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在堿性氧氣爐（BOF）的煉鋼過程中，氧氣（O2）被吹入混合料中，由于轉爐容器中發(fā)生的化學反應，大量高溫且富含一氧化碳（CO）的氣體從轉爐口流出。在這個階段，氣體是非常熱的（溫度為950攝氏度或更高），并帶有灰塵。這種氣體被稱為LD氣體、BOF氣體或轉爐氣體。就熱值和沃貝指數(shù)而言，轉爐煤氣通常被歸類為貧氣，但就其燃燒特性（尤其是燃燒溫度）而言，則屬于富氣范疇。

在早期的轉爐煉鋼過程中，從煙囪冒出的褐色煙霧表明轉爐正在工作。如今，由于轉爐煤氣回收和清潔系統(tǒng)的存在，轉爐的運行只從火炬煙囪中檢測出來。

轉爐氣體的成分隨使用的工藝、回收方法，特別是O2量的變化而變化。氣體的成分從轉爐吹熱的開始到結束都有變化，是吹熱時間的一個函數(shù)。轉爐氣體的主要成分是CO、CO2（二氧化碳）、O2和N2（氮氣）。按體積計算，轉爐氣體的典型成分是CO - 55%至60%，CO2 - 12%至18%，O2 - 0.1%至0.3%，其余為N2。

第一批轉爐于1952年11月（林茨的VOEST）和1953年5月（Donawitz的OAMG）投入運行。在LD轉爐工藝的早期，頂部氣體在轉爐口通過開放的罩子完全燃燒，然后在煙囪中用水間接冷卻或通過蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)冷卻。 當時，每噸粗鋼產(chǎn)生約300公斤的蒸汽和250立方米（Cum）的煙氣。

在20世紀50年代工業(yè)化實施轉爐工藝時，環(huán)境問題是一個嚴重的挑戰(zhàn)。轉爐廢氣中粉塵的細度迫使該工藝的供應商開發(fā)新的除塵系統(tǒng)。1克（g）轉爐粉塵的可見表面積在300平方米（sqm）到500平方米之間。為了通常避免 "棕色煙霧 "的光學效應，粉塵要從系統(tǒng)中清除到低于100mg/cum的水平。為此，濕式和干式除塵系統(tǒng)都被使用。隨著環(huán)境問題的增加，這一挑戰(zhàn)越來越成為轉爐工藝的一個機會。這個機會有助于開發(fā)抑制燃燒的轉爐煤氣回收系統(tǒng)。 今天，經(jīng)濟和環(huán)境要求轉爐煤氣和含鐵粉塵中的能量被收集并有效回收。

一般來說，有兩個系統(tǒng)可以用來處理頂部的轉爐煤氣并從轉爐煤氣中回收能量。這些系統(tǒng)是：（i）部分/完全燃燒，（ii）壓制燃燒。

在完全（或開放）燃燒系統(tǒng)中（目前已不再使用），來自轉爐容器的工藝氣體在煙氣管道中燃燒。轉爐容器和一次（或轉爐氣體）通風之間的開口允許環(huán)境空氣進入，因此允許轉爐氣體部分或全部燃燒。在這種情況下，每噸液態(tài)鋼（tLS）的工藝氣體含有約15公斤至20公斤的粉塵，以及約7公斤的CO氣體/tLS。通過在余熱鍋爐中使用顯熱來回收能量。當BOF氣體在煙道中燃燒時，煙氣會被排放出來，并需要滿足當?shù)氐呐欧艠藴?。在開放式燃燒系統(tǒng)中，由于空氣被引入到BOF氣體管道中，有一個很大的流量（大約1000N cum/tLS到2000N cum/tLS）。

隨著轉爐體積的增加，廢氣處理設備也變得更大。大型轉爐采用非燃燒型系統(tǒng)有幾個原因，如系統(tǒng)整體尺寸相對較小，易于維護，除塵效率穩(wěn)定。在60年代早期，開發(fā)了回收轉爐高熱值頂部氣體的工藝，以便在設備內作為氣體燃料使用。這是通過壓制燃燒實現(xiàn)的。

