. 高炉煤气(1) 含尘量：应小于10毫克/标米3(2) 含湿量：为煤气中饱和水含量和机械水含量的总和。热风炉对煤气质量的要求：温度35，特殊情况40，机械水分应尽量脱除。2. 焦炉煤气由焦炉出来的煤气因含有焦油蒸汽，一般叫做荒焦炉煤气。荒焦炉煤气中含有水、焦油及其它可作化工原料的气态化合物；必须将荒焦炉煤气进行加工处理，使其中的焦油蒸汽和水蒸汽冷凝下来，并将有关的化工原料回收，净化然后才送入煤气管道管网作燃料使用。这时的焦炉气就清洁了。3. 转炉煤气(1) 含尘量：应不大于本企业高炉煤气的含尘量；(2) 含氧量：要求不大于0.6%。六、 着火温度与燃烧极限1. 着火温度着火温度表示可燃混合物系统化学反应可以自动加速而达到自燃着火的最低温度。表1-2 各种可燃物质的着火温度(常压下在空气中燃烧)物质名称着火温度()物质名称着火温度()物质名称着火温度()氢(H2)510590丁烷(C4H10)430汽油390685一氧化碳(CO)610658丙烯(C3H6)455煤油250609甲烷(CH4)537750苯(C6H6)570740石油360367乙烷(C2H6)510630高炉煤气530褐煤250450乙烯(C2H4)540547发生炉煤气530煤烟400500乙炔(C2H2)335480焦炉煤气500无烟煤600700丙烷(C3H8)466天然气530焦炭700a、 自燃着火：使可燃的混合物整个容积都同时达到某一温度，超过该温度，混合物便自动地着火达到燃烧状态。这种过程叫做“自燃着火”，俗称“着火”。b、 点火燃烧：在冷的混合物中，用一个不大的点热源，在某一局部地方点火，先引起周部着火燃烧，燃后向其它地方传播，最终使整个混合物都达到着火燃烧。点火温度与点火的热源性质有关；用固体表面点火时，比表面积越小，点火温度也越高。实际常用小火把点火：是否能够点火，取决于混合物的成分，小火把与混合物接触的时间，小火把的火焰尺寸和温度等。2. 着火温度界限着火过程只有在一定的压力极限和成分极限内才能实现。在一定的压力下可使可燃物发生自燃着火的浓度范围称为着火浓度界限，最小浓度称浓度下限，最大浓度称浓度上限。如果把可燃混合物置于一容器中，或相当的管中，则由于燃烧产生高温，会使燃烧生成的气体体积膨胀，而产生爆炸其浓度范围称为爆炸浓度极限。表1-3 部分可燃气体与空气混合时爆炸浓度极限气体名称高炉煤气无烟煤发生炉煤气烟煤发生炉煤气焦炉煤气纯氧顶吹转炉煤气天然气气体在混合物中的体积含量(%)下限30.8415.4514.644.7218.224.96上限89.4984.476.8337.5983.2215.7浓度界限与混合物成分有关，还与惰性气体的含量、可燃混合物的初始温度有关。前者使界限变窄，尤其是上限变小；后者使界限变宽，特别是上限明显增大。故预热至高温的可燃混合物，就浓度而言，是更易于点火的，而且燃烧的也更完全。这就是工业中预热燃料的道理。第三节 煤气的燃烧任何一种煤气的燃烧过程，基本上都包括以下阶段：煤气与空气的混合，混合后的可燃气体的加热与着火，完成燃烧化学反应。煤空混合是一个物理过程，需要消耗一定的能量和一定时间才能完成混合后的可燃气体，只有加热到它的着火温度时才能进行燃烧反应。燃烧化学反应是一种激烈的氧化反应，反应速度非常之快，可以认为是在一瞬间完成的。因此影响煤气燃烧速度的主要矛盾不是在燃烧反应本身，而在煤气与空气的混合以及混合以后的可燃气体的加热升温速度方面。可以看出，空气和煤气的预热对提高燃烧速度和煤气的完全燃烧方面都有很大的好处。一. 