高炉煤气柜建设初步分析

目 录

一、现 状........................................................... 2

二、高炉煤气柜建设的必要性.......................................... 2

1、节能减排，提高经济效益。 ..................................... 2

2、稳定管网压力，改善炉窑热工制度。 ............................. 2

3、降低目前煤气管网运行安全隐患 ................................. 3

4、实施焦炉改烧高炉煤气等技改的需要 ............................. 3

三、高炉煤气柜容量的选择............................................ 3

1、计算方法一：按当前高炉煤气平衡利用状态考虑 ................... 3

2、计算方法二：按焦炉改烧高炉煤气后状态考虑 ..................... 5

四、高炉煤气柜类型的选择............................................ 5

五、高炉煤气柜建设地址选择.......................................... 6

1、径高比 ....................................................... 6

2、与主管网的布局 ............................................... 6

3、地址选择 ..................................................... 6

七、改造方案....................................... 错误！未定义书签。

八、效 益........................................................... 7

1、经济效益 ..................................................... 7

2、社会效益 ..................................................... 8

九、结论............................................................ 9

附件一：国内钢企近几年高炉煤气柜建设情况............................ 9

附件二：POC 型干式煤气柜的技术特点： ............................... 10

附件三：中冶赛迪总包或承建的业绩：................................. 11

一、现 状

目前某钢铁公司现有3座450m 3高炉，高炉煤气发生量约42万m 3左右。煤气用户主要有炼铁热风炉、3×52m 2烧结机，2×10m 2竖炉，800mm 热轧带钢2座蓄热式加热炉，炼钢2座600吨混铁炉及蓄热式烤包器，以及用高焦混合煤气的2座75吨发电锅炉、60万吨细粉生产线热风炉和10万吨钢管生产线退火炉。2010年1-9月份高炉煤气放散率达3.55%。

由于公司高炉煤气管网上没有煤气柜，造成高炉煤气管网压力波动大，混合煤气热值不稳定；在高炉短时减风或停风时，高炉煤气用户只能减产或保温；在高炉煤气用户停产或检修时，造成高炉煤气过剩，多余的高炉煤气无法储存，不得不放散，浪费了宝贵的二次能源。

二、高炉煤气柜建设的必要性

1、节能减排，提高经济效益。

建设煤气柜，主要是利用煤气柜可以及时吞吐煤气的特点，回收企业内部因生产不均衡性所造成的瞬时煤气放散量，可以有效吞吐缓冲锅炉难以适应的频繁波动量，起到以余补欠，减少放散的作用。高炉煤气柜建成后，按高炉煤气放散减少3%计算，折合发电量为： 420000×3%÷5×8000=2016万Kwh ，外购电量按0.5元/Kwh计算，则年减少外购电费用为1008万元。

2、稳定管网压力，改善炉窑热工制度。

利用煤气柜调节煤气管网压力，稳压效果好，可以大大改善煤气质量，使加入炉热工稳定，提高加热炉煤气利用效率，改善产品质量。

同时为焦化改烧高焦混合煤气创造条件。

应当说明的是，由于煤气柜受到容积的限制，不可能做得很大，因而不能适应波动幅度过大，延续时间长的气量波动，所以高炉煤气柜需要和其他缓冲用户配合方能发挥调节与降低放散的目的。

3、降低目前煤气管网运行安全隐患

当前管网压力的大幅波动，加之现有2个放散系统调控的滞后，主管压力过低时，用户无法正常组织均衡生产，特别是在断电事故发生时操作不当可能造成的炉、机、窑等回火爆炸的危险；主管压力过高时，导致高炉煤气系统发生水封击穿、甚至大量泄漏煤气、中毒、着火、爆炸等安全生产事故等潜在风险加大。

4、实施焦炉改烧高炉煤气等技改的需要

尽管规定外网高炉煤气压力波动范围12～15kPa ，但是，由于无煤气柜、高炉小、用户使用不均衡、放散人工调节滞后等诸多原因，实际最大波动范围达10～30kPa ，因此，为稳妥推进并实施焦炉改烧高炉煤气，需要进行工艺完善，实现供应焦炉的高炉煤气节点压力稳定在5～7kPa ，保证焦炉所需高炉煤气压力稳定以及焦炉加热制度的稳定。

