宝钢高炉煤气和转炉煤气中灰尘成分的测定与分析

1、宝钢高炉煤气和转炉煤气中灰尘成分的测定与分析张兴良(宝钢股份公司能源部,上海200941摘要:介绍了宝钢煤气(BFG、LDG系统的概况,并对煤气中所含灰尘的具体成分进行了测定,第一次就煤气灰尘的28种成分进行了较为全面详细的分析,为拓展煤气的使用提供了有效的科学依据。关键词:煤气;灰尘;成分中图分类号:TF068.24文献标识码:B文章编号:1008-0716(200501-0039-03 Measurement and Analysis of Dust Composition in BFG&LD GZHANG Xing2liang(B aosteel E nergy Departme

2、nt,Shanghai200941,ChinaAbstract:Baosteels BFG and LDG systems are introduced in this paper.Dust com position in the gas is measured,and a relatively com plete and detailed analysis of28kinds of dust in the gas has been made for the first time.It has provided scientific basis for extensive use of gas

3、.K ey Words:gas,dust,com position1前言宝钢是一个特大型钢铁联合企业,其高效的节能管理技术使其吨钢综合能耗从2001年起已连续3年达到了小于20515M J的世界钢铁业之先进水平,2004年上半年为19811M J。而其对各种副产低品位燃气(如BFG、LDG的有效回收与综合利用是其节能管理的重要内容与手段之一。为了更进一步地开发这些副产燃气的应用领域,必须对其物理化学性能有一个较为全面的了解,而对所含灰尘成分的测定与分析则是一项极其重要的基础工作。2宝钢煤气系统简介宝钢煤气的种类有高炉煤气(Blast Furnace G as、焦炉煤气(C ove Oven G

4、 as和转炉煤气(Linz Donawiz G as三种,这些气体的净化、输送、储存、加压、混合和应用组成了宝钢的整个燃气系统。下面主要就BFG和LDG两个系统的发生、净化及应用作一些简要介绍,以便对其灰尘的形成、张兴良教授级高工专家1964年生1985年毕业于同济大学现从事燃气专业电话26648202测定与分析有一个较为全面的认识。(1高炉煤气(BFG的发生、净化高炉煤气是高炉炼铁时的副产品,在高炉中的热风环境下,焦炭首先燃烧产生二氧化碳,二氧化碳接触未燃烧的焦炭还原成一氧化碳,由一氧化碳来还原铁矿石,产生的二氧化碳气体上升再次同焦炭接触一部分还原成一氧化碳,它与未还原的二氧化碳气体从高炉炉

5、顶排出,这就是高炉煤气(BFG。从高炉炉顶出来的称荒煤气,其中含有10g/m3的灰尘,荒煤气从高炉炉顶出来后,经过煤气下降管首先进入干式重力除尘器,在此除尘器中,荒煤气随煤气速度下降、方向改变,密度较大的灰尘分离沉淀,这样煤气中的灰尘可去除约60%,然后煤气再经过二级文丘里管水清洗装置,使煤气中的灰尘进一步降到10mg/m3以下,此时的BFG已是净高炉煤气,它再经过TRT(高炉煤气余压发电设备发电后进入宝钢高炉煤气主管网(BFG的设计热值为3300±200k J/m3,2002年的实际月平均热值为3189±30k J/m3,差-3.37%。(2转炉煤气(LDG的发生、净化9

6、32005年第1期宝钢技术在转炉中,铁水(含碳量为3.0%4.5%中的碳遇到喷入的纯氧发生燃烧反应,产生一氧化碳,而铁水经脱碳后成为钢(含碳量为0.03% 1.20%,这种主要成分为一氧化碳的气体由转炉排出,称为转炉煤气(LDG。由于LDG中含有大量的粉尘,必须经过净化,用户才能使用。宝钢回收、净化LDG的装置有两种:第一种是300t转炉炼钢采用的OG法,其三台转炉分别采用一套称为OG的LDG回收(兼蒸汽回收、净化装置。其主要特点是采用湿法双文煤气净化工艺,通过它LDG中含尘量除去90%以上,净化处理后进入转炉煤气柜储存,但此时的LDG含尘率仍较高(约100mg/m3,由转炉煤气柜出来进入燃气

7、加压机前,还需经电除尘器进一步除尘到10mg/m3以下,才能进入LDG主管网,供给用户使用。第二种是250t转炉炼钢采用的LT法,其二台转炉分别采用一套称为LT的LDG回收(兼蒸汽回收、净化装置,又称“干电”系统。其主要特点是采用干式电除尘器为主的除尘系统,除尘效率高并且节能,其出口的LDG含尘率已降到用户可使用的10mg/m3以下后进入煤气柜(LDG的设计热值为8360±200k J/m3,2002年的实际月平均热值为8362±150k J/m3,差+0.02%。3煤气灰尘成分的测定3.1测定的目的从上面的介绍中可以知道,热值、含尘量是BFG和LDG的两个最主要的质量指标