煤气燃烧反应计算的一些假定为了使计算简化而又能满足工程计算精确度的要求，在燃烧计算中通常采用以下几点假定：1) 一切气体在标准状态 (0、760毫米水银柱) 下的公斤分子体积都是22.4米3。2) 当温度不超过2100，在计算中不考虑燃烧产物的热分解。3) 认为干空气中氧和氮的体积比为21：79，不考虑CO2和其他稀有气体的存在。在进行燃烧计算时，还需要两个概念：1、完全燃烧和不完全燃烧当燃料中的可燃物质都和氧进行充分的燃烧反应，即在燃烧产物中不再有可燃物质存在时，叫做完全燃烧。若燃烧产物中存在有可燃物质，即燃料中的可燃物质未能和氧充分进行燃烧反应的，叫做不完全燃烧。后者又有机械和化学不完全燃烧之分。2、空气过剩系数在燃烧过程中，实际供给的空气量(Ln)总是比理论上计算出的所需要的空气量(L0)要稍大一些，二者之比叫做空气过剩系数，即n= Ln / L0空气过剩系数的大小与燃料种类、燃料方法及燃烧装置的结构特点有关，也与操作有关。气体燃料的空气过剩系数一般在1.051.15之间。液体燃料则要大一些。二. 气体燃料的理论空气需要量及燃烧产物量1、气体燃料的理论空气需要量(L0)和实际空气消耗量(Ln)已知燃料成分的体积百分数为：CO%+H2%+CH4%+ CnHm%+H2S%+O2%+N2%+H2O%=100%其中各可燃成分的化学反应式为：CO+1/2O2=CO2H2+1/2O2= H2OCnHm +(n+m/4) O2=n CO2+m/2 H2OH2S +3/2 O2= H2O + SO2故1米3煤气完全燃烧的理论氧气需要量为：L0，O2=1/2CO+1/2 H2+(n+m/4) CnHm +3/2 H2S - O210-2标米3/标米3则1米3煤气完全燃烧的理论空气需要量为：L0 =1/0.211/2CO+1/2 H2+(n+m/4) CnHm +3/2 H2S - O210-2 =4.761/2CO+1/2 H2+(n+m/4) CnHm +3/2 H2S - O210-2标米3/标米3实际空气消耗量：Ln=n L02、燃烧产物的生成量完全燃烧时，按理论所需空气量计算出的理论燃烧产物生成量为V0，按燃烧的化学反应式可得：V0 =0.01CO+H2+(n+m/2) CnHm+2H2S+CO2+N2+H2O+0.79 L0标米3/标米3理论燃烧产物生成量V0只与燃料成分有关。燃料中的可燃成分含量越高，发热量越高，则V0也越大。当空气过剩系数n1时的燃烧产物生成量称为实际燃烧产物生成量，用Vn表之。理论燃烧产物生成量V0与实际燃烧产物生成Vn之差别在于相关一部分过剩空气量，可写成：Vn=V0+(n-1)L0 标米3/标米3三. 燃烧温度燃料燃烧时燃烧产物所能达到的温度叫做燃烧温度。燃烧温度与燃料种类、燃料成分、燃烧条件和传热条件有关。根据能量守恒定律，燃烧过程中燃烧产物的热量收入和热量相等。列出燃烧的热平衡方程式，就可算出燃烧温度。1、属于热量收入的有：a) 燃料的化学热，即燃料的发热量Q低b) 空气带入的物理热Q空c) 燃料带入的物理热Q燃2、属于热量支出的有：a) 燃烧产物得到的物理热Q产Q产=C产Vnt产式中：C产燃烧产物的平均比热，千焦/米3 t产燃烧产物的温度，即实际温度，b) 燃烧产物传给周围介质的热量Q介c) 由于不完全燃烧损失的热量Q不d) 由于燃烧产物中某些气体在高温下热分解反应消耗的热量Q分热平衡方程式为Q低+Q空+Q燃=Vn C产t产+ Q介+Q不+Q分实际燃烧产物的温度t产为：t产= (Q低+Q空+Q燃- Q介- Q不- Q分) /VnC产若假设燃料是在绝热系统中燃烧(Q介=0)并且完全燃烧(Q不=0)，则理论燃烧温度t理t理= (Q低+Q空+Q燃- Q分) /VnC产理论燃烧温度表明某种成分的燃料在某一燃烧条件下所能达到的最高温度。