三、高炉煤气柜容量的选择

1、计算方法一：按当前高炉煤气平衡利用状态考虑

（1）高炉突然休风的安全容量

当1座高炉突然休风，煤气发生量急剧减少，发电锅炉减负荷或其他煤气用户停用煤气需要一定的时间，在此时间内需继续供给高炉

煤气，所需煤气平时储存于柜内，这部分柜容计算如下：

70000m 3/h×40分钟÷60分钟=47000m3

注：（1）1座高炉外供煤气量按70000m 3/h计算；

（2）发电及其它用户减负荷按40分钟计算。

（2）煤气波动调节容量

正常生产情况下，煤气发生和使用不断变化，常造成煤气供需不平衡，煤气柜调节这种不平衡所需的容量为:

高炉热风炉波动量为：25000 m3/h；炼钢波动量为8000m 3/h；二轧两座加热炉生产时波动量为27000 m 3/h；混合煤气用户波动量为10000 m 3/h。上述波动量之和为：70000 m3

（3）突然发生过剩的煤气安全容量

在煤气发生量突然增多，煤气柜不可能完全吸收的情况下，需要打开煤气放散塔进行放散，由于打开放散塔有滞后时间，在这个时间内，过剩煤气需要贮存于煤气柜内，这部分过剩安全容量为：

75000 m3/h×10分钟÷60分钟=12500m3

注：（1）按公司高炉煤气最大用户二轧突然停产时计算；

（2）操作放散塔滞后时间按10分钟计算。

（4）煤气柜安全容量

为使煤气柜在生产中安全运行，活塞不允许升至最高点或降到最低点，以免因碰撞而损坏，为此应留有上下限安全容量，此部分按10%的余量考虑。

通过以上四方面，确定高炉煤气柜容为：

（47000+70000+12500）×1.1=142450 m3

因此建议建设容量为15万m 3高炉煤气柜

2、计算方法二：按焦炉改烧高炉煤气后状态考虑

与计算方法一中不同的是煤气波动调节容量：

高炉热风炉波动量为：25000 m3/h；二轧两座加热炉生产时波动量为27000 m3/h；混合煤气用户波动量为6000 m3/h。上述波动量之和为：58000 m3

高炉煤气柜柜容为：

（47000+58000+12500）×1.1=129250 m3

3、柜容最终选择：

根据以上两种状态计算方法，建议建设15万m 3高炉煤气柜。

四、高炉煤气柜类型的选择

根据煤气柜的密封方式不同分为干式煤气柜（如转炉煤气柜）和湿式煤气柜（如焦炉煤气柜），湿式煤气柜因其基础要求高、耐腐蚀性差、运行安全性不足、使用寿命短、维护困难、能耗高等相对明显的缺点，而早已被国内外冶金同行淘汰。因此应选择建设干式煤气柜。

干式煤气柜分为：稀油密封式（MAN 型）、干油密封式（klonne 型）、布帘式煤气柜（wiggins 型）以及近几年出现的POC 型煤气柜。干式煤气柜被广泛应用于冶金、石化、市政等领域的，国内上世纪八十年代开始逐步引进国外技术或设备。 klonne 型干式煤气柜具有较高储气压力和较快的活塞运行速度，但密封效果差，在宝钢引进后国内就没有应用。wiggins 型干式煤气

柜储气压力一般较低，压力波动较大，最大柜体容积小于其它型式干式柜，其应用范围受到限制。改进后的MAN 型干式煤气柜储气压力较高，密封效果较好，压力波动较小，柜容也可以建造得较大，但仍存在密封机构寿命较短，活塞运行速度较低，活塞油沟密封油下泄快等缺点。

新型(POC)干式高炉煤气柜(简称新型柜) 集曼型(MAN)煤气柜的稀油密封优点和可隆(Klonne)煤气柜的结构优点于一身, 具有外形美观、储气压力高、密封性能好、重量轻、钢结构造价低、制造工艺简单、储气压力高、密封性能好和使用寿命长(新型柜的密封橡胶使用寿命为12～15年, 而曼型柜的钢制滑块使用寿命仅4～5年) 等优点，是曼型柜与可隆柜的换代产品, 代表了当今国内专业的先进技术水平。

国内钢企采用POC 型的较多。我公司建设何种类型煤气柜需要进行详细调研。(附：近几年国内建设高炉煤气柜情况)

