劉廣全，唐 榮

(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001)

摘 要: 熱風(fēng)爐是煉鐵生產(chǎn)過程中的重要設(shè)備之一，熱風(fēng)爐供給高爐熱風(fēng)的熱量約占煉鐵生產(chǎn)耗熱的四分之一，它消耗的高爐煤氣占高爐產(chǎn)生煤氣的 40% 以上，因此提高熱風(fēng)爐的熱效率對(duì)降低能耗有很大意義。針對(duì)新鋼 11 號(hào)高爐風(fēng)溫水平不足且煤氣消耗過大的問題，采取了改造煤氣預(yù)熱器進(jìn)口段冷排系統(tǒng)、增加高爐富氧率、修復(fù)煤氣預(yù)熱器、優(yōu)化燒爐程序和燒爐制度等措施，不僅提高了風(fēng)溫，還降低了煤氣消耗。

關(guān) 鍵 詞: 煤氣熱值; 燒爐制度; 拱頂溫度; 煤氣預(yù)熱

0 前言

新鋼 11 號(hào)高爐于 2011 年 12 月投產(chǎn)，配有 3 座旋切頂燃式熱風(fēng)爐。2015 年元月 11 號(hào)高爐計(jì)劃休風(fēng)檢修，發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)爐煤氣預(yù)熱器熱管腐蝕嚴(yán)重，已無法進(jìn)行煤氣預(yù)熱，遂復(fù)風(fēng)后停止使用; 同時(shí)，轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)氣端壓力低，造成轉(zhuǎn)爐煤氣無法使用。基于以上兩種原因，熱風(fēng)爐拱頂溫度由過去的1 350 ℃ 降至1 260 ℃，拱頂溫度的下降導(dǎo)致熱風(fēng)溫度由過去的1 215 ℃ 下降至1 186 ℃。2015 年 8 月對(duì)煤氣預(yù)熱器熱管修復(fù)后，熱風(fēng)溫度上升至1 205 ℃，但仍然未達(dá)到以前的風(fēng)溫水平，同時(shí)煤氣消耗量較大。為此，對(duì)該問題進(jìn)行了原因分析并采取有效措施，降低了煉鐵成本。

1 現(xiàn)狀及原因分析

1． 1 煤氣發(fā)熱值低

摻燒高熱值煤氣是有效提高拱頂溫度和減少煤氣用量的常用手段。受多種因素制約，11 號(hào)高爐熱風(fēng)爐一直沒有使用轉(zhuǎn)爐煤氣和焦?fàn)t煤氣，只使用本高爐自發(fā)生的高爐煤氣，這種用氣狀況在今后較長一段時(shí)間內(nèi)也不會(huì)改變。

1) 現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)爐煤氣總管焊縫、預(yù)熱器下部破損處以及燒爐過程中煤氣切斷閥處均有向外滴水的現(xiàn)象，說明煤氣含水量高。據(jù)資料記載，煤氣中每增加 1% 的機(jī)械水，發(fā)熱值就降低 51. 9 kJ/m³ ，理論燃燒溫度也隨之降低 13 ℃。

2) CO 含量是決定煤氣發(fā)熱值高低的關(guān)鍵因素。2015 年受限產(chǎn)影響，11 號(hào)高爐的富氧率比 2014 年要低 0. 3% 。富氧率越低，高爐產(chǎn)生的煤氣中 N₂ 含量就越高，CO 和 H₂ 含量就趆低。

3) 受煤氣中有害元素的腐蝕和水的作用，煤氣預(yù)熱器外殼經(jīng)常破損開裂，煤氣從破損處泄露導(dǎo)致顯熱和煤氣量受到損失。

1. 2 操作的影響

熱風(fēng)爐系統(tǒng)的燒爐操作也是影響風(fēng)溫和煤氣量的主要因素之一。

1) 煤氣管網(wǎng)壓力的影響。11 號(hào)高爐熱風(fēng)爐燒爐時(shí)，只能通過手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門來控制煤氣量和助燃空氣量。由于煤氣管網(wǎng)壓力經(jīng)常不穩(wěn)定，因此當(dāng)煤氣壓力上升時(shí)，煤氣量過大，空燃比不合適，就會(huì)導(dǎo)致煤氣得不到充分燃燒而造成能源浪費(fèi)，同時(shí)廢氣中含有大量煤氣容易發(fā)生煤氣爆炸; 當(dāng)煤氣壓力下降時(shí)，空燃比升高，空氣過剩系數(shù)過大，拱頂溫度就無法達(dá)到要求。

