转炉煤气的回收、利用以及煤气柜火灾、爆炸和中毒危害分析

杨金凤

（中钢石家庄工程设计研究院有限公司，河北 石家庄 050021）

冶金企业基本上都是使用煤气，各用户对煤气的要求有所不同，煤气成分的回收方式也不同。煤气供需平衡（简称煤气平衡）即是煤气的生产和消费之间的平衡，它是冶金企业能量平衡的基本组成部分，是表示冶金企业生产率和能源组成的最重要的指标之一。企业生产中既要充分合理使用各种燃气，又要保证该冶金企业所需的最大负荷量。为了满足供需平衡的要求，钢铁企业均设置煤气柜，生产中从满足煤气调度的需要出发，分析各种瞬间波动因素，应用概率统计的方法来确定煤气柜的容积。煤气的危害分析以转炉煤气为例，转炉煤气的中毒浓度界限为空气中CO的浓度，为0.004 0%，转炉煤气与空气的混合气体中转炉煤气含量达到17%为爆炸极限的下限，此时与空气的混合气体中φ（CO）=11.9%。以理论燃烧条件来计算，在空气混合气体中转炉煤气含量达41.4%方可完全燃烧，而此时与空气的混合气体中φ（CO）=30%。对于转炉煤气柜而言，自然是先中毒、后爆炸、再燃烧。

科技在发展，时代在进步，从安全方面考虑，目前企业内煤气柜执行无人操作，并设围墙，门上锁，这有利于防止外部火源入侵，对防爆是有利的。但先决条件是煤气柜内上部空气中的CO微含量检测要达到连续、可靠、准确的要求。如果柜内上部空间的CO含量超标，那么只有放散煤气（通过炼钢区的三通阀切换至放散塔燃烧放散），才能使活塞着陆、吹扫，然后用检修风机进行升压检查。

1 转炉煤气回收工艺的描述

转炉装入铁水后开始吹氧进行脱碳，开始的2 min脱碳速度缓慢，以后逐渐加快，达到最大脱碳速度后直到吹炼后期，脱碳速度又减慢，约2 min后吹炼停止。在这整个吹炼过程中都有炉气产生，但其量和成分均有很大的变化。炉气离开转炉炉口时的温度约1 450~1 500℃，经过烟罩时会混入一部分空气，混入的空气中的氧气与炉气中的一氧化碳燃烧生成二氧化碳，同时空气中的氮气也进入炉气中，这个混合气就是烟气，烟气量和成分在冶炼过程中也是变化的。烟气先经过烟罩回收余热后，约在950~1 000℃的温度下进入烟气净化系统，净化后的烟气由抽风机加压进入三通阀，当烟气成分为φ（CO）＞30%~40%、φ（O2）＜1%时作为转炉煤气送入煤气柜，在冶炼前期及后期烟气中φ（CO）＜30%~40%、φ（O2）＞1%时三通阀切换到排放侧，不合格的烟气通过高空烟囱点火排入大气。转炉煤气在煤气柜内储存、混匀，经电除尘器除尘（湿法回收时）、煤气加压机连续送出，最后通过煤气主管供各用户使用。

2 转炉煤气处理能力的确定

转炉煤气量的计算比较复杂，影响因素太多，在目前的生产条件下煤气回收的极限值可以达到130m3/t钢左右。

3 转炉煤气储配站的工艺流程及设备选用要点

3.1 转炉煤气储配站工艺流程

通过烟气净化回收系统送至煤气柜的转炉煤气，煤气热值和φ（O2）都符合质量要求。但其发生量是间断的，煤气的压力也比较低，就目前钢铁企业的发展现状来看，大多采用干法除尘来回收煤气，其含尘量可达到10 mg/m3，符合用户的质量标准。回收来的转炉煤气还需要在煤气柜内储存、均压，然后经过煤气加压机将它连续加压到用户所需的压力（含输送阻损），再通过煤气管道将它送至用户端使用。工艺流程为：净化后的转炉煤气—煤气柜—煤气加压机—用户。