五、高炉煤气柜建设地址选择

1、径高比

高炉煤气柜径高比一般在1.4-1.7左右，建设15万m 3干式高炉煤气柜，初步估算直径为53m 、高度为90m 左右。

2、与主管网的布局

高炉煤气柜与主管网的布局主要有两种方式：布置在煤气发生区域与厂区主管连接；布置在煤气用户区域与区域干管连接。

3、地址选择

综合考虑以上两点，根据我公司平面布局和空间安全因素，高炉煤气发生区域附近已无址可选，建议在煤气使用区域选择空阔场地建设。

六、投资估算：

包括土建工程（基础、施工）、煤气柜本体钢结构、安装、调试等，以及煤气管道及附属设施（按煤气柜进、出口管道直径DN1800考虑，同时考虑站区内、外管道支架、基础、排水器、补偿器、蝶阀、眼镜阀、计量与检测仪表、吹扫用氮气、生产生活用水、保温采暖伴热用蒸汽）等投资，新修道路及站区围墙、地坪、绿化等投资。合计约6000万元

七、效 益

1、高炉煤气放散率降低计算

按目前煤气平衡，在正常生产的情况下，高炉煤气产生放撒的主要是由于炼铁热风炉倒炉和二轧厂待料、换辊等原因造成煤气使用不均衡而产生的放散。根据生产实际统计，每小时内高炉热风炉倒炉为2-3次，将有10-15分钟的时间造成煤气过剩约8000m3。二轧每天按2小时待料时间计算，约产生8万m3的煤气放散；此外，考虑二轧换辊、故障时间将产生煤气放散9000 m3/h。

综合以上因素，新建高炉煤气柜正常运行时柜容保持在中位，可以充分吸收并贮存热风炉、加热炉等瞬时过剩的煤气，同时配合发电缓冲调整作用，预计高炉煤气放散量降至50000m3/天，高炉煤气放散率将降至0.5%。因此，煤气柜建成后，按2010年1-11月份，高

炉煤气放散率为3.61%，放散率降低3%。

2、高炉煤气放散降低折合发电量效益为：

年折合发电量=420000×3 %÷5×8000=2016×104（kW·h）

外购电量按0.475元/ kW·h 计算，则年减少外购电的费用： 2016×104kW·h×0. 475元/ kW·h =957.6×104元。

3、煤气柜运行成本

主要考虑人工费用、检修维护费用（含年修）、能源介质消耗费用。

（1）人工费用

按4班、每班3人、1人值长、合计13人，人均月用工费用（含工资、奖金、保险等）2000元计算，年合计：13×2000×12＝312000（元）。

（2）检修维护费用（含人工费、备件费、材料等）

按定修每月1次，每次5000元以及年修100000元/次考虑，年合计：12×5000+100000＝160000（元）。

（3）能源介质消耗费用

按用电50kWh/h、新水1t/h、蒸汽2 t/h,以及内部成本及购入价格分别0.475元/ kWh、1.87元/t、81.50元/t计算，年合计：

（50kWh/h ×0.475元/ kWh＋1t/h ×1.87元/t）×24h/d×350d/a＋2 t/h×81.50元/t×24h/d×120d/a＝684648元。

上述三项合计：312000+160000+684648=1156648元/a。

（4）不含折旧年净效益

9576000元/a－1156648元/a=842万元/a。

八、结论

1、建议组织公司级专题论证新型（POC ）高炉煤气柜建设的可行性。

2、建议公司安排有关部门去同行企业考察，了解各类型高炉煤气柜的运行、效益、维护、检修等情况。

3、建议公司结合设计院，逐步开展项目可行性研究、初步设计、详细设计等项具体工作。

附件一：国内钢企近几年高炉煤气柜建设情况

1、天铁30万m 3高炉煤气柜：30万m 3的煤气柜是天铁2009年一个重要的节能项目，该工程自去年3月2日开始动土施工，2010年10月20日，气柜投运柜正式接收煤气。

2、华菱涟钢新区20万m ³高炉煤气柜（POC 型）：2008年8月工程开工，2009年3月12日，高炉煤气柜柜顶及密封装置等设备安装完成，下午14时，煤气柜开始浮升。建设单位：中冶宝冶建设工安分公司

3、山东莱钢30万立方米高炉煤气

4、首钢京唐公司30万立高炉煤气柜（MAN 型）：2008年6月6日10点16分，煤气柜活塞首次浮升成功。由中冶赛迪总包、云南建工集团承建。

5、秦皇岛首秦15万立高炉煤气柜(MAN型) ：已运行7年，一直没有进行大修，2010年5月由中国二冶集团负责大修12天。在检修的第4 天，发现煤气柜密封油泄漏严重，密封机构的角防护帆布磨损严重，密封滑板磨损也很严重。更换了整套密封装置，并延长工期12天。

6、柳钢15万立方米高炉煤气柜：该工程于2008年9月9日开工建设，2009年5月28日首次浮升、2009年8月8日成功落顶、落底，2009年9月28日完成联动调试。