从上式可以看出，空气的预热温度越高，则Q空就越大；燃气的预热温度升高，Q燃也增大，理论燃烧温度就可增高，这样有益于燃料的完全燃烧，同时可以节约燃料，提高了经济性。故在一切可以预热空气和燃气的燃烧装置上，都要求利用余热来预热空气和煤气。根据生产和实际经验，在一定条件下，实际燃烧温度和理论燃烧温度之间存在一定的关系，即：t产= t理叫炉温系数，它和炉子的温度制度及生产率的大小等因素有关。第四节 单位制及其换算一. 国际单位制的基本单位1. 长度全称：米；简称：米；单位符号：m (M兆，106)米等于光在真空中三亿分之一秒的时间间隔行程的长度。2. 质量全称：千克；简称：千克；单位符号：kg千克等于国际千克原器的质量。3. 时间全称：秒；简称：秒；单位符号：s秒是Cs-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的幅射的9192631770个周期的持续时间。4. 电流全称：安培；简称：安；单位符号：A安培是有一恒定电流，若保持在处于真空中相距1米的两无限长而截面可忽略的平行直导线内，则此两导线之间产生的力在每米长度上等于210-7牛顿。5. 热力学温度全称：开尔文；简称：开；单位符号：K (k千，103)开尔文是水的三相点热力学温度的1/273.16。6. 物质的量全称：摩尔；简称：摩；单位符号：mol1) 摩尔是一系统的物质的量，该系统中包括的基本单元数与0.012千克C-12的原子数目相等。2) 在使用摩尔时，基本单元指明，可以是原子、分子、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。7. 发光强度全称：坎德拉；简称：坎；单位符号：cd坎德拉是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为5401012赫兹的单色幅射，且在此方向上的幅射强度为1/683瓦特每球面度。二. 辅助单位1、平面角单位名称：弧度；单位符号：rad弧度是一个圆内两条半径之间的平面角，这两条半径在圆周上截取的弧长与半径相等。2、立体角单位名称：球面度；单位符号：sr球面度是一立体角，其顶点位于球心，而它在球面上所截取的面积等于球半径为边长的正方形面积。三. 国际单位制中具有专门名称的导出单位量 的 名 称单位名称单位称号其他表示式例频率赫兹HzS-1力，重力牛顿Nkgm/s2压力,压强,应力帕斯卡PaN/m2能量，功，热焦耳JNm功率，幅射通量瓦特WJ/s电荷量库仑CAs电位,电压,电动势伏特VW/A电容法拉FC/V电阻欧姆V/A摄氏温度摄氏度四. 国家选定的非国际单位制单位量的名称单位名称单位称号换算关系及说明时间分小时天(日)minhd1min=60s1h=60min=3 600s1d=24h=86 400s平面角角秒角分度(“)()()1”=(/64 800)rad1=60”=(/1 080)rad1=60=(/180)rad旋转速度转每分r/min1r/min=(1/60) S-1质量吨t1t=1 000kg摄氏温度体积L，(l)1L=1dm3=10-3m3五. 用于构成十进分倍数和分数单位的词头千k(103)、兆M(106)、吉G(109)、毫m(10-3)、微(10-6)、纳n(10-9)第五节 气体流动基础知识一. 