本实用新型属于高炉炉顶均压煤气回收技术。
背景技术：
高炉煤气是钢铁企业重要的二次能源，在高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气的“三气”二次能源总量中，高炉煤气占比超过60％，是钢铁厂降低工序能耗的关键环节。高炉煤气的发热量大约为3,350～3,770Kg/m3，热值较高，是较为优质的气体燃料，可以在钢铁企业的燃料平衡中起到重要作用，提高高炉煤气回收量，不仅能有效降低高炉工序生产成本，而且能极大降低钢铁厂污染物排放总量，实现清洁生产。
高炉炼铁是涉及焦炭消耗的大户，同时也是产生煤气的大户，高炉煤气的回收具有很好的经济价值，同时因为减少了污染排放而具有良好的社会效益。高炉炉顶均压煤气排放的煤气量，每次排放量不大，但每天排放次数较多，均压放散过程排入大气的煤气量约为10～20m3/吨铁，按2016年全国高炉生产生铁约7亿吨计算，放散排放量约为70～140亿m3，总的排放量很可观，总量变化会产生质量的变化，这也是为什么随着工业规模的扩大，区域环境迅速变坏的重要因素之一，高炉煤气的CO含量约23～24％、CO2含量约16～23，这些有害气体的排放会对大气造成严重污染，会危害人类健康，同时也白白浪费了能源。因此，在国内雾霾频发、能源紧缺的情况下，对治理这个污染源的高炉炉顶均压煤气全回收技术的研发和推广是迫在眉睫的事情。
国外的高炉炉顶均压煤气回收研究起始于上世纪七十年代，并在七八十年代在工业中得到了应用，收到了较好的效果；国内在上世纪九十年代开始了高炉炉顶均压煤气回收的研究，延续的是国外的思路，特别是近些年来研究开发的项目较多，工业上也有应用的实绩。但目前国内外高炉炉顶均压煤气回收技术存在煤气回收率低、对高炉净煤气回收管网的干扰较大、难以实现煤气回收周期短的要求、运行费用高、功能不强故而顾此失彼等不足，特别是不能实现高炉炉顶均压煤气的全回收，因而影响了高炉炉顶均压煤气回收技术的广泛应用。
目前高炉炉顶均压煤气回收系统大体分为三种类型：自然回收、自然回收+强制回收、部分回收。自然回收是利用排料后均压料罐中的气体压力经除尘器及炉顶煤气回收管网将均压料罐中煤气回收至高炉净煤气管网，由于随着回收过程压力的降低，煤气回收量逐步减少，在煤气回收周期的限制下，自然回收终止时，均压料罐中还剩余不少的煤气而不得不实施直接排放；自然回收+强制回收是在自然回收基础上，在均压料罐中压力降至某一值时，利用引射器对后续煤气回收进行强制回收，在满足煤气回收周期要求的前提下，亦增加了煤气回 收量，付出的代价是增加了引射器设备及附加的运行费用，这种方式实质上是日本技术的延伸，区别仅在于增加了一套精除尘设施，使煤气洁净度得到了提高，减小了对高炉净煤气管网的污染，但没有解决压力波动对高炉净煤气管网的干扰，特别是这类系统还达不到煤气全回收的水平，还会有煤气污染排放到大气中，此外，引射器的缺点是效率较低以及因没有运动部件而在运行时不宜调节，故在被引射气体压力逐渐降低时，其出口压力也逐渐降低，实际引射效果受到制约，特别是增加了精除尘设施后，煤气回收管网的阻力增加了许多，系统处于负压下运行的时间要长许多，这是引射器面临的致命障碍，在这种情况下，引射器是否还适用？或者其使用的条件和适用范围有何约束？目前还没有实绩数据反馈，还有待于实际应用检验；部分回收的方式种类较多，是依据具体高炉的特点采取的直接或间接回收煤气的方法，往往用于局部改造项目，具有因地制宜的优点，缺点是少有通用性、煤气回收率往往较低，所以直接排放量大，污染环境，浪费了能源。
如果在高炉炉顶均压煤气回收技术上有突破性的进展，则将收到既降低减排又节能增效的双重效果，将会产生很大的经济效益和良好的社会效益，特别是如果实现了高炉炉顶均压煤气的全回收，实现高炉炉顶均压煤气零排放，则将对环境保护做出不可低估的贡献。
高炉炉顶均压煤气回收技术自上世纪七十年代应用以来，煤气回收工艺得到了一些改进，但缺乏根本性的变革，距离实现煤气的全回收还有一定差距。
