转炉煤气回收净化系统：抑制燃烧技术详解

转炉炼钢吹氧时，因转炉内剧烈化学反应，大量高温、富一氧化碳(CO)、含尘煤气从转炉口逸出。此时煤气温度≥950℃，称LD煤气、转炉煤气。按热值和Wobbe指数属贫煤气，按燃烧性能(尤燃烧温度)属富煤气。

早期转炉烟囱冒褐烟标志生产运行，现因回收净化系统，仅靠烟囱火炬判断。煤气成分随工艺、回收法、氧量变化，随吹炼时间变化。主成分体积分数：CO 55-60%、CO₂ 12-18%、O₂ 0.1-0.3%、余N₂。

转炉煤气处理发展历程

1952年林茨VOEST、1953年多瑙维茨OAMG首台转炉投产。早期敞口罩全燃烧后经水冷或蒸发冷却，每吨粗钢产蒸汽~300 kg、烟气~250 m³。1950s环保挑战大，转炉粉尘细(1g比表面积300-500 m²)，需除尘<100 mg/m³避免“褐烟”。湿/干法除尘并用。环保压力倒逼抑制燃烧回收技术发展。现要求高效回收煤气能量和含铁粉尘。

两大煤气处理系统

• 全/部分配燃烧系统(已淘汰)：煤气在烟道燃烧，引入空气助燃。粉尘15-20 kg/tLS，CO 7 kg/tLS。余热锅炉回收显热。烟气量大(1000-2000 Nm³/tLS)，需达标排放。
• 抑制燃烧系统(主流)：转炉口加裙降低空气渗入，抑制CO燃烧。回收CO富煤气经清洁储存作燃料。余热锅炉回收显热(10-30%总能量，0.1-0.3 GJ/tLS)，化学能(CO)回收50-70%。总能量回收率70-90%。节能0.35-1.08 GJ/tLS，每吨钢减排CO₂ 46 kg，化石燃料/电力CO₂减排~0.05 t。吹炼首尾煤气热值低不回收直接烧。优势：煤气量小(无燃烧无进风)，冷却净化系统紧凑，风机能耗低，可提高吹氧速度增产。专家系统优化收集可节约30 MJ/tCS。

抑制燃烧系统工艺流程

转炉口上方设备完成煤气冷却、净化、回收。抑制燃烧下，每吨粗钢回收70-100 m³煤气，热值1600-2000 kcal/Nm³，产蒸汽80 kg/tCS(采用蒸发冷却)。回收煤气混合焦炉煤气、高炉煤气作厂内燃料，蒸汽供真空脱气机组。

精炼周期短(~35 min/炉)，粉尘浓度极高。非燃烧型回收炉首级除尘器入口粉尘70-80 g/Nm³。通过控制喉部吸风量将CO浓度控制在爆炸极限下回收燃料。尾气处理含冷却和净化系统。

现代转炉车间多采用抑制燃烧回收燃料，煤气量50-100 Nm³/tLS，一级除尘设施尺寸显著缩小。抑制燃烧原气量小、粉尘浓度高，要求更高除尘效率。一级除尹多用文丘里洗涤器(~60%转炉车间)或干/湿电除尘(ESP)。文丘里/ESP前用挡板等去除粗颗粒。图1示意转炉煤气回收系统。

图1 转炉煤气回收系统示意图

抑制燃烧系统两大类型

• OG型：喉部与罩裙无间隙，控制闭合喉部压力。常用，运行稳定。间接冷却回收显热制蒸汽，降低煤气温度提高引风机效率。设计回收高比例潜热显热。图2示意OG系统。
• IC型(IRSID-CAFL)：喉部与罩裙有数百mm间隙(罩裙直径稍大)，控制喉口压力。

图2 OG抑制燃烧系统示意图

非燃烧型系统降低煤气温度、隔绝燃烧空气，冷却/除尘设备比燃烧型小。系统处理高CO煤气，需注意熔剂/冷却剂加料口、枪孔密封，设备周边漏风控制、煤气滞留部吹扫。

吹炼过程煤气回收控制

吹炼时大气空气在转炉口混入煤气，量由罩压力和可动裙控制。初期富氧阶段λ=1，一次煤气全燃无回收；随后富CO阶段λ<1，部分氧化生成可燃废气(CO、CO₂、N₂)；脱碳主期(吹炼中段)λ~0.1最小，最大量回收；末期λ=1全燃无回收。

抑制燃烧系统结构紧凑、灵活适应现场。罩压力控制防煤气外逸及控制λ。系统处理爆炸性CO煤气，安全运行关键。需高能效回收潜热显热。

煤气冷却

CO富煤气先在转炉罩间接冷却(循环水或蒸发冷却ECS)，从1600-1700℃降至~900℃。ECS回收部分显热制低压蒸汽。冷却至900℃防湿法净化时生成水煤气(CO+H₂，剧烈爆炸)。

煤气净化

需高除尘性能。湿/干法均用。>90%世界除尘系统用湿法，达<50 mg/Nm³。湿法：文丘里洗涤→雾滴分离器→煤气柜→ESP精净→引风机烟囱火炬。湿法产生浆液经水封罐、溜槽、碗式分级机→浓缩池加絮凝剂→溢流冷却循环、底泥真空/压滤→烧结利用。

干法ESP可达<15 mg/Nm³。干法：废热锅炉冷却→蒸发室分离粗尘→ESP除细尘。表1对比湿干法。

干法因低能耗、高效率、煤气质量好、粉尘经济回收，前景良好。