抑制燃燒系統(tǒng)提供了熱量和燃料回收的最佳機會。在吹氧過程中，在BOF口上降下一個裙邊，以減少空氣的滲入并抑制CO氣體在煙道中的燃燒。由此產(chǎn)生的富含CO的氣體被收集、清潔并儲存起來，隨后作為鋼鐵廠的燃料氣體使用。 一個產(chǎn)生高壓蒸汽的余熱鍋爐，可以在氣體被清潔和儲存之前回收其顯熱。這可以回收總能量輸出的10%到30%（0.1GJ/tLS-0.3GJ/tLS）。另外50％至70％是作為化學能（CO）從BOF氣體中回收。當應用轉爐氣體回收的抑制燃燒和余熱鍋爐時，總的能量回收率可高達70％至90％。在無泄漏系統(tǒng)的情況下，能源節(jié)約可以達到0.35GJ/tLS到1.08GJ/tLS。隨著能源節(jié)約達到0.92GJ/t鋼，二氧化碳排放量減少了46公斤/t鋼。能源回收使使用化石燃料和電力產(chǎn)生的二氧化碳降低了約0.05噸二氧化碳/噸鋼。由于轉爐氣體的CV和CO含量較低，在吹煉開始和結束時通常不會被收集，而是被燃燒。因此，二氧化碳不可避免地會被排放出來。與開放式燃燒系統(tǒng)相比，抑制式燃燒的一個優(yōu)點是氣體流量較小，因為沒有發(fā)生燃燒，也沒有引入額外的空氣。因此，冷卻和氣體凈化系統(tǒng)也更小。這也導致了更高的生產(chǎn)率，因為可以提高O2的吹氣速度，并降低風機的能耗。安裝一個專家系統(tǒng)來優(yōu)化轉爐煤氣的收集，可以節(jié)省大約30兆焦耳/tCS（噸粗鋼）。

安裝在轉爐口上方的工藝設備具有冷卻、清理的功能，并在抑制燃燒的幫助下回收轉爐煤氣。通過對轉爐煤氣的壓制燃燒，每噸粗鋼可回收70至100公斤轉爐煤氣，熱值從1,600千卡/年到2,000千卡/年不等。除了80公斤/噸的粗鋼，如果蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)適用于頂部氣體，還可以制造蒸汽?；厥盏霓D爐煤氣與其他副產(chǎn)品煤氣（焦爐煤氣和高爐煤氣）混合，作為燃料在鋼鐵廠使用。蒸汽主要由二次煉鋼的真空脫氣裝置使用。

由于煉鋼的時間很短，每次加熱約35分鐘，所以粉塵濃度非常高。在具有氣體回收功能的非燃燒型轉爐中，在第一個除塵裝置的入口處，粉塵濃度為70克/年積至80克/年積。非燃燒型轉化器在不燃燒CO氣體的情況下，對喉部的進氣量進行管理，并將濃度控制在爆炸極限以下，從而將CO氣體作為燃料進行回收。廢氣處理包括一個廢氣冷卻系統(tǒng)和一個清潔系統(tǒng)。

京東方的氣體，當被回收作為燃料使用時，該氣體要滿足一定的要求?，F(xiàn)在，在大多數(shù)轉爐車間，轉爐煤氣是通過引入壓制燃燒系統(tǒng)作為燃料進行回收的。由于壓制燃燒系統(tǒng)，產(chǎn)生的轉爐煤氣的體積約為50N cum/tLS至100N cum/tLS。這導致初級除塵設施的尺寸有很大差異。抑制燃燒法的特點是廢氣流速降低，導致原氣質量濃度提高，因此，對于相同的清潔氣體粉塵負荷，粉塵回收系統(tǒng)的效率要提高。因此，從粉塵回收的角度來看，抑制燃燒原理允許使用設計為較小體積流速的除塵系統(tǒng)，這對實現(xiàn)更高的粉塵回收率是必要的。初級除塵通常由文丘里式洗滌器（約占BOF車間的60%）或干式和濕式ESP（靜電除塵器）執(zhí)行。在文丘里或靜電除塵器之前，粗顆粒物通常通過導流板等方式進行移動。煉油廠的氣體回收系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 基本氧氣爐的氣體回收系統(tǒng)示意圖

抑制燃燒系統(tǒng)大體上可分為兩種類型，即（i）OG型和（ii）IC（IRSID-CAFL）型。OG型系統(tǒng)基本上在喉部和爐罩裙邊之間沒有空間，并在封閉的喉部控制壓力。IC型系統(tǒng)在喉部和罩裙之間有幾百毫米的間隙（罩裙的直徑比喉部的直徑稍大），并在喉部開口處控制壓力。非燃燒型系統(tǒng)使氣體溫度保持在較低水平，并關閉燃燒空氣。因此，安裝在該系統(tǒng)中的冷卻裝置和除塵裝置比安裝在燃燒型系統(tǒng)中的要小。由于該系統(tǒng)處理的氣體主要由一氧化碳組成，因此需要注意流量和冷卻劑輸入孔和噴槍孔的密封，以及設備外圍的泄漏控制，還有氣體保留部分的清洗。

