高炉煤气冷凝水排放量计算与分析

王营营

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜271104）

高炉煤气冷凝水排放量计算与分析

王营营

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司能源动力厂，山东莱芜271104）

利用湿煤气中水蒸气的P-V图，对冷凝水排放过程及排放量进行定量计算、分析，从而为高炉煤气安全稳定转供提供了理论数据。

湿煤气；露点温度；冷凝水

1 前言

由于高炉鼓风成分、高炉炉料结构和高炉操作（主要是高炉打水）等诸多因素的存在，高炉煤气中通常含有一定质量的水蒸气。在高炉煤气的产生、除尘及转供过程中，随着煤气温度的逐步降低，高炉煤气中的水蒸气将由过热状态（未饱和水蒸气）过渡到饱和状态，并析出一定数量的冷凝水（或机械水）。本文试图对这一过程进行定量的计算与分析。

2 高炉煤气中水蒸气的P-V图

冶金企业生产实际中的高炉煤气是一种包含固相、液相、气相的复杂的混合物。为简化讨论，突出主要矛盾，本文将高炉煤气作为由N2、CO、CO2、H2和H2O（包括饱和蒸汽和过热蒸汽两种状态）组成理想的混合气体，并把包含水蒸气的高炉煤气称为湿煤气，把不包含水蒸气的高炉煤气称为干煤气。

参考湿空气中水蒸气的P-V图，容易得到湿煤气中水蒸气的P-V图，见图1。

状态点A为过热蒸气，对应于高炉煤气未有冷凝水析出的状态，即未饱和湿煤气状态。当湿煤气温度降低（此时，水蒸气的分压力Pv保持不变）时，水蒸气状态沿水平等压线A-B变化，到达B点时高炉煤气中开始有冷凝水析出，此时的温度td即为高炉煤气在Pv压力下的露点温度。当向高炉煤气中加入水蒸气时（比如高炉打水），水蒸气的分压力Pv逐渐增加，其状态沿等温线A-C变化，到达C点时高炉煤气中开始有冷凝水析出，此时的温度t即为高炉煤气在Ps压力下的露点温度。换句话说，当湿煤气中的水蒸气处于过热状态，即水蒸气的分压力Pv低于湿煤气温度t对应的饱和压力Ps，或湿煤气温度t高于水蒸气分压力Pv对应的饱和温度td时，湿煤气将无冷凝水析出。

图1 湿煤气中水蒸汽的P－V图

3 高炉煤气冷凝水排量估算的基本思路

由湿煤气中水蒸气的P—V图可以看出，若对湿煤气取单位容积或者单位质量为基准进行计算，则会由于湿煤气在输送过程中容积和质量皆随温度及湿度变化而给计算带来麻烦。因此，本文取1 kg的干煤气作为计算基准。

这样，含有1 kg的干煤气的湿煤气中混有的水蒸气的质量d（湿煤气的含湿量，单位：kg/kg(a)）为：

式中，Pa、Pv分别为干煤气和水蒸气的分压力。利用理想气体状态方程，考虑单位变换（单位：g/kg(a)），经简单推导整理后，得到：

式中，Ra、Rv分别为干煤气和水蒸气的气体常数。这样，在获取了高炉煤气、饱和水蒸气的相关参数后，就可以根据公式（2）计算高炉煤气冷凝水排量了。

4 高炉煤气冷凝水排量估算

4.1 干煤气平均分子量Mv和气体常数Rv

莱钢股份公司生产高炉煤气各组分体积比（平均值）为：CO：23%，CO2：19%，H2：3%，N2：55%。

本文使用公式（3）、（4）可求取干煤气平均分子量Mv和气体常数Rv，计算结果见表1。

表1 煤气平均分子量Mv和气体常数Rv的计算结果

4.2 设高炉出口处的湿煤气为状态1，高炉煤气炉顶压力281.3 kPa（绝对压力），露点温度为80℃。查《饱和水和饱和水蒸气表》得到，水蒸气的饱和压力即湿煤气中水蒸气的分压力为Pv1=47.36 kPa，利用公式（2），得到高炉出口处湿煤气含湿量d1：

设高炉煤气管道末端处的湿煤气为状态2，煤气压力111.3 kPa（绝对压力），温度为25℃。湿煤气中水蒸气的分压力查表得Pv2=4.242 kPa，煤气管道末端湿煤气含湿量d2：

1 kg高炉煤气冷凝水排量d即为：

再假设高炉煤气发生量为200000 m3/h，则容易计算，每小时高炉煤气冷凝水排量约200000 m3/h× 96 g/kg×1.35 kg/m3=25920 kg/h（高炉煤气的密度取1.35 kg/m3）。

5 分析与结论

（1）高炉煤气的露点温度取决于湿煤气中水蒸气的分压力（换句话说，在过热水蒸气状态下，露点温度取决于水蒸气的体积比或者水蒸气的含量），而不是一个固定值。在高炉煤气干法除尘净煤气管道上安装煤气露点温度检测仪，用于调整和优化除尘系统的工艺参数和相关操作，是非常必要的。

（2）在煤气露点温度相同的条件下，高炉煤气冷凝水排放量在冬季会略有增加，增加的程度随煤气露点温度的降低而增大。当煤气露点温度为80℃时，粗略估算，冬季排放量（环境温度按0℃）为夏季的1.2倍左右。

湿高炉煤气中水蒸气的存在特别是冷凝水的析出，对高炉煤气的布袋除尘工序（除尘布袋运行参数和除尘效率、气力输送系统堵塞）、TRT工序（TRT做功能力与效率、动叶片的运行环境与寿命等）、高炉煤气输送环节（高硫煤气压力与流量的稳定、煤气管道的腐蚀等）都会产生重要影响。因此，及时检测、合理估计高炉煤气冷凝水排放的温度即湿煤气的露点温度和排放量，具有特殊的意义。

[1]化工部热工设计技术中心站.热能工程设计手册[M].北京：化学工业出版社，1998.

[2]严家碌，余晓福，王水青.水和水蒸气热力性质图表[M].北京：高等教育出版社，2004：19-22

Calculation and Analysis of the Discharge Volume of BF Gas Condensates

WANG Yingying
(The Power Plant of Laiwu Steel,Shandong Iron and Steel Group,Laiwu,Shandong 271104,China)

The discharge process and volume of condensed water from blast furnace gas were quantitatively calculated and analyzed using the vapor p-v diagrams of wet gas,to provide theoretical data for safe and stable supply transferring of BF gas.

wet gas;dew point temperature;condensed water

X757

B

1006-6764(2015)05-0014-02

2015－01－30

王营营（1982-），女，2007年毕业于山东建筑大学，工程师，现从事燃气技术管理工作。