基本参数和一些参数间的关系煤气属于流体，有流动性，也具有粘性，所以在流动中将产生摩擦力。煤气也属于气体，其体积和重度随温度和压力的不同而变化，是可压缩流体。煤气的重度和空气相接近。煤气的温度、压力、体积、比容、重度等这些参数物理量，决定了煤气所处的状态。为了研究煤气在静止和流动时的规律，首先必须确定这些物理参数。1. 温度从宏观上讲，它反映物体的冷热程度；从微观上讲，它与分子的热运动密切相关。目前，国际上通用的温度为热力学用“T”表示，单位是“开尔文”简称(K)。与热力学温度同时使用的还有摄氏温度，用符号“t”表示，单位是“摄氏度”简称()。1K的大小为水的三相点热力学温度的1/273.16。摄氏温度标定是以水的冰点是一个参考点作为0，相当于热力学温度的273.15(可以看出水的三相点温度高于水的冰点0.01)。T=273.15+t，K2. 体积气体的体积是指气体分子所能达到的空间，而不是指气体分子本身体积的总和，一般用“V”。国际单位为立方米 (m3)。3. 压力单位面积上所受到的垂直作用力称为压强，工程上常称为压力。压力用“p”表示，压力的国际单位为帕斯卡(Pa)，1帕是1平方米面积上受到1牛顿的压力，即1Pa=1N/m2。有时也用标准大气压(atm)、工程大气压(at)、毫米汞柱(mmHg)、毫米水柱(mmH2O)等来表示，它们之间的换算关系为：1 atm =760 mmHg =10332 mmH2O(10mH2O) =1.0332 at =1.01325bar(巴) =101325Pa=1kgf/cm2压力表所显示的读数，并非表内压力的实际值，而是表内压力比表外大气压高出的值。若表内、外压力相等，则压力表的读数为零。压力的实际数值称为绝对压力，从压力表上读出的数值称为表压力，两者的关系为：表压力=绝对压力-大气的压力重力加速度的规律是在赤道附近最小，约9.8m/s2，而在两极最大，约 10m/s2。水(H2O)的密度4时为1103kg/m3。水银(Hg)的密度时为13.6103kg/m3。铁(Fe)的密度时为7.85103kg/m3。空气的密度为1.293kg/Nm3。4. 气体的体积、压力和温度之间的关系压强和温度变化时，气体体积的变化较显著，其变化规律服从热力学定律。1) 气体的体积与温度的关系：在一定压力条件下，气体的体积与气体的绝对温度成正比，即V0/T0=V1/T1=V2 /T2。也就是压力不变时，气体体积随温度的升高而增大。2) 气体的体积与压力的关系：在温度一定时，气体的体积与气体的绝对压力成反比，即P0V0 = P1V1=P2V2。也就是温度一定时，气体体积随气体所受压力增大而减小。3) 气体的压力与温度的关系：当气体的体积不变时，气体的压力与气体的绝对温度成正比，即P0/T0=P1/T1=P2 /T2。也就是气体的体积一定时，气体的绝对压力随气体的绝对温度的升高而升高。4) 理想气体状态方程气体的温度、压力、体积之间存在如下关系：PV/T=GR=C(常数) 或 P /T=R式中：P气体的绝对压力(1标准大气压+表压力)，PaV气体体积，m3T热力学温度(273+摄氏温度，)，KG气体的质量，kg气体的密度，kg/m3R通用气体常数，MR=8314.3，J/(kmolK)M气体分子量。5) 混合气体混合气体的压力等于混合气体所含的各种气体的分压之和。混合气体重量成分：每种气体的重量与总重之比。混合气体体积成分：每种气体分容积与总容积之比。混合气体的折合分子量：各种气体的分子量和它们的容积成分的乘积之和。