OG型系統(tǒng)因其操作穩(wěn)定性而被經(jīng)常使用。OG型冷卻系統(tǒng)不僅可以將廢氣的顯熱回收為蒸汽，還可以通過使用冷卻裝置降低廢氣的溫度來提高IDF（引風機）的效率。OG系統(tǒng)的設計通常是為了回收頂部轉爐氣體的潛熱和顯熱的高比例。圖2顯示了用于轉爐煤氣回收的OG抑制燃燒系統(tǒng)的圖像簡圖。

圖2 OG壓制燃燒系統(tǒng)的示意圖

過程

在轉爐吹煉鋼水的過程中，大氣中的空氣在轉爐口與氣體混合。在轉爐口進入系統(tǒng)的大氣量是由爐罩壓力和活動裙邊控制的。在吹煉期間，初始階段是富氧階段。在這個階段，空氣比例（lambda）為1。在這個富氧階段，一次氣體被完全燃燒，在此期間沒有氣體回收發(fā)生。在此之后，富含CO的氣體階段開始，λ小于1。在這個階段，只有部分氧化發(fā)生，并形成含有CO、CO2和N2氣體的可燃廢氣。在這之后，主要的脫碳階段發(fā)生了，大約是在吹氣期的中間部分。在這個階段，空氣比例（λ）保持在最低值，大約為0.1。在這個階段，最大的氣體被回收。在吹掃結束時，lambda值再次保持在1，產(chǎn)生的氣體被完全燃燒，沒有氣體回收。

抑制燃燒系統(tǒng)的轉換器氣體回收的優(yōu)點是系統(tǒng)結構比完全燃燒的系統(tǒng)結構要緊湊得多，因此它可以根據(jù)現(xiàn)場要求更靈活地進行調整。在這個過程中，罩子里的氣體壓力被控制，以防止氣體從轉爐口噴出，并控制空氣比例（λ）。系統(tǒng)控制很重要，因為它要處理爆炸性廢氣（主要是CO氣體）。該系統(tǒng)需要以安全的方式運行。該系統(tǒng)需要有較高的能量性能，并需要回收廢氣的潛熱和顯熱。

從轉爐出來的富含CO的氣體首先在轉爐罩內通過冷卻水或蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)（ECS）間接冷卻，使其標稱溫度從1600到1700攝氏度降到900攝氏度左右。將轉爐氣體冷卻到900攝氏度是必要的，以避免在濕法清潔過程中形成水氣（CO + H2）。眾所周知，水氣是高度爆炸性的。

該系統(tǒng)需要有較高的集塵性能。回收的氣體可通過濕式或干式氣體凈化設備進行凈化。目前世界上90%以上的除塵系統(tǒng)都是在濕式氣體凈化工藝的基礎上運行的。這些系統(tǒng)有能力滿足小于50mg/N的粉塵要求。在濕式系統(tǒng)中，回收的轉爐氣體在文丘里洗滌器中被清潔，然后在除霧器中進行處理。凈化后的氣體在靜電除塵器中進一步凈化后被儲存在氣體支架中，以穩(wěn)定供應給氣體分配系統(tǒng)，或者在燃燒后由IDF風機通過火炬堆排放。濕法清潔過程中產(chǎn)生的漿液被輸送到濃縮器，通過浸漬密封罐、洗滌器和碗狀耙式分級機進行濕法處理。加入化學品以進行凝結和更好的分離。濃縮器的溢流在冷卻后被再循環(huán)，污泥在真空過濾器或壓濾機中進一步處理，用于燒結廠。

帶有靜電除塵器的干式氣體凈化廠可以實現(xiàn)粉塵含量低于15mg/N Cum。在干式凈化中，在余熱鍋爐中冷卻后的轉爐煤氣中的粗粉塵在蒸發(fā)室中分離，然后用靜電除塵器去除細粉塵。干式和濕式氣體凈化廠的比較見表1。干式氣體凈化廠具有良好的前景，因為它們的能耗較低，有效性較高，轉爐氣體的質量較好，而且粉塵的回收方式經(jīng)濟。