轉爐煤氣的回收、利用以及煤氣柜火災、爆炸和中毒危害分析

楊金鳳

（中鋼石家莊工程設計研究院有限公司，河北 石家莊 050021）

冶金企業基本上都是使用煤氣，各用戶對煤氣的要求有所不同，煤氣成分的回收方式也不同。煤氣供需平衡（簡稱煤氣平衡）即是煤氣的生產和消費之間的平衡，它是冶金企業能量平衡的基本組成部分，是表示冶金企業生產率和能源組成的最重要的指標之一。企業生產中既要充分合理使用各種燃氣，又要保證該冶金企業所需的最大負荷量。為了滿足供需平衡的要求，鋼鐵企業均設置煤氣柜，生產中從滿足煤氣調度的需要出發，分析各種瞬間波動因素，應用概率統計的方法來確定煤氣柜的容積。煤氣的危害分析以轉爐煤氣為例，轉爐煤氣的中毒濃度界限為空氣中CO的濃度，為0.004 0%，轉爐煤氣與空氣的混合氣體中轉爐煤氣含量達到17%為爆炸極限的下限，此時與空氣的混合氣體中φ（CO）=11.9%。以理論燃燒條件來計算，在空氣混合氣體中轉爐煤氣含量達41.4%方可完全燃燒，而此時與空氣的混合氣體中φ（CO）=30%。對于轉爐煤氣柜而言，自然是先中毒、后爆炸、再燃燒。

科技在發展，時代在進步，從安全方面考慮，目前企業內煤氣柜執行無人操作，并設圍墻，門上鎖，這有利于防止外部火源入侵，對防爆是有利的。但先決條件是煤氣柜內上部空氣中的CO微含量檢測要達到連續、可靠、準確的要求。如果柜內上部空間的CO含量超標，那么只有放散煤氣（通過煉鋼區的三通閥切換至放散塔燃燒放散），才能使活塞著陸、吹掃，然后用檢修風機進行升壓檢查。

1 轉爐煤氣回收工藝的描述

轉爐裝入鐵水后開始吹氧進行脫碳，開始的2 min脫碳速度緩慢，以后逐漸加快，達到最大脫碳速度后直到吹煉后期，脫碳速度又減慢，約2 min后吹煉停止。在這整個吹煉過程中都有爐氣產生，但其量和成分均有很大的變化。爐氣離開轉爐爐口時的溫度約1 450~1 500℃，經過煙罩時會混入一部分空氣，混入的空氣中的氧氣與爐氣中的一氧化碳燃燒生成二氧化碳，同時空氣中的氮氣也進入爐氣中，這個混合氣就是煙氣，煙氣量和成分在冶煉過程中也是變化的。煙氣先經過煙罩回收余熱后，約在950~1 000℃的溫度下進入煙氣凈化系統，凈化后的煙氣由抽風機加壓進入三通閥，當煙氣成分為φ（CO）＞30%~40%、φ（O2）＜1%時作為轉爐煤氣送入煤氣柜，在冶煉前期及后期煙氣中φ（CO）＜30%~40%、φ（O2）＞1%時三通閥切換到排放側，不合格的煙氣通過高空煙囪點火排入大氣。轉爐煤氣在煤氣柜內儲存、混勻，經電除塵器除塵（濕法回收時）、煤氣加壓機連續送出，最后通過煤氣主管供各用戶使用。

2 轉爐煤氣處理能力的確定

轉爐煤氣量的計算比較復雜，影響因素太多，在目前的生產條件下煤氣回收的極限值可以達到130m3/t鋼左右。

3 轉爐煤氣儲配站的工藝流程及設備選用要點

3.1 轉爐煤氣儲配站工藝流程

通過煙氣凈化回收系統送至煤氣柜的轉爐煤氣，煤氣熱值和φ（O2）都符合質量要求。但其發生量是間斷的，煤氣的壓力也比較低，就目前鋼鐵企業的發展現狀來看，大多采用干法除塵來回收煤氣，其含塵量可達到10 mg/m3，符合用戶的質量標準。回收來的轉爐煤氣還需要在煤氣柜內儲存、均壓，然后經過煤氣加壓機將它連續加壓到用戶所需的壓力（含輸送阻損），再通過煤氣管道將它送至用戶端使用。工藝流程為：凈化后的轉爐煤氣—煤氣柜—煤氣加壓機—用戶。