2) 燒爐制度的影響。11 號(hào)高爐熱風(fēng)爐燒爐時(shí)，采用先大燒后小燒的方法，即熱風(fēng)爐剛由送風(fēng)轉(zhuǎn)燃燒時(shí)就將大煤氣量調(diào)至 70 000 m³ /h 進(jìn)行燒爐，1 h 后拱頂溫度和廢氣溫度就可以達(dá)到規(guī)定值并具備送風(fēng)條件。由于 11 號(hào)高爐單座熱風(fēng)爐的送風(fēng)間隔時(shí)間是 1 h 50 min，因此后50 min基本上就是保溫階段，通常在保溫階段將煤氣量調(diào)至 30 000 m³ /h，這就造成了煤氣浪費(fèi)。

3) 拱頂溫度上限不明確。在完全燃燒的情況下，有時(shí)煤氣質(zhì)量好、熱值高，但操作工并未及時(shí)將空燃比調(diào)高，導(dǎo)致拱頂溫度超高，保溫階段延長，加大了煤氣浪費(fèi)。

2 措施

2． 1 提高煤氣發(fā)熱值

2． 1． 1 改造煤氣預(yù)熱器進(jìn)口段冷排系統(tǒng)

為解決煤氣含水的問題，2015 年 2 月在煤氣預(yù)熱器進(jìn)口段和出口段各安裝了一個(gè)冷排，但使用一年來效果并不明顯，主要表現(xiàn)在冷排管徑太細(xì)、蓄水量過小，經(jīng)常有來不及排水的情況，并且冷排管經(jīng)常被淤泥堵塞，管道多處出現(xiàn)滴水、滲水。2016 年 2月，對(duì)冷排系統(tǒng)進(jìn)行了改造，將預(yù)熱器進(jìn)口段冷排管與煤氣總管的連接處截?cái)啵谱鞑惭b一個(gè)尺寸為1 000 mm × 500 mm × 600 mm 的水箱與煤氣總管相連，水箱下端連接一個(gè)圓筒形儲(chǔ)水箱，儲(chǔ)水箱下端與冷排管相連。蓄水量增大后，消除了冷排管路排水不暢的現(xiàn)象，煤氣總管中沉積下來的水可以全部流入上端水箱并經(jīng)下端水箱后再經(jīng)冷排管排出。另外，上端水箱還有一個(gè)作用———降塵，煤氣流經(jīng)此處，因截面積突然增大，流速突然降低，灰塵在自身重力作用下沉降至水箱內(nèi)并隨水排出。煤氣中含水量減少后，提高了煤氣的發(fā)熱值; 含塵量減少后，減輕了熱風(fēng)爐內(nèi)格子磚的渣化程度，蓄熱能力增加。

2． 1． 2 提高高爐富氧率

2016 年鋼鐵市場行情好于 2015 年，在此背景下，新鋼高爐煉鐵放開了高爐氧氣的使用，高爐富氧率逐步提升。從 2016 年元月開始，新鋼二鐵廠各高爐富氧量比上年度平均提高了 1 000 m³ /h，其中 11號(hào)高爐的增氧幅度最大，達(dá)到 1 500 ～ 2 000 m³ /h。鼓風(fēng)中氧含量越高，高爐煤氣中的 N₂ 含量越低，CO和 H₂ 等可燃?xì)怏w含量升高，單位體積煤氣的發(fā)熱值也隨之提高。近兩年來 11 號(hào)高爐的富氧水平見表 1。