基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统还未见到公开发表的出版物、文献或资料。
技术实现要素：
本实用新型的目的是根据高炉炉顶均压煤气回收的特点，研究开发与之工况相适应的工艺及其控制方法，以实现高炉炉顶均压煤气的全回收。
本实用新型的要点是研究现有高炉炉顶均压煤气回收系统存在的问题，突破现有煤气回收的技术瓶颈，创新性地采用基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收方法，采用煤气风机进行煤气强制回收和煤气深度回收，采取初期煤气回收阶段的煤气自然回收、中期煤气回收阶段的煤气强制回收以及后期煤气回收阶段的煤气深度回收的控制策略，对前期煤气回收中产生的对高炉净煤气管网的干扰通过调节煤气流量进行抑制，采用煤气风机对中期煤气回收进行快速、稳定的强制回收及对后期煤气回收进行深度回收，解决了增加精除尘设施后自然回收期时间延长和进行煤气全回收时强制回收期负压区大的问题，既能获得煤气回收率的提高，也解决了高炉炉顶均压煤气放散的污染问题，实现了高炉炉顶均压煤气的全回收，即高炉炉顶均压煤气的零排放，为企业节能增效、为环境保护做出了非常有益的贡献。
附图说明
附图1为基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统工艺流程图，附图1中1是炼铁高炉，2是均压料罐，3是均压料罐压力检测器，4是受料罐，5是均压阀，6是粗除尘设施，7是煤气放散阀，8是煤气回收阀，9是精除尘设施，10是精除尘设施后压力检测器，11是煤气流量检测器，12是煤气风机入口阀，13是煤气风机，14是煤气风机出口阀，15是减压装置前压力检测器，16是减压装置，17是高炉净煤气管网压力检测器，18是高炉净煤气管网，19是初期煤气回收阀，20是减压装置旁路阀，21是逆止阀，22是下密封阀，23是上密封阀。
具体实施方式
早期的高炉炉顶均压煤气回收系统仅经过旋风除尘器粗除尘后进入高炉净煤气管网，对该管网会产生污染，煤气回收采取自然回收和强制回收，自然回收是依靠均压料罐与高炉净煤气管网的压差进行煤气回收，强制回收是在自然回收的后期，当自然回收由于压差问题而难以进行煤气回收时，通过引射器克服低压差和负压力进行煤气强制回收。现有技术为克服回收煤气对高炉净煤气管网的污染问题，增加了精除尘设施，仍沿用自然回收和强制回收的方法，但由于精除尘设施的加入，煤气回收管网的阻力已发生了很大变化，其影响一是自然回收的过程将延长，二是强制回收的负压区更大，对于后者，引射器要克服大范围的负压，需付出相当大的代价，引射器自身的弱点使其难以逾越这个障碍。进一步分析，当追求高炉炉顶均压煤气全回收的目标时，不得不考虑现有技术存在的另一个问题，现有技术是当均压料罐中的压力与罐外压力相等时停止煤气回收，然后进行向均压料罐的加料作业。这样做产生的问题是，当加料作业时，由于均压料罐中存有满罐的煤气，加入的焦炭或烧结矿会挤出相应体积的煤气，如果最终加料物体总容量是均压料罐的50％，则加料过程被挤出的煤气体积亦为均压料罐的50％，现有技术没有对这些煤气进行回收，而是间接或直接排放到大气中，造成了环境污染及煤气资源浪费，若对这些煤气进行回收，则可实现煤气全回收，即污染物零排放。因此，要实现煤气全回收，就要对这部分煤气也进行回收，这意味着强制回收的负压区更大，给技术实现增加了更大的难度。如何解决自然回收期时间延长和强制回收期负压区大的问题是技术创新的关键所在。引射器效率较低以及因没有运动部件而在运行时不宜调节的缺点使其不适于应用在负压区较大的场合，其难以在较大负压区内提供足够大的煤气回收动力，必须寻求其它动力源来取而代之。