如果采用湿式净化回收转炉煤气，则需要在出煤气柜后加压机之前设置电除尘器。工艺流程为：净化后的转炉煤气—煤气柜—电除尘器—煤气加压机—用户。

3.2 煤气加压机设备选用要点

煤气加压机主要根据工况下的转炉平均产气量除以台数来设计流量，考虑生产的需要，加压机须配有备用机；加压机的出入口管道上应装设调节蝶阀，可靠的切断方式应采用电动蝶阀和电动盲板阀，并且可在控制室操纵；靠近加压机一侧的阀门旁应设置放散管和人孔；为了方便抽堵边板、避免管壁及设备产生较大的压力，加压机进出口管道宜布置成Z形弯；当主管长度小于3 m或者出入管为水平直管时，在水平管段上应装一个补偿器；加压机底部装排水器，用来排出加压机底部和出口管道的最低部位的冷凝水；如果设双室排水器，还应将加压机底部和出口管道的最低部位接至排水器的高压侧，将进口管道的最低部位排水管接至排水器的低压侧。

在加压机的入口管道上设收缩管，使煤气进入的速度分布均匀，减少压力降；在出口管处装设一个扩散管，使动压头（动能）变为静压头（位能）。

加压机进出口管道的压力降，一般控制在300~500 Pa范围内；进出口管道上的煤气流速一般选用：焦炉煤气为9~16 m/s，混合煤气为8~14 m/s。

为了防止加压机发生喘振，在进出口总管处应设置大回流管，回流管上装有电动蝶阀，在控制室内操纵。

进口总管的末端应装有放散管。

4 煤气柜火灾、爆炸的危害

火灾、爆炸的产生主要是由于煤气柜泄露，可燃气体中的CO与空气中的氧气混合达到爆炸浓度，当混合有爆炸性气体的火花、电弧在高温条件下或者遇到火源足以被点燃时，就有可能发生爆炸。

钢铁企业煤气回收设施中存在火灾、爆炸的危险区域有气柜本体区域、管网输送区域、煤气加压站房等，其次，配电间也有发生火灾的可能。管道在生产过程中最易在连接法兰处发生泄漏问题，一旦发现泄漏，切忌在带压情况下去拧紧螺栓。因为在运转过程中产生泄漏是有一定原因的，例如垫片损坏、管道受到热应力等，这时单靠拧紧螺栓并不能解决问题，若泄漏未消除而使劲拧螺栓，至螺栓拧断，会使管内气体喷出，造成中毒窒息事故。

5 煤气中毒危害

煤气的毒性是其主要危险性之一，根据《危险化学品安全技术全书》（化学化工出版社），空气中的CO质量浓度低于30 mg/m3为安全标准。当空气中CO质量浓度为30～400 mg/m3时，人们会出现轻度中毒症状；当空气中的CO质量浓度为400～1 000 mg/m3时，人们会出现中度中毒症状；当空气中的CO质量浓度为1 000～2 069 mg/m3时，人们会出现重度中毒症状；如果CO质量浓度高于2 609 mg/m3时，人们会中毒而致死。一氧化碳中毒症状表现在以下几个方面：

1）轻度中毒。患者可出现头痛、头晕、失眠、视物模糊、耳鸣、恶心、呕吐、全身乏力、心动过速、短暂昏厥。血中碳氧血红蛋白含量达10%~20%。

2）中度中毒。除上述症状加重外，口唇、指甲、皮肤粘膜出现樱桃红色，多汗，血压先升高后降低，心率加速，心律失常，烦躁，一时性感觉和运动分离（即尚有思维，但不能行动）。症状继续加重，可出现嗜睡、昏迷。血中碳氧血红蛋白约在30%~40%。经及时抢救，可较快清醒，一般无并发症和后遗症。

3）重度中毒。患者迅速进入昏迷状态。初期四肢肌张力增加，或有阵发性强直性痉挛；晚期肌张力显著降低，患者面色苍白或青紫，血压下降，瞳孔散大，最后因呼吸麻痹而死亡。经抢救存活者可有严重合并症及后遗症。

一氧化碳的后遗症：中、重度中毒病人有神经衰弱、震颤麻痹、偏瘫、偏盲、失语、吞咽困难、智力障碍、中毒性精神病或去大脑强直。部分患者可发生继发性脑病。

6 解决措施

在生产或使用存在可燃气体及有毒气体的工艺装置和储运设施区域内，及时对可能发生的可燃气体或有毒气体进行检测；煤气柜柜容设置高、低位报警及自动连锁；在总平面布置上，设计时要充分考虑煤气柜区域的防火措施，在规定范围内不存放明火设施；煤气柜柜顶及站区管道按要求设置防雷、接地等设施。

7 结语

转炉煤气和高炉煤气都是钢铁企业的富产煤气，净化回收后可以有效利用，但同时也具有一定的危险性，在某种情况下会发生火灾、爆炸危险，大量泄漏还会造成人员窒息。因此，钢铁企业在煤气使用过程中要注意人员的安全防护。