转炉煤气启用对附近区域的瞬态影响分析

雷宗林，施新德

转炉煤气启用对附近区域的瞬态影响分析

雷宗林，施新德

（攀钢钒能源动力中心，四川攀枝花617023）

分析转炉煤气在启用过程中煤气微量放散对附近区域的瞬态影响，利用气象学方面的知识对其区域煤气浓度进行计算，评价其微量放散的安全性。

转炉煤气；微量放散；浓度

1 前言

转炉煤气回收是二次能源的利用，是将低热值的废气充分利用、降低能耗，将推动冶金企业循环经济的快速发展。与55 MW余热发电机组配套的240 t/h锅炉作为攀钢钒有限公司转炉煤气的唯一用户在整个转炉煤气系统的安全性上起着至关重要的作用。

240 t/h锅炉作为新钢钒股份有限公司转炉煤气系统的末端，地理环境复杂，由于转炉煤气含CO最高达56%（体积分数），毒性大，存在一定的安全隐患。现用科学的计算方法验证厂界外区域在煤气周期启用（启用是指锅炉在点炉时转炉煤气的投用过程，是随锅炉的启停而周期性存在的）时微量放散的安全性，为采取可靠的防范措施提供合理的依据。

2 煤气放散现状

在冶金行业中高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气在生产、使用过程中都存在一定的放散，但在生产过程中是长时间、大量的放散，通常在放散口安装自动引燃设备，把煤气燃烧。而在使用过程中由于要做爆发试验（爆发试验是用一个爆发筒取一筒煤气进行点火试验，能完全燃烧且没有爆炸响声为合格）确保煤气的安全使用而产生的放散是短时间、少量的放散，通常不安装自动引燃设备，直接排放在大气中，通过大气扩散、净化功能降低煤气浓度，减少其危害性。目前我厂采用的就是此种方式，在启用时将会有微量煤气放散到空气中。

3 煤气扩散的数学模型选择

大气环境影响预测计算选用《环境影响评价技术导则—大气环境》(HJ/T2.2-93)中推荐的大气扩散正态模式，根据当地具体的污染气象条件和污染特征进行必要的修正。由于放散是通过一根放散管向大气放散，可以采用高斯高架点源模式，即以放散塔底部中心为坐标原点，则空间任一点（x，y，z）污染物浓度的计算公式为：

式中：ρ——空间任一点的质量浓度；

qm——污染源强，mg/s；

u——排气口处的平均风速，m/s；

δy——y方向上的扩散参数；

δz——z方向上的扩散参数；

H——放散管有效高度，m；

a、b、c、d——大气稳定系数。

当z=0时，即为地面浓度，地面浓度以主导风向（X轴）为对称轴，且在轴上浓度取最大值，向两侧(Y轴方向）逐渐减少。

当z=0且y=0时，式（3）就成为地面主导风向下轴线浓度的计算式，即：

由于δy、δz随x的增大而增大，所以随x的增大而增大，而随x的增大而减小，当x增大到一定值时为一定值，此时浓度达到最大值，把式（4）对δz求导，并令其等于零，就可求出最大浓度及其出现距离的计算公式：

由式（2）可求出此时x值。

4 附近区域瞬态煤气浓度计算

4.1 转炉煤气的放散过程

转炉煤气的放散过程是指先开启炉前煤气管道放散阀，再打开转炉煤气总管总门后的氮气吹扫头用氮气置换从总门到炉前火嘴之间管道内的混合气体，最后打开转炉煤气总管总门用转炉煤气置换管道内的氮气，使得管道内充满的是纯转炉煤气，之后对管道内煤气进行爆发试验，爆发试验合格后关闭炉前放散阀的这样一个过程。转炉煤气是一种易燃易爆气体，当与空气的混合物浓度在一定范围，遇到火源或高温就会产生爆炸，为了避免爆炸事故发生，转炉煤气的放散是每次投用煤气的一项特定工作。

4.2 状态参数确定

由经验可知整个放散过程大约需要5 min时间，在这5 min内放散是连续均匀的。在煤气的流程管网上取两个断面总管总门后处1－1断面和炉前煤气管道放散阀出口处2－2断面，放散时煤气经煤气管网先经过1－1断面，再流经2－2断面，其中煤气没有其他通道。

