王勇  張輝  董紅梅  晉榮  薛濤

(陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司)

摘  要：針對高爐熱風(fēng)爐手動燒爐，提出了智能化改造方法和防范措施。

關(guān)鍵詞：高爐熱風(fēng)爐；智能優(yōu)化；能效提升；效益

1  引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源問題日益突出，鋼鐵冶金作為高能耗產(chǎn)業(yè)，成本上漲的壓力越來越大。大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是實(shí)現(xiàn)鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，它的實(shí)質(zhì)就是以盡可能少的資源消耗，盡可能少的環(huán)境代價(jià)實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

高爐熱風(fēng)爐是高爐鼓風(fēng)的預(yù)熱器，主要為高爐煉鐵提供熱風(fēng)以降低焦比。

2  前言

陜西龍門鋼鐵有限責(zé)任公司堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀念，走可持續(xù)發(fā)展之路，把環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排作為重中之重。著力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和清潔生產(chǎn)，于2008-2014年期間順應(yīng)國家鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和要求，全面提升裝備水平，先后建成五座高爐，1#高爐配套4座熱風(fēng)爐，其余2#3#4#5#高爐各配套3座熱風(fēng)爐。送風(fēng)溫度指標(biāo)都控制在1200℃及其以上，一方面是為了節(jié)能降耗，提高公司產(chǎn)品的競爭能力，另一方面可有效利用高爐副產(chǎn)的高爐煤氣。不僅可為公司節(jié)減大量的燃料費(fèi)用，從而降低產(chǎn)品成本，也為國家節(jié)省大量的能源，符合國家關(guān)于節(jié)能降碳和資源綜合利用政策。

3  高爐熱風(fēng)爐智能燒爐工藝：

3.1  煉鐵高爐熱風(fēng)爐工藝介紹： 

3.1.1  高爐熱風(fēng)爐工藝;

工作流程：

（1） 燒爐階段：高爐副產(chǎn)的煤氣和助燃空氣在熱風(fēng)爐頂部燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫?zé)釤煔猓瑹釤煔庾陨隙峦ㄟ^熱風(fēng)爐內(nèi)的蓄熱體完成熱量交換，蓄熱體吸收煙氣熱量蓄積熱能。熱量交換后的低溫?zé)煔獾胶罄m(xù)噴煤工藝?yán)^續(xù)利用其熱能。

（2） 送風(fēng)階段：熱風(fēng)爐停止燒爐，從熱風(fēng)爐底部鼓入冷風(fēng)（空氣），冷風(fēng)（空氣）自下而上通過熱風(fēng)爐蓄熱體完成熱量交換，最終將冷風(fēng)（空氣）加熱至1200℃以上形成熱風(fēng)，通過混風(fēng)調(diào)節(jié)至熱風(fēng)溫度穩(wěn)定。最終將熱風(fēng)送入高爐內(nèi)。

熱風(fēng)爐運(yùn)行制度為兩燒一送，保證熱風(fēng)持續(xù)穩(wěn)定的向高爐供應(yīng)。冷風(fēng)（空氣）在熱風(fēng)爐內(nèi)吸收的熱量，來源于煤氣燃燒放出的熱量，所以，熱風(fēng)爐實(shí)際上是一種熱量轉(zhuǎn)換器，它把煤氣的化學(xué)熱轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)的物理熱，用于高爐冶煉，達(dá)到降低焦比的目的。

3.1.2  高爐熱風(fēng)爐智能燒爐工藝流程圖：

高爐熱風(fēng)爐智能燒爐工藝流程圖

4  高爐熱風(fēng)爐現(xiàn)狀及改造必要性：

4.1. 高爐煤氣消耗在煉鐵廠動力能源成本中占比約為16%較大，而且可控節(jié)約空間有限，動力能源成本的不斷強(qiáng)化管控，智能制造項(xiàng)目又亟待提升，目前高爐熱風(fēng)燒爐方式仍然為人工手動燒爐，人工燒爐操作效能和操作精確度較低，煤氣消耗較高，不符合鋼鐵行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展及公司降本增效局勢發(fā)展。