7、巨能特钢10万立方高炉煤气柜：2008年12月24日，山东寿光巨能特钢公司10万立方米高炉煤气柜一次性顺利投运，整个投运过程持续4小时。此气柜由江苏环能建设有限公司于今年5月开工建设，11月建设完毕，气柜全高80.5米，直径45米，压力达到10KPa 。

8、沧州纵横黄骅新区16.5万m3高炉煤气柜：2008年9月15日顺利投产正式向16.5万m3高炉煤气柜送气，截止到9月19日01时，达到储存煤气10万m3的使用要求。煤气柜高91米，直径53米，为正24边型煤气柜，有效容积16.5万m3。中钢设备有限公司负责从工艺设计、设备设计、设备制造、土建施工、设备安装调试，到最终投入商业运行、交付业主使用等全部工作内容。

9、兴澄特钢30万立高炉煤气柜（POC 型）：2009年1月20日，江阴兴澄特钢30万m3稀油密封圆形高炉煤气柜顺利顶升，这标志着泽宇公司第三台稀油密封圆形煤气柜总承包建设进入倒计时，并即将在兴澄特钢担当3200m3高炉煤气回收重要角色。

10、新余钢厂20万立方米高炉煤气柜：20万m 3高炉煤气柜工程至2008年5月开工，11月份竣工

11、鞍钢30万立方米高炉煤气柜：2005年4月开工建设，2005年12月26日开始投入使用。高121米，直径64米，压力达到10Kpa 。

12、武钢15万m 3高炉煤气柜（P O C 型）:2004年10月15日武钢15万m3新型（POC ）高炉煤气柜于当日正式竣工投产。 寿命达15年以上最高储气压力可达11Kpa 。中冶赛迪承建。

13、邯钢老区30万m3煤气柜：邯钢30万立方米POC 新型稀油密封干式高炉煤气柜投资5,990万元 附件二：POC 型干式煤气柜的技术特点：

POC型干式煤气柜是集可隆型煤气柜和曼型煤气柜各自技术优点于一体的新型干式煤气柜，不同于国内以往任何类型的煤气柜，属国内首创。

POC型干式煤气柜主要由活塞、稀油密封系统和圆筒型外壳组成。其主要特点是：

◆采用了可隆型煤气柜的圆筒形结构和球面活塞结构，能承受较高压力；

◆与曼型煤气柜，采用密封橡胶代替金属滑板相比，更能适应煤气柜侧板的变化，活塞运行速度快，煤气吞吐量大，同时密封装置使用寿命长，达15年以上； ◆运用了曼型煤气柜稀油静液柱密封原理，密封性能好，安全可靠；

◆运行维护费用低。

其中，中冶赛迪（原冶金部重庆院）拥有比较成熟的新型POC 干式高炉煤气柜的设计经验，而且在武钢、太钢、攀钢、水钢等均有成功的应用。

从理论与生产实际经验看，煤气柜可以稳定来源煤气（因高炉冶炼品种变化或休、拉风、慢风操作等原因而出现煤气发生量的增、减及压力波动）并吸收或补充后部用户使用煤气不均衡（例如，高炉热风炉点、撤炉，焦炉换炉，各类用户因系统故障或检修而停、送煤气等带来的增、减量影响）造成的瞬时主管压力波动及过剩量或者不足部分；同时，以150000 m3煤气柜为例，可以保证2座高炉正常生产（另1座高炉休风或临时检修等）时至少2～3小时整个高炉煤气系统的用量以及高炉单炉生产时至少1小时的系统煤气用量。

目前，在原来10kPa 压力的基础上，已开发目前世界上尚属空白的储气压力可以达到15kPa 的新型煤气柜，以满足钢铁企业做大规模对煤气柜的储气压力要求越来越高的需要，己完成100000m 及150000m 级别（15kPa 压力）的结构分析计算、接触分析和基本设计等。 33

附件三：中冶赛迪总包或承建的业绩：

鞍钢300000立方米高炉煤气柜：2005年4月开工建设，2005年12月26日开始投入使用。高121m ，直径64m ，压力达到10kPa 。

武钢15 0000m 3高炉煤气柜（P O C 型）:2004年10月15日正式竣工投产。 寿命达15年以上最高储气压力可达11kPa 。 太钢、兴澄特钢300000m 3高炉煤气柜（POC 型），华菱涟钢新区200000m ³高炉煤气柜（POC 型）：2009年投产。