基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统采用煤气风机作为煤气强制回收的动力源，可以提供足够的动力进行煤气全回收，不仅于此，在控制策略方面还采取初期煤气回收、中期煤气强制回收和后期煤气深度回收的技术方法，突破了现有技术的技术瓶颈，既能提高煤气的回收速度，也能实现煤气深度回收的目的。
基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统是通过附图1的系统实现的，附图1中炼铁高炉(1)为工艺主体设备；均压料罐(2)为工艺设备，串罐设置时为单罐，并罐设置时为双罐或多罐；均压料罐压力检测器(3)为现场仪表设备；受料罐(4)为工艺设备；均压阀(5)为截止阀，入口与均压料罐(2)相连，出口与粗除尘设施(6)相连，均压阀(5)的设置数量与均压料罐数一致；粗除尘设施(6)对来自均压料罐的煤气进行粗除尘，在高炉炉顶均压煤气全回收系统正常时，粗除尘煤气经煤气回收阀(8)送至精除尘设施(9)，当高炉炉顶均压煤气全回收系统故障时，粗除尘煤气经煤气放散阀(7)放散；煤气回收阀(8)为截止阀，根据高炉炉顶均压煤气全回收系统是否正常，进行回收或放散的切换，煤气放散时，煤气回收阀(8)关闭，煤气放散阀(7)打开，煤气回收时，煤气回收阀(8)打开，煤气放散阀(7)关闭；精除尘设施(9)对来自煤气回收阀(8)的煤气进行精除尘，出口与煤气风机入口阀(12)相连接及与初期煤气回收阀(19)相连接，精除尘设施(9)为干式除尘器设施或湿式除尘器设施；精除尘设施后压力检测器(10)安装在精除尘设施(9)出口后的煤气回收管网上，用于检测该处煤气管网的压力；煤气流量检测器(11)安装在精除尘设施(9)出口后的煤气回收管网上，用于检测煤气管网的煤气流量；煤气风机入口阀(12)为调节阀，用于改变煤气回收管网的阻力特性；煤气风机(13)为离心风机或罗茨风机，配变速驱动装置及变速电机，用于中期煤气强制回收和后期煤气深度回收；煤气风机出口阀(14)为调节阀，用于改变煤气回收管网的阻力特性；减压装置前压力检测器(15)安装在煤气回收后部管网上，用于检测该处压力；初期煤气回收阀(19)为调节阀，在煤气回收初期对来自精除尘设施(9)的煤气流量进行调节，并经减压装置旁路阀(20)、逆止阀(21)输出至高炉净煤气管网(18)；减压装置(16)为减压阀组或减压阀，用于煤气回收管网与高炉净煤气管网的压力匹配；减压装置旁路阀(20)为截止阀，用于后期煤气深度回收时对减压装置(16)进行旁路；高炉净煤气管网压力检测器(17)安装在高炉净煤气管网入口处管网上，用于检测该处压力；高炉净煤气管网(18)为高炉炉顶均压煤气回收的终端接入点；下密封阀(22)为工艺设备；上密封阀(23)为工艺设备；采用这种方法实现了高炉炉顶均压煤气全回收，用相应的检测和控制实现了煤气全回收工艺过程。
基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统的特征是煤气全回收过程按三条路线，分为初期煤气回收阶段的煤气自然回收、中期煤气回收阶段的煤气强制回收和后期煤气回收阶段的煤气深度回收三个阶段进行，依均压料罐压力检测器(3)的压力进行各阶段无缝转换及有序衔接，初期煤气回收阶段利用初始阶段均压料罐(2)中的高压力进行煤气自然回收，以节省煤气风机(13)的电能消耗；中期煤气回收阶段利用煤气风机(13)进行煤气强制回收，因为这个阶段均压料罐(2)中仍有一定的压力，故煤气风机(13)运行在低压力大流 量方式，进行煤气快速、稳定地回收；后期煤气回收阶段利用煤气风机(13)进行煤气深度回收，因为这个阶段均压料罐(2)中的压力已经很低，已不足以克服粗除尘设施(6)、精除尘设施(9)以及煤气回收管网的阻力损失，并且根据煤气全回收的概念，最终均压料罐(2)中的压力需达到某一负压值，故煤气风机(13)须运行在高压力低流量方式，进行煤气深度回收；对煤气回收的三个阶段进行优化配置，既可获得满足煤气回收周期、获得煤气全回收的目的，又能尽可能少的消耗煤气风机电能、降低运行费用。