4.2.煤氣管網(wǎng)壓力波動較大而且頻繁，對人工手動燒爐影響大，司爐工調(diào)節(jié)頻繁工作勞動強(qiáng)度很大。

4.3.人工手動燒爐受人為因素影響大，每班操作水平及個人經(jīng)驗(yàn)有一定的差異化不利于關(guān)鍵的參數(shù)指標(biāo)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4人工手動燒爐因誤操作和沒有故障預(yù)警分析能力，系統(tǒng)生產(chǎn)安全性較低。

4.5因煤氣熱值頻繁波動，人工手動燒爐無法及時(shí)調(diào)整至最佳空燃比，造成煤氣資源浪費(fèi)。

5  高爐熱風(fēng)爐智能優(yōu)化節(jié)能改造：

5.1  建設(shè)內(nèi)容

在1#2#3#4#控制室各新增一套智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，用于運(yùn)行獨(dú)立的智能優(yōu)化軟件及配套的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。通過OPC通訊的方式使智能優(yōu)化控制系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無擾切換。第一部分實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐智能優(yōu)化燒爐，采用模糊過程控制自動化調(diào)節(jié)，首先上線環(huán)保模式，在乙方配置的智能燒爐專家系統(tǒng)控制下合理配加轉(zhuǎn)爐煤氣，在環(huán)保模式下實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐煙氣環(huán)保達(dá)標(biāo)，其次在熱風(fēng)爐支管流量計(jì)故障情況下，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)良好的無流量智能控制性能，熱風(fēng)爐拱頂溫度、煙氣溫度指標(biāo)優(yōu)于同等情況下手動燒爐指標(biāo)；第二部分具有大系統(tǒng)協(xié)調(diào)功能，實(shí)現(xiàn)1#2#、3#4#高爐煤氣資源自動調(diào)度協(xié)同，避免兩座熱風(fēng)爐同時(shí)換爐操作造成的管網(wǎng)壓力波動。

5.2 技術(shù)方案

5.2.1在控制室新增安裝智能優(yōu)化控制系統(tǒng)，與原PLC系統(tǒng)對接實(shí)現(xiàn)無擾切換。

5.2.2由專業(yè)公司根據(jù)熱風(fēng)爐燒爐運(yùn)行情況對智能優(yōu)化控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試維護(hù)，直至智能優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行熱風(fēng)爐參數(shù)至最佳狀態(tài)。后續(xù)給運(yùn)行班組進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)完全熟練掌握智能優(yōu)化控制系統(tǒng)運(yùn)行與控制點(diǎn)設(shè)定后交付運(yùn)行正式投入生產(chǎn)。

5.2.3主要零部件更換表：

1#2#3#4#高爐熱風(fēng)爐智能優(yōu)化節(jié)能改造

6  TRT改造所投資費(fèi)用：

項(xiàng)目總投資233.8萬元。其中1#2#高爐智能燒爐投資費(fèi)用106.8萬元，3#、4#高爐智能燒爐投資費(fèi)用127萬元（含摻燒轉(zhuǎn)爐煤氣控制二氧化硫指標(biāo)功能）。

7.改造取得效益評價(jià):

7.1經(jīng)濟(jì)效益：

7.1.1.  1#2#1280m³高爐能效提升改造效益：

以1#爐為例：

1、按照原方案進(jìn)行改造，主要實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐實(shí)現(xiàn)了無流量智能燒爐，熱風(fēng)爐拱頂溫度波動穩(wěn)定性明顯改善，同工況風(fēng)溫情況下,高爐煤氣節(jié)能率為4.32%。

2、按照計(jì)劃工期進(jìn)行了改造，45天內(nèi)完成改造。

3、智能燒爐節(jié)能率測試，智能燒爐階段（4月15日—4月19日）日均煤氣消耗為1662276m³/d、風(fēng)量為2458m³/min，手動燒爐階段（4月22日—26日）日均煤氣消耗為1747933m³/d、風(fēng)量為2473m³/min ，高爐煤氣單價(jià)為0.1元/m³，前后風(fēng)溫均為1230℃，高爐煤氣折標(biāo)系數(shù)為1.286tce/萬m³，年運(yùn)行時(shí)間按照330天，手動燒爐煤氣消耗按照174萬m³/d進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)核算，具體創(chuàng)效如下：