各参数以现场实际测量为准：P1=90600Pa，qv1=0.0754m3/s，P2=100600Pa，ρ2＝1.396 kg/m3

由气体的状态方程可知：ρ1＝ρ2P1/P2

由此可求出ρ1＝1.55 kg/m3

所以qm＝qv1×ρ1＝0.0754×1.55＝1.168×105mg/s

4.3 煤气浓度计算

天气条件：根据攀枝花气象统计，最多的天气条件是风速u＝5 m/s，B级稳定度（B级稳定度：a＝0.281846，b＝0.91437，c＝0.1279，d＝0.964435）。

放散管高度H＝40 m（主管连接处至放散点），x为主导风向下，计算主导风向下地面的煤气浓度。

由于放散是连续性的，放散量qm不随时间而改变，符合高斯公式的适用条件。

由式高斯公式（1）可计算各点煤气浓度，当δz＝时地面浓度最大，由此可计算出：

由δz=cxd

可得x＝270 m，由δy＝axb可以求出δy= 47.117，由高斯公式（4）

求出最大浓度：

再计算距离放散点150 m的厂界处的煤气浓度，由高斯公式（4）可求出：

5 计算结果分析

由高斯公式可知，煤气放散点附近区域主导风向下煤气浓度随x值的增大而增大，x＝270 m时浓度达到最高，然后随x值的增大而减小。

由以上计算可知浓度最高的区域在x＝270 m附近，浓度在2.054 mg/m3左右，对于在距离放散点x＝150 m的厂界区域，由于此处的浓度为0.7547 mg/m3（且不是纯CO，其中还有N2、C02、O2等）。根据《工业企业煤气安全规程》GB622-2005规定，在一氧化碳含量不超过30 mg/m3的区域内，可较长时间工作，一氧化碳含量在50 mg/m3时，在区域内连续工作时间不得超过1 h。此次放散出现的最大浓度是2.054 mg/m3，由于转炉煤气的放散时间为5 min，且为空旷区域并不是纯煤气，所以环境远远好于封闭环境内的煤气浓度50m g/m3处的环境。所以转炉煤气的微量放散是安全的，不会对附近区域造成影响。

6 结论

由于转炉煤气的易燃易爆易中毒特性，在使用过程中会造成一定的危险。从上面的分析可知转炉煤气的微量放散是安全的，不会对附近区域造成影响，而且此过程是受控的。为了确保过程的绝对安全，我单位采取了以下措施：

（1）严格控制转炉煤气放散时间，尽量缩短放散时间。

（2）放散过程有专业人员操作，并配有专业救护人员到场。

（3）放散前进行告知，设置警戒区域防止其他人员误入。

图2 二次绕组接线图

5 结语

不同于其他单元件保护，母差保护是否正常运行直接影响着整个变电站的运行，而作为电流回路汇聚最多的地方，由于电流回路二次两点接地导致的母差异常时有发生。本文结合经验与理论提出了检查两点接地的流程，并在实际的事故处理中验证了此方法的可行性。

图3 断开802电流回路测量图

图4 两点接地形成差流示意图

收稿日期：2014－08－08

作者简介：曹东（1970－），男，1991年毕业于武汉水利电力学院电力系统及其自动化专业，工程师，现从事电力系统运行、维护及检修工作。

Analysis of the Transient Effect on Nearby Areas by Converter Gas Opening

LEI Zonglin，SHI Xinde
(The Energy Power Center of Panzhihua Iron&Steel Co.,Panzhihua,Sichuan 617023,China)

The transient effect on nearby areas by slight gas emission during opening of converter gas is analyzed.Gas concentration in the nearby areas is calculated making use of meteorological knowledge,to evaluate the safety of slight gas release.

converter gas;slight release;concentration

TQ54

B

1006-6764(2014)10-0021-03

2013－07－16

2014－07－09

雷宗林（1974－），男，工程师，专科学历，现从事安全环保管理工作。