另外，11 號(hào)高爐冷排系統(tǒng)改造后，風(fēng)溫水平從剛好能滿足高爐生產(chǎn)的需求，轉(zhuǎn)化到每次換好爐后都要開熱風(fēng)爐混風(fēng)閥來維持風(fēng)溫不致過高，風(fēng)溫能力有富余。

2． 1． 3 修復(fù)煤氣預(yù)熱器

2015 年 8 月預(yù)熱器熱管更換后，熱風(fēng)爐風(fēng)溫輸送能力得到提高，但腐蝕損壞的預(yù)熱器外殼仍未處理。2016 年 5 月，利用計(jì)劃檢修的機(jī)會(huì)對(duì)預(yù)熱器外殼外部進(jìn)行整體打包并灌漿，堵住了漏氣點(diǎn)，從而減少了煤氣顯熱和煤氣量的損失。

2． 2 改進(jìn)操作方式

2． 2． 1 實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)控制燒爐

為消除煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)的影響，對(duì)燒爐程序進(jìn)行了優(yōu)化，將以前的手動(dòng)控制空氣量、煤氣量改為自動(dòng)固定最大煤氣設(shè)定量、手動(dòng)調(diào)節(jié)空燃比的半自動(dòng)控制，以降低空氣過剩系數(shù)來強(qiáng)化燒爐。也就是說，在燃燒期后期設(shè)定最大的煤氣量不變，當(dāng)拱頂溫度達(dá)到規(guī)定值后，通過增大空氣量來抑制拱頂溫度的繼續(xù)上升，由于廢氣量增大且氣體流速加快，有利于傳熱，因此強(qiáng)化了熱風(fēng)爐中下部傳熱。在整個(gè)燒爐過程中，煤氣調(diào)節(jié)閥是根據(jù)煤氣管網(wǎng)壓力而自動(dòng)調(diào)節(jié)開度的，當(dāng)煤氣壓力升高時(shí)逐漸關(guān)小閥的開度，當(dāng)煤氣壓力下降時(shí)逐漸開大閥的開度，從而使拱頂煤氣流量固定，提高了煤氣利用率。

2． 2． 2 優(yōu)化燒爐制度

1) 將以前的先大燒后小燒的燒爐制度改為先小燒后大燒制度。具體操作如下: 換爐結(jié)束后，熱風(fēng)爐轉(zhuǎn)為燃燒期，先將煤氣量固定在 30 000 m³ /h 燃燒1 h左右，再調(diào)大煤氣量至 60 000 m³ /h 燃燒 40 ～50 min，此時(shí)該熱風(fēng)爐正好達(dá)到換爐的時(shí)間，熱風(fēng)爐也正好具備送風(fēng)條件。這樣，爐子剛燒好即可快速投入送風(fēng)，減少了原燒爐制度的保溫階段所浪費(fèi)的煤氣量。

2) 規(guī)定燒爐時(shí)拱頂?shù)纳舷逌囟葹? 350 ℃，燒爐后期若拱頂溫度上升過快，操作工必須調(diào)大空燃比，這樣可以避免因拱頂溫度超高而對(duì)耐材造成損傷。

3 效果

采取上述一系列措施后，11 號(hào)高爐的風(fēng)溫水平提高到了要求水平，幾乎每次換爐送風(fēng)后都要開混風(fēng)閥來穩(wěn)定送風(fēng)溫度，風(fēng)溫水平不足的問題已得到解決。與此同時(shí)，熱風(fēng)爐煤氣消耗明顯降低，平均煤氣消耗比上年度降低 8% ，正常生產(chǎn)時(shí)熱風(fēng)爐燃燒的空氣過剩系數(shù)由 0. 68 提高到了 0. 75。

4 結(jié)語

1) 提高煤氣發(fā)熱值是提高風(fēng)溫和節(jié)約煤氣的最好手段，但是通過提高富氧率來提高煤氣的發(fā)熱值是有限的，轉(zhuǎn)爐煤氣有富余的鋼企可考慮摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣。

2) 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況，選擇好適合高爐的送風(fēng)制度和風(fēng)溫水平，是降低成本的重要途徑。