如果采用濕式凈化回收轉爐煤氣，則需要在出煤氣柜后加壓機之前設置電除塵器。工藝流程為：凈化后的轉爐煤氣—煤氣柜—電除塵器—煤氣加壓機—用戶。

3.2 煤氣加壓機設備選用要點

煤氣加壓機主要根據工況下的轉爐平均產氣量除以臺數來設計流量，考慮生產的需要，加壓機須配有備用機；加壓機的出入口管道上應裝設調節蝶閥，可靠的切斷方式應采用電動蝶閥和電動盲板閥，并且可在控制室操縱；靠近加壓機一側的閥門旁應設置放散管和人孔；為了方便抽堵邊板、避免管壁及設備產生較大的壓力，加壓機進出口管道宜布置成Z形彎；當主管長度小于3 m或者出入管為水平直管時，在水平管段上應裝一個補償器；加壓機底部裝排水器，用來排出加壓機底部和出口管道的最低部位的冷凝水；如果設雙室排水器，還應將加壓機底部和出口管道的最低部位接至排水器的高壓側，將進口管道的最低部位排水管接至排水器的低壓側。

在加壓機的入口管道上設收縮管，使煤氣進入的速度分布均勻，減少壓力降；在出口管處裝設一個擴散管，使動壓頭（動能）變為靜壓頭（位能）。

加壓機進出口管道的壓力降，一般控制在300~500 Pa范圍內；進出口管道上的煤氣流速一般選用：焦爐煤氣為9~16 m/s，混合煤氣為8~14 m/s。

為了防止加壓機發生喘振，在進出口總管處應設置大回流管，回流管上裝有電動蝶閥，在控制室內操縱。

進口總管的末端應裝有放散管。

4 煤氣柜火災、爆炸的危害

火災、爆炸的產生主要是由于煤氣柜泄露，可燃氣體中的CO與空氣中的氧氣混合達到爆炸濃度，當混合有爆炸性氣體的火花、電弧在高溫條件下或者遇到火源足以被點燃時，就有可能發生爆炸。

鋼鐵企業煤氣回收設施中存在火災、爆炸的危險區域有氣柜本體區域、管網輸送區域、煤氣加壓站房等，其次，配電間也有發生火災的可能。管道在生產過程中最易在連接法蘭處發生泄漏問題，一旦發現泄漏，切忌在帶壓情況下去擰緊螺栓。因為在運轉過程中產生泄漏是有一定原因的，例如墊片損壞、管道受到熱應力等，這時單靠擰緊螺栓并不能解決問題，若泄漏未消除而使勁擰螺栓，至螺栓擰斷，會使管內氣體噴出，造成中毒窒息事故。

5 煤氣中毒危害

煤氣的毒性是其主要危險性之一，根據《危險化學品安全技術全書》（化學化工出版社），空氣中的CO質量濃度低于30 mg/m3為安全標準。當空氣中CO質量濃度為30～400 mg/m3時，人們會出現輕度中毒癥狀；當空氣中的CO質量濃度為400～1 000 mg/m3時，人們會出現中度中毒癥狀；當空氣中的CO質量濃度為1 000～2 069 mg/m3時，人們會出現重度中毒癥狀；如果CO質量濃度高于2 609 mg/m3時，人們會中毒而致死。一氧化碳中毒癥狀表現在以下幾個方面：

1）輕度中毒。患者可出現頭痛、頭暈、失眠、視物模糊、耳鳴、惡心、嘔吐、全身乏力、心動過速、短暫昏厥。血中碳氧血紅蛋白含量達10%~20%。

2）中度中毒。除上述癥狀加重外，口唇、指甲、皮膚粘膜出現櫻桃紅色，多汗，血壓先升高后降低，心率加速，心律失常，煩躁，一時性感覺和運動分離（即尚有思維，但不能行動）。癥狀繼續加重，可出現嗜睡、昏迷。血中碳氧血紅蛋白約在30%~40%。經及時搶救，可較快清醒，一般無并發癥和后遺癥。

3）重度中毒。患者迅速進入昏迷狀態。初期四肢肌張力增加，或有陣發性強直性痙攣；晚期肌張力顯著降低，患者面色蒼白或青紫，血壓下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。經搶救存活者可有嚴重合并癥及后遺癥。

一氧化碳的后遺癥：中、重度中毒病人有神經衰弱、震顫麻痹、偏癱、偏盲、失語、吞咽困難、智力障礙、中毒性精神病或去大腦強直。部分患者可發生繼發性腦病。

6 解決措施

在生產或使用存在可燃氣體及有毒氣體的工藝裝置和儲運設施區域內，及時對可能發生的可燃氣體或有毒氣體進行檢測；煤氣柜柜容設置高、低位報警及自動連鎖；在總平面布置上，設計時要充分考慮煤氣柜區域的防火措施，在規定范圍內不存放明火設施；煤氣柜柜頂及站區管道按要求設置防雷、接地等設施。

7 結語

轉爐煤氣和高爐煤氣都是鋼鐵企業的富產煤氣，凈化回收后可以有效利用，但同時也具有一定的危險性，在某種情況下會發生火災、爆炸危險，大量泄漏還會造成人員窒息。因此，鋼鐵企業在煤氣使用過程中要注意人員的安全防護。