混合气体的密度：各种气体的密度和它们的容积成分的乘积之和。混合气体的重量热容：混合气体所含的各种气体的重量热容和它们的重量成分的乘积之和。混合气体的容积热容：使1标米3气体温度升高1所需的热量，混合气体的容积热容等于组成混合气体所含的各种气体的容积热容和它们的容积成分的乘积之和。二. 流体在静止状态下的基本规律1. 流体的静力平衡静止流体内部任意一点的压力，称为该点处的流体静压力。流体静压力有三个重要特性：1) 流体静压力的方向与作用面垂直。2) 从各方向作用于某一点上的流体静压力相等。3) 同一水平面各点的流体静压力都相等。但在不同的水平面上，静压力不相等；即流体静压力随位置高低而变。2. 流体静力学平衡方程式在垂直方向上，流体受到三个作用力：向上作用于底面的总压力P1=P1A向下作用于顶面的总压力P2=P2A向下的流体柱重量G=Ah气体静止时，各力平衡，则有P1A - P2A - Ah=0P1= P2+h= P2+gh N/m3也可以写成：P1= P2+(Z2-Z1)P2+Z2= P1+Z1=常数方程式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体的重度有关，所在位置越低，则压力越大。在静止流体中，任意点的Z和P/值之和为常数。3. 重度小于大气的气体中压力的分布规律P1+Z1=P2+Z2P01+0Z1=P02+0Z2(大气)两式相减得(P1-P01)+ (-0)Z1 =(P2-P02)+ (-0)Z2P1+ (-0)Z1 =P2+ (-0)Z2即P+ (-0)Z=常数三. 流体流动的基本规律1. 流体运动的连续性方程煤气在管内的流动可看成是轴向的稳定流动，质量流量不变，即m1=m2=m1A1C1=2A2C2=AC对于温度和压力变化均不大的稳定流动的低压气体，可认为流动过程中密度不变，则A1C1= A2C2或V1=V2从上式可以看出，在不可压缩流体的稳定流动中，流动断面大则流体流速小，流动断面小则流体流速大。2. 稳定流动的柏努利方程第二章 转炉煤气的回收使用工艺第一节 转炉煤气的产生与利用价值一. 转炉煤气的产生氧气顶吹转炉，是1952年由奥地利首先试验成功的，它是一种用纯氧顶吹的方法进行炼钢的。转炉煤气是由氧气同铁水中的碳、硫、磷、硅、锰和钒元素氧化生成的炉气和炉尘组成。炉气中CO来自于氧化亚铁与溶于生铁中的碳进行反应的结果。冶炼过程中其化学反应式为 ：(FeO)+C=Fe+CO2C+O22CO2C+2O22CO22CO+O22CO2根据测算煤气回收量为7580m3/t（吨钢回收量）冶炼前期铁水的硅、锰、磷等元素，先同氧反应成为渣浮在液面，在温度增加的同时，碳氧反应也逐渐激烈，煤气中的CO含量也逐渐上升到可以进行回收的水平，这个过程一般进行2分钟。冶炼中期脱碳速度达到某一值后，基本上不再升高，稳定在这一水平上。同时CO含量也较高，在转炉内可高达80%以上，这一过程维持810分钟，我们回收的重点也就是这一时期。冶炼后期碳氧反应使铁水中的含碳量不断下降，这样脱碳速度迅速下降，同样转炉烟气中的CO含量也很快降下来，这一过程为2分钟。需要指出的是，除了铁水含碳量是个主要因素外，影响脱碳速度的因素尚有：氧气压力、氧气流量、氧枪的高度、熔池温度、化渣情况等等。转炉冶炼过程中排出大量红棕色的浓烟，主要是由于炉尘中含有大量铁氧化物造成的。由于冶炼时采用含氧纯度99.9%以上的氧气对炉中的铁水中的碳等元素进行反应，这是一种非常激烈的化学放热反应，反应过程中会产生大量的烟气。