冶金动力2015年第5期高炉煤气冷凝水排放量计算与分析
王营营
anger是什么意思（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）
【摘要】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。
【关键词】湿煤气；露点温度；冷凝水
【中图分类号】X757【文献标识码】B【文章编号】1006-6764(2015)05-0014-02 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,Shandong271104,China)
【Abstract】The discharge process and volume of condend water from blast furnace gas were quan
titatively calculated and analyzed using the vapor p-v diagrams of wet gas,to pro-
vide theoretical data for safe and stable supply transferring of BF gas.
【Key words】wet gas;dew point temperature;condend water
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。
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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P v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t d即为高炉煤气在P v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P v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P s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P v低于湿煤气温度t对应的饱和压力P s，或湿煤气温度t 高于水蒸气分压力P v对应的饱和温度t d时，湿煤气将无冷凝水析出。
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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1kg 的干煤气作为计算基准。
这样，含有1kg的干煤气的湿煤气中混有的水P
图1湿煤气中水蒸汽的P－V图
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2015年第5期总第期
（上接第13页）
[4]R.K.Eckhoff,M.Ngo,W.Oln.On the minimum ignition energy (MIE)for propane/air[J],Journal of Hazardous Materials,2010,(175)：293-297.
[5]Jilin Han,Hiroshi Yamashita,Naoki Hayashi.Numerical study on the spark ignition haracteristics of a methane-air mixture using
detailed chemical kinetics Effect of equivalence ratio,electrode gap distance,and electrode radius on MIE,quenching distance,and ignition delay[J]，Combustion and Flame，2010,157：1414-1421.
收稿日期：2015－01－20
作者简介：匡政（1988－），男，2012年毕业于安徽工业大学热能与动力工程专业，本科学历，现从事于火电集控运行工作。
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蒸气的质量d （湿煤气的含湿量，单位：kg/kg(a)）为：
d =m v m a =P v
P a
（1）
式中，P a 、P v 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：
d =1000
blous
R a R v ×P v
P a
（2）
式中，R a 、R v 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M v 和气体常数R v
莱钢股份公司生产高炉煤气各组分体积比（平均值）为：CO：23%，CO 2：19%，H 2：3%，N 2：
55%。
本文使用公式（3）、（4）可求取干煤气平均分子量M v 和气体常数R v ，计算结果见表1。
M v =∑X i M i （3）
R v =8314/M v
（4）
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表1煤气平均分子量M v 和气体常数R v 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281.3kPa （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P v1=47.36kPa，利用公式（2），得到高炉出口处湿煤气含湿量d 1：
d 1=1000×
（R a1/R v1）×（P v1/P a1）=1000×（274.6/461）×（47.36/233.94）=120g/kg （a ）设高炉煤气管道末端处的湿煤气为状态2，煤气压力111.3kPa （绝对压力），温度为25℃。湿煤气中水蒸气的分压力查表得P v2=4.242kPa，煤气管
道末端湿煤气含湿量d 2：
d 2=1000×
（R a2/R v2）×（P v2/P a2）=1000×（274.6/461）×（4.242/107）=24g/kg （a ）1kg 高炉煤气冷凝水排量d 即为：
d =d 1-d 2=120-24=96g/kg
（a ）再假设高炉煤气发生量为200000m 3/h，则容易计算，每小时高炉煤气冷凝水排量约200000m 3/h×96g/kg×1.35kg/m 3=25920kg/h （高炉煤气的密度取1.35kg/m 3）。
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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。
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（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。
[参考文献]
[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
收稿日期：2015－01－30
作者简介：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。
成分X i M i X i M i M v
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