路线1是沿均压料罐(2)、均压料罐压力检测器(3)、均压阀(5)、粗除尘设施(6)、煤气回收阀(8)、精除尘设施(9)、精除尘设施后压力检测器(10)、煤气流量检测器(11)、初期煤气回收阀(19)、减压装置旁路阀(20)、逆止阀(21)、高炉净煤气管网压力检测器(17)直至高炉净煤气管网(18)；路线1的任务是完成初期煤气回收阶段的煤气自然回收，当均压料罐(2)向炼铁高炉(1)内布料结束后，下密封阀(22)关闭，此时均压料罐(2)内充满了高炉煤气，进行煤气回收时，均压阀(5)打开，煤气经粗除尘设施(6)和精除尘设施(9)除尘处理后的煤气洁净度已符合进入高炉净煤气管网(18)的标准，在初期煤气回收阶段，由于均压料罐(2)内的煤气压力很高，依靠该压力进行自然回收显然是个既节能又简单的捷径，此时煤气风机入口阀(12)关闭，初期煤气回收阀(19)打开，减压装置旁路阀(20)打开，减压装置(16)关闭，为避免过大流量冲击对高炉净煤气管网(18)的影响，初期煤气回收阀(19)根据流量限制值来调整开度大小，初期煤气回收的时间视具体高炉的上料工作周期情况而定，工作周期紧张的，初期煤气回收的时间短一些，工作周期有富余的，初期煤气回收时间长一些，当均压料罐压力检测器(3)的压力降至中期煤气回收阶段开始的压力值时，初期煤气回收阀(19)关闭，初期煤气回收阶段结束。
路线2是沿均压料罐(2)、均压料罐压力检测器(3)、均压阀(5)、粗除尘设施(6)、煤气回收阀(8)、精除尘设施(9)、精除尘设施后压力检测器(10)、煤气流量检测器(11)、煤气风机入口阀(12)、煤气风机(13)、煤气风机出口阀(14)、减压装置前压力检测器(15)、减压装置(16)、高炉净煤气管网压力检测器(17)直至高炉净煤气管网(18)；路线2的任务是完成中期煤气回收阶段的煤气强制回收，当均压料罐内压力检测器(3)的压力降至中期煤气回收阶段开始的压力值时，初期煤气回收阀(19)关闭，初期煤气回收阶段结束，中期煤气回收进入工作状态，煤气风机入口阀(12)打开，煤气风机出口阀(14)打开，减压装置旁路阀(20)关闭，减压装置(16)投入运行，煤气风机(13)根据均压料罐压力检测器(3)的压力、减压装置前压力检测器(15)的压力以及煤气流量检测器(11)的煤气流量进行变速运行，快速、稳定地进行煤气强制回收，当精除尘设施后压力检测器(10)的压力≤0时，中期煤气回收阶段结束，并转入后期煤气回收阶段的煤气深度回收。
路线3是沿均压料罐(2)、均压料罐压力检测器(3)、均压阀(5)、粗除尘设施(6)、煤气回收阀(8)、精除尘设施(9)、精除尘设施后压力检测器(10)、煤气流量检测器(11)、煤气风机入口阀(12)、煤气风机(13)、煤气风机出口阀(14)、减压装置前压力检测器(15)、减压装置旁路阀(20)、逆止阀(21)、高炉净煤气管网压力检测器(17)直至高炉净煤气管网(18)；路线3的任务是完成后期煤气回收阶段的煤气深度回收，当精除尘设施后压力检测器(10)的压力≤0时，意味着煤气风机(13)在此之后将工作在抽负压的状态下，其运行特性将处于高压力、低流量区间，在进行煤气全回收时，均压料罐(2)中的压力最终亦应为负压，在达到这个负压之前仍需继续进行煤气回收，即后期煤气回收阶段应使均压料罐(2)达到某一负压值，然后再停止后期煤气回收，均压料罐(2)中的负压值对应的体积应能正好抵消加料物体的体积，使均压料罐(2)中的气体不致外溢，具体高炉的均压料罐(2)的容积及加料量所占容积比不尽相同，所以均压料罐(2)中相对于大气压力的负压目标值计算须根据实际高炉参数计算，后期煤气回收阶段的控制目标就是在均压料罐压力检测器(3)的压力达到这个负压目标值时，结束煤气回收；后期煤气回收阶段运行时，减压装置旁路阀(20)打开，旁路掉减压装置(16)，减压装置(16)关闭；后期煤气回收阶段结束时，均压阀(5)关闭，煤气回收阀(8)关闭，煤气风机(13)停止运行，减压装置旁路阀(20)关闭，高炉系统进入下一工序作业。