8、。煤气的热值目前每天均有取样分析结果,而BFG和LDG 中的含尘量除设备投运时进行过考核测定外,投产后一直没有进行过有效的测定,使得这一重要的质量指标处于一种失控的状态,尤其是灰尘成分的分析,几乎从未进行过。因此有必要对其进行一次定量化的测定,以掌握BFG、LDG中灰尘的实际成分,既提高生产运行管理水平,又为进一步开发新的使用领域作好基础准备。3.2灰尘成分测试3.2.1测试内容为了较为全面地了解BFG、LDG中的灰尘成分情况,同时减少大量的重复劳动以提高工作效率,经研究决定选取以下5点进行灰尘成分测试、分析:(1300t转炉LDG回收期间加压机前水封处(LW146;(2250t转炉LDG回收

9、期间加压机前水封处(LW1H2;(31BF出口水封处(BW001;(40#机组入口BFG水封处(BW702;(50#机组入口附近LDG水封处(LW705。3.2.2测试条件及采样方法对于气体灰尘的测试工作,做得较多的是锅炉烟气的测试。BFG、LDG的理化特性不同于常规的锅炉烟气,二者的工作状态和测试条件的不同可以归纳为表1。表1BFG、LDG与锅炉烟气的区别T able1Differences between BFG,LDG and boiler sm okeBFG、LDG锅炉烟气工作状态正压(80180kPa负压(0.1kPa气体性质有毒、有害、易燃、易爆无毒、不易燃、不易爆、窒息含水性质既

10、有机械水,又有饱和水不含水分灰尘含量灰尘含量很小灰尘含量很大采样口开设困难容易测试时间长时间、大容量测量短时间、小容量测量以上的这些情况,都增大了BFG、LDG灰尘采样的难度。鉴于此,本测试工作利用现有管道上的燃气成分分析取样装置作为采样点,进行灰尘和气体的采样,同时对原有的专门针对锅炉排烟灰尘测试的等速采样装置进行针对性的改造。改造内容主要是扩大采样管道的直径,这样可以有效地减少灰尘的壁面附着损失,其次将整个灰尘收集器前的管道改为等直径管道,这样可以在很大程度上避免因节流效应而产生的煤气含水的凝结,防止多数灰尘溶水的沿程损失(这种现象在原有细管道、高流速的条件下是较为严重的,这样改造后的装置

11、可以进行长达数小时、采样气体总体积可达数立方米的实验测试(原实验装置,一般只能进行短时间、小体积的采样,如果要进行大体积采样,同时又要避免节流效应,那么采样的时间将会达到难以承受的程度根据上面的分析,本研究测试采用图1的测试装置。在上述测试装置中,灰尘收集器前的采样管直径达到2.5cm,远远大于等速采样所能达到的最大直径。并且,除阀门外,整个管路设计为等直径,大大地减小了节流效应,而在等速采样中,这是做不到的。灰尘收集器采用纸制滤桶,在较低04宝钢技术2005年第1期的流动速度下,能够保证90%以上的收集效果。(大直径采样管能够实现大的体积流量和小的流动速度。在排气进入真空泵前,分别加入了滤尘

12、和除湿的保护装置。其后,分别装配了累计流量计和浮子流量计,用于对总采样体积的记录和瞬时流量的监视。气体从真空泵排出后,经过碱吸收液,对煤气内的S O 2和H 2S 微量气体进行吸收。在吸收液内加入碘指示剂, 使吸收液呈现紫色,保证整个采样过程具有足够的吸收能力。应用该套测试装置,对前述的测试任务进行了采样。图1灰尘成分测试装置Fig.1Measuring devices for dust composition4煤气中灰尘组成成分的分析对于事先不知道成分的试样,首先要进行复杂的预处理工作,并且根据其发生原理估计到可能存在的所有成分。然后,对不同的可能存在的成分分别进行分析。即整个过程为:首先采

13、用剖析法及试凑法进行大量的对比实验,确定灰尘的主要成分;然后,根据具体的成分物种特点,进行有效的化学前处理,分别选择性地采用质原子吸收光谱分析法、等离子体发射光谱分析法、滴定法等成分鉴定法,获得灰尘中不同成分的含量。最后,分别选择性地采用滴定法测定无机元素、应用P -4010等离子体发射光谱仪测定金属元素,最终获得灰尘中不同成分的含量。以前处理、无机硅成分测定和金属化合物测定为例加以说明。前处理:称取样品0.1000g 左右(称准至0.0000g 置于微波消解罐中,用去离子水湿润,加王水12m L ,加数滴HF (56滴于微波消解炉中,消解开始,开1档1min ,转2档3min ,转至3档3m

