PDF《天然气废钢熔炼技术》

天然气废钢熔炼技术 中科院广州能源研究所节能环保技术集成中心副主任 广州好易燃能源科技有限公司总经理

1 概述 目前,很多铸造厂和轧钢厂都采用中频电磁感应熔炼炉,我国电 能的绝大多数来源于火力发电,是由煤炭转化而成的二次能源,煤电 转化的效率只有 20~30%,发电过程中存在着大量的能源浪费.

天然气熔炼炉是一种以天然气为燃料的工业炉, 属于当今世界范 围内铸铁熔化的最先进技术.在西气东送、天然气供应相对充分的今 天,研发和推广天然气冲天炉具有节省能源、保护环境、有利于我国 经济可持续发展等多方面的重大意义: ①天然气燃烧生成二氧化碳和水,燃烧尾气中不存在一氧化碳、 不包含化学潜热,天然气冲天炉燃烧效率接近 100%,该炉属于目前 节省能源的工业炉. ②天然气属于清洁能源,天然气冲天炉未经处理的尾气中,其粉 尘浓度约为 20mg/m3 (城市清洁空气中的粉尘浓度约为 10mg/m3 ) , 该炉非常有利于保护大气环境.同时,该炉熔化过程中产生的炉渣量 极少, 有利于减少工业固态废料填埋与其他处理对环境造成的不利影 响. 天然气冲天炉实际上相当于铸造行业的无焦冲天炉, 我们这里把 它叫做天然气冲天炉.

2 天然气冲天炉的结构 荣咨海 天然气冲天炉的结构见图

1 所示. 图1天然气冲天炉结构示意图 前炉 陶瓷球放在水冷的炉箅子上,达到工艺要求的高度之后,对空炉 进行预热约

45 分钟,然后将金属炉料和造渣组分加入冲天炉中. 天然气烧嘴燃烧产生的热气流通过并加热陶瓷球层, 使热陶瓷球 层过热, 以确保其上的炉料被充分预热, 炉料被熔化变成钢 (铁) 水, 当它通过陶瓷球层时与陶瓷球接触被增热,滴落在炉缸中.通过虹吸 式渣钢分离器,渣和钢被分离开. 大约

15 分钟后,第一批钢(铁)水由虹吸式出液口流入增热前 炉中,在这里采用天然气燃烧将钢(铁)水调整到所需要的温度,并 通过加入适当的合金来调整钢(铁)水的化学成分,熔炼产生的炉气 连续排出,通过位于炉子顶部的废气和空气交换器冷却,并由综合湿 法净化除尘. 天然气冲天炉,包含加料口、预热段、水冷熔化段、水冷炉栅、 天然气喷嘴、连续出铁槽、前炉等,见图 2. 2.1 炉身 加料口下缘至第一排风口之间的炉体,其内部空腔称为炉膛,其 直径决定熔化率. 2.2 炉缸 第一排风口中心线至炉底之间的炉体.炉缸的主要作用: ①保护炉底;

②汇聚钢液和炉渣使之进入前炉. 2.3 前炉 前炉由前炉体和可分离的炉盖构成.其作用: ①储存钢液;

②使钢液成分和温度均匀;

③降低钢液在炉缸中的增碳与增硫;

④分离渣钢,净化钢液. 图22.4 过桥 连接炉缸与前炉的部位,见图 3. 2.5 余热回收系统 见图 4. 图4废气余热回收系统 冲天炉产生的废气温度高达 1100℃,若直接排放及对环境造成 图3渣钢分离装置工作示意图 很大的热污染,也浪费了大量的能源.因此,要对其余热进行回收, 以降低天然气消耗,同时,对烟气灰尘进行处理. 空预器采用中科院广州能源所朱冬生教授发明的扭曲管换热器, 该换热器传热效率高,压降小,能将排烟温度降低到 150℃以下. 除尘系统采用综合湿法除尘器,主要由预湿混合机构、高效文氏 管、冲击捕尘机构、二级泡沫净化机构、高效脱水器、水循环系统、 弯头脱水器、 风机等组成. 废气经予湿混合机构进入高效文氏管, (在 管口有水膜,在喉部有水雾)使喷水水滴及水膜雾化,由冲击捕尘机 构进行一次高效除尘,再经二级泡沫净化机构进行二次充分净化、脱硫、然后,上升气体在除尘器内以较慢流速上升,水汽在重力和高效 脱水器的作用下进行汽、水分离,洁净气体由弯头脱水器最后一次脱 水由引风机排于大气. 天然气冲天炉烟气粉尘含量仅为 20mg/L,经过综合湿法除尘器 处理后,含量可以低于 5mg/l,大大低于国家排放标准.工艺流程见 图5. 图5综合湿法除尘系统工艺流程图 3.天然气冲天炉的燃料费用与其他优越性 3.1 天然气的质量标准 天然气是地下岩层中以烃为主的混合气体的统称,包括油田气、 气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等,其主要成分甲烷的体积 分数约为 93~98%,另外包含少量的乙烷、丙烷、丁烷、氢气、二氧 化碳、氮气、硫化氢等.天然气的质量标准见表 1. 表1天然气的质量标准(GB17820-99) 项目 单位 一类(民用) 二类(民用) 三类(工业用) 发热量 KJ/Nm