煤气回收系统正常时，三条路线无缝转换及有序衔接运行，当其中的初期煤气回收阀(19)故障时，煤气风机(13)支路将承担全部煤气回收工作；同样，当煤气风机(13)或煤气风机入口阀(12)或煤气风机出口阀(14)故障时，初期煤气回收阀(19)支路将承担全部煤气回收工作；即两部分具有事故互为备用的作用，系统具有较高的可靠性，在这类局部设备故障时的事故运行方式下，煤气回收率会受到一些影响。
煤气放散阀(7)用于煤气回收系统完全失效时使用，所谓完全失效是指主要的煤气回收设备均发生了故障，此时煤气回收阀(8)处于关闭位置，当均压阀(5)打开时，来自均压料罐(2)的煤气经粗除尘设施(6)除尘后，从煤气放散阀(7)向大气直接排放；一般而言，煤气回收路线上的煤气回收设备均发生故障的可能性极低，所以基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统由于具有应对局部设备故障的备用功能，故可将煤气向大气直接排放的可能性降至最低限度。
煤气风机(13)配变速驱动装置及变速电机是为了保证风机的快速启停性能，以满足高炉炉顶均压煤气全回收系统的运行节奏，变速驱动装置为变频调速装置。
采用基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统可实现高炉炉顶均压煤气的全回收，其经济效益比较可观，按年作业天数为350天、每天均压料罐排料次数为350次、回收煤气 温度为50℃、炉顶均压煤气含尘量约为10g/Nm3、企业内部煤气成本价格为0.15元/Nm3计算，各级别高炉的炉顶均压煤气全回收效益计算如表1所示。
应该说明的是由于具体高炉的技术参数不尽相同，有的差异还比较大，表1仅是给出了各级别高炉效益的一般计算结果，不一定与具体个例完全一致，会上下有所浮动。
表1说明了煤气全回收技术具有显著的收益，更为重要的是每年减少了大量的含有煤气的粉尘的高炉煤气排放，实现了污染物的零排放。从收益来看，投资回收期为一年以下，具有良好的经济技术指标。
表1.高炉炉顶均压煤气全回收效益表
基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统的突出特点和显著效果是最大限度的节约了能源，特别是实现了煤气全回收，即实现了污染物零排放，对节能减排做出了非常有益的贡献；此外该系统还具有下述优点：
煤气回收系统功能强，既可以灵活调整煤气回收周期时间，也可以灵活调整煤气回收终止时的加料罐中压力值，实现了真正意义上的煤气全回收；
由于采用了初期、中期及后期煤气回收方法，可以实现尽可能短的煤气回收时间；
煤气全回收技术适用于各种容量和类型的高炉炉顶均压煤气回收系统，通用性强；
由于煤气全回收技术可实现煤气回收全过程的平滑控制，故对高炉净煤气管网几乎没有影响；
煤气全回收工艺由于具有备用功能，系统的可靠性高，可将煤气向大气直接排放的可能性降至最低限度；
煤气回收管网的管径不必过粗，节省了包括阀门、管路等设备及材料的重量和造价，也能节省安装空间；
煤气回收率高，约比现有技术高10％～40％。
采用基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统是实现高炉炉顶均压煤气全回收工艺的安全、科学、合理、有效、简单、经济的方法，为高炉炉顶均压煤气全回收应用开创了 全新的、广泛的视野和空间，是实现煤气全回收的十分有效的技术途径。采用这种系统后，既能获得煤气回收率的提高，也解决了高炉炉顶均压煤气放散的污染问题，将实现高炉炉顶均压煤气的零排放。
在目前雾霾频发、环境污染日益严重的情况下，进行高炉炉顶均压煤气全回收的社会意义巨大，减少污染物排放是环境保护努力的方向，实现污染物零排放是环境保护追求的极致目标。
基于煤气风机的高炉炉顶均压煤气全回收系统能广泛应用于新建、扩建或改造的各类高炉炉顶均压煤气回收系统。