14、in 。4档4min ,冷却至室温,然后转至25m L 容量瓶中定容,上机测定。碱溶测硅:加碳酸钠0.5g ,在Pt 坩埚中熔融4h ,冷却后用去离子水加热溶出,冷却定容于100m L ,上机测定。碱溶称样量为0.1000g 。金属化合物测定:经过前处理后的液体,应用等离子体发射光谱法测定。整个测试主要应用了MK -II 光纤控压密闭微波快速消解系统和P -4010等离子体发射光谱仪等主要测试设备。并且由有丰富经验的专业测试人员进行测试工作。最终获得了包括主要成分Fe 2O 3、CaO 、MgO 、Na 2O 等10种主要化合物的含量以及28种金属和非金属元素的含量。详见表2。表2煤气中灰尘组

15、成成分分析测试结果T able 2Measurement and analytical resultsof dust composition in the gas%成分分类BFG 试样LDG 试样主要成分M gO0.52M gO 3.61Al 2O 3 3.75Al 2O 30.62S iO 27.32S iO 20.0252K 2O 0.137P 2O 50.0584CaO 3.05K 2O 0.407T iO 2 2.72CaO 8.90Fe 2O 371.4T iO 20.0642Na 2O 7.41Fe 2O 372.91MnO 0.142Na 2O 3.45ZnO 1.33MnO 0

16、.284其它成分As 0.14As 0.492Be 0.0003B 1.10Ba 0.45Ba 1.2Cd 0.017Cd 0.0114C o <0.0005C o 0.0191Cr 0.042Cr 0.0043Cu 0.0002Cu 0.0806Ni <0.001Ni 0.0102Pb 0.18Pb 0.753Sb <0.001Sb 0.428Sn 0.0022Sn 0.628Sr 0.018Sr 0.0348Z r 0.001Zn 0.605Ag <0.0002Ag <0.001Bi <0.001Bi 0.0521M o 0.0025M o 0.251V

17、 0.001V 0.0904Se <0.005Se 0.288In <0.001In 0.156T l <0.001T l 0.302Bi <0.001Be <0.0002Ce <0.001Ce <0.01La <0.003La 0.0039W 0.052W <0.01G a <0.001G a 0.0930G e 1G e 0.202Li <0.001Li 0.0027Hg0.0003Hg0.00028(下转第64页14张兴良宝钢高炉煤气和转炉煤气中灰尘成分的测定与分析表2TM-8电控永磁吊起重钢板的层数与对应厚度的关系T a

18、ble2Relationship between layers and thicknessof steel plates lifted by the T M-8crane钢板厚度范围/mm起吊层数/层582381212>121板的磁路计算方程组(1(9,并通过实验分别验证和修正了理论方程组的正确性和准确性,为永磁磁路的计算提供了新方法。本文T M-8电控永磁吊起重多层钢板的磁路计算结果已作为宝钢宽厚板项目组引进该系统以及高效应用永磁吊的理论依据。参考文献1谢祖荣,吴明捷,周晓正等.永磁起重吸盘的设计思路.起重运输机械,2001,(7:1113.2齐凤春.永磁起重技术的发展概况.磁性材料与

19、器件,1999,30(4:5662.3丁宁,王龙山,何平.稀土起重永磁吊的设计原理.吉林工业大学自然科学学报,2001,31(1:8690.4丁宁.起重永磁吊的磁路设计程序与计算.长春大学学报, 2002,10(2:810.5邱明辉.永磁吊的磁路计算.大连铁道学院学报,1999,20(3:4 7.6邹继斌,刘宝廷,崔淑梅等.磁路与磁场.哈尔滨工业大学出版社,1998:31.7周寿增,董清飞.超强永磁体.北京:冶金工业出版社,1999:499 505.8起重机设计手册,北京:机械工业出版社,1980.编辑任燕(改稿日期:2004-08-02(上接第34页要保证输入端和输出端的速度测量是同步的,这就要求速度测量的真实性和可靠性,而激光测速仪可很好地完成这项工作。此外,激光测速仪在钢铁企业还用于优化成品剪切的长度和速度测量、用于管材制造的长度测量、用于棒材制造的长度和速度的测量、用于连铸连轧控制的长度和速度测量,在所有这些生产过程中,激光测速仪都为提高钢厂的生产率和收益提供