综合一下转炉烟气，主要有以下特点：（1）烟气温度高，达14001600oC。（2）烟气中尘粒，粒径845m。（3）尘粒含铁5060%，含量每吨钢1825kg。（4）烟气中含CO高达3585%，可以做燃料，这就是转炉煤气。二. 转炉煤气的特点：1、转炉煤气的特点：（1）转炉煤气主要成份有：CO：3585%、H2：1.52%、O2：0.40.8%、CO2：1525%、N2：1622%。（2）无色、无味、剧毒、易燃、易爆。（3）由于含CO高达90%，是理想的工业原料。热值：60008000 kJ/m3左右。2、转炉煤气热值简易计算：Q=12,644CO% +10,760H2%，kJ/m3煤气的CO含量/%热值/kJm-3热值/kcalm-3304008.44950405272.851250506483.251550607747.671850说明：回收浓度越高，燃烧值越大，对生产越有利。三. 我厂转炉煤气经济价值和环保价值分析1、转炉煤气经济价值转炉煤气经济价值极高，也是钢铁企业不可少的二次能源，简单分析如下：（1）以我厂转炉煤气站2006年4月份回收量计算：共回收煤气1555.58万米3，厂内结算价0.09元/米3，折合140万元。按CO热值约140016004.18千焦/米3（以1450千卡计），标煤：7000千卡/千克，吨煤：1132元。得：15555800米31450千卡7000千卡/千克=3222.27吨3222.27吨1132元/吨=364.76万元如果每个月都这样回收：364.7612月=4377.12万元/年并网量为1037.1万米3，年创效益2918.22万元。（2）“负能”炼钢：炼钢工序能耗的多少是衡量一个企业工艺水平、技术装备水平、人员素质的关健。工序能耗简单地说炼一吨钢需要耗去，折合成标准煤多少公斤的能源；炼一吨钢回收的能量与消耗的能量平衡叫“零能”炼钢；消耗的少，回收的多，叫“负能”炼钢。2、煤气回收环保价值（1）减少扬尘，提高煤气回收量与环境保护的关系是十分明显的，煤气一般含尘量都在100mg/m3左右，每立方米煤气100mg粉尘放散到大气中，则造成大量的粉尘污染。（2）减少中毒，煤气中含CO：3585%，CO是剧毒气体，人吸入0.64%浓度的CO，12分钟，就会头痛，510分钟就会立即死亡，可见CO的剧毒性是显而易见的。我厂从1979年转炉煤气投产以来，前22年即已回收了2亿多米3的煤气，相当于几万吨的标煤，价值近两千万元的综合利用收入。同时也减少了近2亿立方米的含尘、有毒气体排入大气，污染环境。自棒材厂蓄热式加热炉改造以来，改用我厂转炉煤气，并网量上升迅速，同时总回收量迅速上升。以2006年4月回收量计算，每年回收量即近2亿米3，创造的效益约是前22年的总和。3、怎样回收高质量的煤气为什么我们回收煤气要与炉前紧密配合？主要是多收，收好煤气。CO浓度除取决于铁水中含碳量外，还与下列情况有关：烟罩距炉口距离越大，CO含量越低。炉口微差压控制有关，正压下，不使炉气大量外溢或大量吸入空气CO含量较高。回收时间长短有关，有效回收时间约10分钟左右，时间过长CO含量降低。与回收/放空三通切换阀、水封逆止阀启闭时间有关。煤气吨钢回收量=月回收煤气总量/月钢总产量煤气的回收率=回收炉数/冶炼炉数100%第二节 转炉煤气回收工艺流程一、 工艺流程：我司转炉煤气处理方法，采用“未燃法”，“未燃法”是借助安装在转炉顶部能够上下活动的罩裙和炉口微差压装置来控制，吹炼初期抽入一定比例空气，同时转炉煤气燃烧后产生安全烟气（我厂设置吹炼5min后允许回收）清扫烟道以消除不安全因素，而在吹炼中期控制使空气（00.15）既不侵入转炉烟气、烟气又不外溢，并进行冷却、除尘回收的方法。