流体燃料平衡输配设计            (design of fluid fuel balance and distribution)

对煤气的生产与消耗进行平衡及确定工厂煤气与补充燃料供应方案的设计。

钢铁厂的高炉、焦炉和转炉既是冶炼设备又是煤气发生设备。钢铁厂副产煤气有产量大、耗量大、波动大的特点。合理利用副产煤气可减少工厂一次能源购入量，改善工厂燃料结构。

流体燃料平衡(亦称煤气平衡)是制订工厂流体燃料供配的基本计划和工厂设计的重要组成部分之一。冶金工厂煤气设施、补充燃料站均按流体燃料平衡表确定的数据进行设计计算。

流体燃料平衡输配设计的内容包括根据流体燃料特性与用户特性编制平衡表，以确定合理利用副产煤气的措施，确定煤气柜与煤气混合加压设施的项目与规模(见煤气柜设计、煤气混合加压设施设计)，进行煤气管道、煤气调度、防护急救等设施设计。

常用流体燃料         冶金过程副产高炉煤气(BFG)、焦炉煤气(COG)、转炉煤气(LDG)，少数工厂也副产电炉煤气和(或)铁合金炉煤气。补充流体燃料常用燃料油、天然气(NG)、发生炉煤气、水煤气与液化石油气(LPG)等。常用煤气特性示于表1。

              表1    常用煤气的典型成分与热值(低发热量)

 
    煤气种类

    各组分体积／％
 

热值／
 

  C02

  C0

  H2

  CH4

  C2H6

  C3H8

  CmHn

    02

    N2

kJ·m-3 

高炉煤气
焦炉煤气
转炉煤气
天然气
烟煤发生炉煤气
无烟煤发生炉煤气
水煤气

    14．5
    2．9
    18．5
    O．31
    5
    6
    8．2

    25．5
    6
    59
    O．01
    27
    24
    34．4

    1．5
    59
    1．5
    O．09
    14
    15
    52

    O．5
    25．5
 
    97．09
    3
    1
    1．2

 
 
 
    O．48
 
 
 

 
 
 
    O．06
 
 
 

 
    2．2
 
 
 
 
 

 
    O．4
    O．4
 
 
 
    O．2

    58
    4
    20．6
    1．96
    51
    54
    4

  3350
  17580
  7620
  35170
  5980
  5020
  10250

常用的燃料油有渣油或重油，需加热保温才有较好的流动性，热值为41800kJ／kg左右。液化石油气在压力状态下呈液体，减压时气化，热值约为45980kJ／kg。

用户特性        高炉副产高炉煤气，高炉热风炉系用高炉煤气加热，其消耗的高炉煤气的热量约占高炉煤气总热量的40％～45％。高炉煤气的产率与热值取决于高炉燃料比、鼓风含氧量与喷吹燃料。高炉煤气具有热值低、波动量大的特点，常作为热风炉、焦炉与电厂的燃料，也可与高热值煤气配制混合煤气供其他用户使用。

炼焦炉副产焦炉煤气，同时又用煤气加热，复热式焦炉多用混合煤气加热，单热式焦炉只用焦炉煤气加热。焦炉加热消耗的煤气热量约占焦炉煤气总热量的45％～50％。焦炉煤气的产率与热值取决于炼焦用煤的挥发分产率与结焦周期。焦炉煤气具有热值高、毒性小、波动量小的特点，是冶金工厂的优质煤气。焦炉煤气常用于民用以及烘烤钢水包、铁水包与要求燃烧温度高的用户，也可与高炉煤气配制混合煤气供备用户使用。

氧气转炉副产煤气的产率与热值取决于冶炼过程碳的平衡。转炉煤气的特点是一氧化碳含量高，毒性大，产量与成分波动大，含水量多，含硫少，常用作锅炉或其他对成分要求不高的用户，也用作燃烧活性石灰的燃料。

烧结、轧钢、机修、耐火等用户常用热值为5850～9630kJ／m³ 的混合煤气。这些用户以煤气为单一燃料，是煤气的固定用户。这些用户的年作业时间不同，用量波动大，需设置煤气f昆合加压设施。

电厂与供热锅炉通常是煤气缓冲用户，可采用多种燃料，其煤气需要量(即煤气缓冲量)可随工厂煤气余缺情况进行调整。

流体燃料平衡表        按产量乘定额的办法编制。表2为某钢铁联合企业的流体燃料平衡表。

日历时间平衡表示工厂燃料收支的年平均情况，用于确定年补充燃料量；作业时间平衡表示各车间共同工作时的燃料供配情况。为分析燃料调配的难点，对拥有大容量高炉或高炉座数很少的工厂须做作业时间最大容量高炉休风时的平衡；当工厂拥有的轧钢车间煤气用量波动对全厂流体燃料平衡有严重影响时，须编制作业时间轧钢发挥最大能力时的平衡表。