1、典型的“OG法”工艺流程：“OG法”转炉煤气回收系统全称为“转炉煤气二文一塔、湿法、高压冷却除尘回收系统”。一塔是指喷淋塔。湿法即在冷却除尘的过程中以水作为冷却体和染尘体。高压指系统的阻力损失较大。我司“OG法”工艺流程为：转炉烟气大裙边排管式活动烟罩管式汽化冷却烟道一级内喷溢流式定径文氏管(简称一文)重力脱水器二级可调喉口文氏管(简称二文)90弯头脱水器湿旋脱水器（也称复挡脱水器）AI850除尘风机气动三通双联蝶阀（经烟囱放散）水封逆止阀V形水封(逆止大水封)柜前安全逆止水封（含气柜自动/手动放散装置）50000米3煤气贮柜柜后安全逆止水封煤气加压机机前水封AIM400煤气加压机加压机机后水封防爆水封用户泄爆水封(故障时用)2、说明：约14001500的高温烟气通过活动烟罩、汽化冷却烟道冷却至9001000，进入一文进行熄火粗除尘，再到二文进行精除尘，弯头脱水器、复挡脱水器汽水分离脱水，然后由AI850风机将净化并可以利用的煤气压入煤气柜，经过加压机加压后送至用户。在生产过程中不能利用的有害烟气或多余煤气，则作为废气通过烟囱排放入大气中。二、 煤气回收系统的设备设置机理煤气回收就是收集、贮藏、分配的过程，系统设备主要由水封、煤气贮柜、煤气加压机及各种规格的煤气管道构成。1、水封煤气回收系统中设置了许多水封，各种水封的工作原理都是一样的，利用水的高度产生的压力，来切断或接通进出管道和设备，也可以说水封就相当于一只闸阀，当外界(即水封进口或出口)压力大于水封高度所产生的压力，水封击穿，相当于开关“开”的状态；当外界压力低于水封高度所产生的压力，水封自动封住进出口，相当于开关“关”的状态。用水封而不用闸阀的原因有：安全无泄漏，再好的闸阀也难免产生泄漏，容易造成各种安全事故；可靠性强，只要保持一定的水位和一定的补给水，水封随外界压力变化自动接通或关闭进出口管道，不需专人管理调节；维修工作量小，只要定时排污以防水封积淤，运行期间基本上不需要维修。根据安装地点和内部结构尺寸的变化，各水封起作用略有变化：大水封(4#炉)：煤气经除尘冷却后，经风机通过三通阀及机后管道，送至大水封，它起连接三通阀和低压煤气管道的作用。阻损基本上等于水封高度100150mm水柱。逆止水封阀(1#3#炉及100t转炉)：停炉时水封高度400mm，回收时水封400mm。V型水封：V型水封与其他比较，它制水封高度的溢流管在外，便于维修检查，其煤气阻损相对地小些。柜前进口水封：大水封过来的煤气由煤气进口水封送进煤气柜，运行中进口水封高度为100mm水柱，碰到事故或计划停止回收或超最大高度或煤气成份不合格，需要放散时，进口水封就要封到800mm水柱以上，煤气将不会由进口管道倒灌入进气总管中去。进口水封进、出口管之间由一高度为1200mm，厚度为8mm的钢板隔开。隔板的主要作用有两个：防止煤气回收时的冲击力和由此力冲击形成的水珠进入气柜；脱水和进一步除尘。由于煤气管道较长，煤气温度变化和气候影响，煤气管道有一定的伸缩性，在大水封到进口水封之间装有软接头，在进口水封进气柜前，考虑到地表沉陷引起的管道位移，故设立了活络水封。煤气总管间隔30米设一支架，在各段至高点和孔区设放散管，主要为大中修时清扫煤气管道之用，每隔50100米，在管道最低点设一脱水器，也就是小水封。主要是由于经大水封过来的煤气含水量高，煤气管道较长，且在室外，冷凝过程中析出水份需排放。出口水封：出口水封与进口水封一样，当供气系统发生故障或存气量下降接近6000米3，先通知用户停气，再停加压机，气柜出口水封器封到800mm水柱。加压机进出口水封加压机进出口水封基本结构同气柜进出水封相同，即保证风机同管道相通，又独立。水封式回火防止器水封式回火防止器由防爆水封及爆炸泄压水封两部分组成。A、防爆水封属密闭水封：由加压机出口水封送往用户煤气必须有10001200mm水柱（约1012kPa）的压力，由用户总管输往各用户水封，各用户水封再送往各用气点。B、泄爆水封属敞开水封：用户总管在近防爆水封出口处首先旁通进入爆炸浅压水封，进口管的水封高度维持在一定高度，其顶部另设一开口通往大气。正常情况下，由于浅压水封高度是用以防止中压煤气(10001200mm水柱)的逸出；当回火爆炸发生时，用户总管压力骤然上升，首先击穿浅压水封，热气由敞开的水封内泄出；另热气回收密闭水封使水位下降，同时使进气管道内水位上升阻止热气或火焰进入进气管。2、五万立方米威金斯气柜（后有详述）3、AIM400煤气加压机回收系统设备设有2台AIM400离心风机，出口压力控制在812.5kPa，风量为400m3 /min，电动机功率为220kW。4、各水封在生产中和停用时的标准高度：(单位：mmH2O)水封名称使用高度停用高度机后逆止水封400400V型水封12002500柜前进口水封2501400柜后出口水封2501000加压机进口水封排空1000加压机出口水封排空1800防爆水封4002400泄爆水封12501250疏水器水封溢流视情况而定气柜排水器溢流封满三、 煤气回收系统设备的操作各水封的操作回收煤气时，要求各水封“通”时，水封高度封100mm水柱，要求“断”时封足水封高度。运行中的水封应该进水常流，溢流正常。每八小时进行一次水封排污，排污前后要有足够的水位高度，排完后再将水位封到规定的高度，以免煤气泄漏中毒。用户用气准备工作用蒸汽分段吹扫回收管道和用户管道，一般分段方法为：逆止水封柜前进口水封柜后出口水封加压机进出口水封防爆水封用户吹扫顺序为：关闭各段两端水封或闸阀后，打开管道上所有放散阀，接通蒸汽(氮气)进行吹扫，取样化验直至O2 含量小于2%。煤气柜大修进柜前的准备工作打开加压机进口人孔，关闭加压机进出口蝶阀，打开进出口煤气管道短接管，利用加压机直接向煤气柜鼓入空气。第三章 煤气加压机第一节 煤气加压机原理钢铁企业中的煤气用户，对煤气压力都有一定的要求，同时煤气在管网中输送，也有阻力损失，要引起压力降低；而煤气气源的压力一般都不高，根据用户需要煤气种类不同，需要设立煤气加压站，以保证用户对煤气压力的要求及管道压力的稳定。煤气加压站使用的煤气压缩机，一般为离心式鼓风机，少数使用罗茨鼓风机。一、 离心鼓风机1、 分类按排气压力分：可分为通风机、鼓风机和压气机。通风机：产生压力在1000mmH2O以下；鼓风机：产生压力在1000mmH2O3atm；压气机：产生压力在3atm以上。按压缩介质分，可分为空气、氮气、氧气、煤气等等压缩机。按吸气口的布置分，又可分为单吸式或比吸式。按工作轮的安装形式，又可分为悬臂式和中间式。按级来分，又可分为单级和多级。2、 结构：由吸气管(室)、工作轮(叶轮)、机壳(蜗壳)、密封装置、轴承座及轴瓦、齿轮传动装置、油路系统及冷却装置、联轴器等8个部分组成。在加压机入口管道上装有收缩管，使煤气的速度分布均匀，减少压力降；在加压机的出管处装设一个扩散管，使速度头(动能)变为压力。3、 工作原理：当电动机带动转子高速旋转时，工作轮内的气体由于离心