平衡表中要考虑各类煤气及燃料油的损失，一般年损失率为2％～4％。

流体燃料平衡须留足煤气缓冲量才能实现煤气的调度周转。缓冲量与工厂规模、装备水平、用户数以及有无灵活的调度室有关。规模大、用户多、设有煤气柜、调度灵活的工厂可以少留缓冲量。一般，钢铁联合企业日历时间平衡所需的缓冲量焦炉煤气有5％～8％，高炉煤气有10％以上就可以满足周转要求。当日历时间平衡出现负值时，工厂应引入补充燃料；当缓冲量预留不足无法满足煤气周转要求时，也应引入补充燃料。

补充燃料的种类可以按当地燃料条件与工艺要求确定。为了节省基建投资与提高燃料使用效率，可按天然气、燃料油、液化石油气、煤气发生站煤气的顺序考虑补充。将补充燃料应配给作业率低的车间使用，有利于节能。

工厂使用混合煤气的热值应力求统一，以简化工厂煤气管网，少建煤气混合加压设施。

特殊钢厂没有高炉煤气与焦炉煤气，其流体燃料主要为补充燃料。这些工厂常有较大的燃料油站或煤气发生站。

合理利用煤气的措施       主要包括：(1)力求产需平衡，生产煤气的车间应与使用煤气的车间均衡发展。对煤气不足的企业需力求回收各种副产煤气，改革工业窑炉，减少煤气消耗量，并充分利用高炉煤气以减少补充燃料量。对煤气富余的企业需开拓煤气用户，例如高炉煤气发电、焦炉煤气民用，焦炉煤气与转炉煤气作化工原料，避免煤气放散。(2)适当建设电厂、锅炉及油、气混烧加热炉等缓冲用户来吸收波动部分的煤气。煤气量波动频度呈正态分布，可通过统计计算确定缓冲用户能力，力求工厂不放散煤气。(3)煤气柜能吸收煤气量的瞬时波动，稳定干管压力，其储量应能满足调度要求，一般高炉煤气储量为一座最大容积高炉0．5h以上的产气量，焦炉煤气储量为焦炉0．7～1h的产气量，转炉煤气储量为转炉1～2h的产气量。(4)强化煤气调度，建立集中灵活的调度室。(5)采用高炉煤气干式除尘、高炉热风炉与其他加热炉余热回收技术，采用低热值煤气加热复热式焦炉和提高高炉煤气自用率，可减少工厂的补充燃料量。

煤气管道        一般架空敷设，天然气管道或直径小于350mm的焦炉煤气管道也可埋地敷设。发生炉煤气管道只允许架空敷设。

管道的架设高度或埋设深度，管道与建筑物、构筑物之间的距离，各种管道之间的净空要求，须符合安全与检修方面的规定。

管道设计须进行流体力学计算，选择合适管径，满足用户对煤气的用量与压力要求。管道支架按简支梁或连续梁进行强度与刚度两种计算，选择合适跨距，计算负荷除考虑管道自身负荷外还应加上外加负荷与预留负荷。当多根管道组成管束架设时，管道的相对位置与支承的关系也是设计考虑的重要因素。管道的热胀冷缩须考虑自然补偿或加补偿器补偿。能利用自然补偿的应尽量采用自然补偿。采用补偿器补偿时，小管道常采用方形补偿器，大管道采用鼓形或不锈钢波纹管补偿器。在管道分支处、车间入口处与煤气用户前应设置阀门、清扫孔、放散管等附属设备。有冷凝水的管道每隔200～250m设排水器。燃气管道尚须采取防静电积聚措施。

煤气调度机构        为煤气调度室或能源中心。煤气调度的任务是合理调配全厂煤气，稳定地供给各车间使用煤气，保证安全。调度室设有各种煤气发生量、各车间煤气使用量、煤气储存量等遥测遥控仪表及调度电话、无线电话等设备。20世纪70年代，中国开始在一些大、中型企业设计中采用电子计算机监视煤气、处理数据、打印报表，为煤气调度提供操作指导。一些大型企业把煤气、燃料油、氧气、氮气、蒸汽、压缩空气、水、电实行集中管理，形成能源中心。上海宝山钢铁总厂能源中心的煤气调度部分除对煤气设备运行参数进行遥测外，尚对燃料油库、煤气混合加压站实行遥控。

煤气防护机构        负责煤气使用安全，进行煤气中毒和爆炸事故的紧急处理与救护工作，从事抽堵盲板等特种作业的机构。煤气防护站配有专用车辆、氧气呼吸器、一氧化碳检测仪、氧气充填泵等设备，有的还配有急救用高压氧舱。