年創(chuàng)效=330*174*0.1*4.32%=248.05萬元

年節(jié)標(biāo)煤=330*174*4.32%*1.286=3189.98tce

驗(yàn)收結(jié)論：1#高爐智能燒爐投運(yùn)后，高爐煤氣節(jié)能率為4.32%，符合技術(shù)協(xié)議節(jié)省煤氣用量不小于3%要求，每年節(jié)約費(fèi)用為248.05萬元，且節(jié)能效益可觀。

7.1.2  3#4#1800m³高爐能效提升改造效益：

以4#爐為例：

1、按照原方案進(jìn)行改造，主要實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐無流量智能燒爐，熱風(fēng)爐拱頂溫度波動穩(wěn)定性明顯改善，同工況風(fēng)溫情況下,高爐煤氣節(jié)能率為4.37%。

2、按照計(jì)劃工期進(jìn)行了改造，60天內(nèi)完成改造。

3、智能燒爐節(jié)能率測試，按照技術(shù)協(xié)議高爐煤氣消耗量=轉(zhuǎn)爐煤氣消耗量*1.5，智能燒爐階段（5月12日—5月16日）日均煤氣消耗為2731169m³/d、風(fēng)量為3608m³/min，手動燒爐階段（4月19日—23日）日均煤氣消耗為2848813m³/d、風(fēng)量為3599m³/min ，高爐煤氣單價(jià)為0.1元/m³，前后風(fēng)溫均為1230℃，高爐煤氣折標(biāo)系數(shù)為1.286tce/萬m³，年運(yùn)行時(shí)間按照330天，手動燒爐煤氣消耗按照280萬m³/d進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)核算，具體創(chuàng)效如下：

年創(chuàng)效=330*280*0.1*4.37%=403.79萬元

年節(jié)標(biāo)煤=330*280*4.37%*1.286=5192.73tce

驗(yàn)收結(jié)論：4#高爐智能燒爐投運(yùn)后，高爐煤氣節(jié)能率為4.37%，符合技術(shù)協(xié)議節(jié)省煤氣用量不小于3%要求，每年節(jié)約費(fèi)用為403.79萬元，且節(jié)能效益可觀。

7.1.3.總能效提升改造效益：

4座高爐年節(jié)能效益達(dá)到1000萬元以上，投資回收期1年以內(nèi)，節(jié)能效益顯著。

7.2.其它效益:

（1）通過高爐熱風(fēng)爐智能優(yōu)化改造后系統(tǒng)自控率達(dá)到95%以上，大大降低司爐人員的勞動強(qiáng)度，讓其從以前的操盤變?yōu)楸O(jiān)盤，如遇到指標(biāo)波動狀況語音預(yù)警系統(tǒng)會主動提示，再進(jìn)行人工干預(yù)。

（2）全年操作運(yùn)行水平統(tǒng)一且安全穩(wěn)定性大幅提升。同時(shí)也降低熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)備的檢修維護(hù)費(fèi)用，延長了蓄熱體的試用壽命。熱風(fēng)爐拱頂溫度手動燒爐與智能優(yōu)化燒爐對比見下圖：

8、高爐熱風(fēng)爐智能優(yōu)化燒爐的潛力：

8.1經(jīng)過2年多對智能優(yōu)化燒爐的研究應(yīng)用，在系統(tǒng)投運(yùn)后需要保證現(xiàn)場閥門儀表的性能。這樣才能使優(yōu)化效果更佳。

8.2.通過智能優(yōu)化燒爐后，各個高爐對煤氣管網(wǎng)的需求趨于穩(wěn)定。錯峰換爐進(jìn)一步起到了穩(wěn)定煤氣管網(wǎng)壓力的作用，對所有的煤氣用戶系統(tǒng)設(shè)備都起到了穩(wěn)定生產(chǎn)的作用。

8.3. 在部分支管流量計(jì)故障時(shí)啟動無流量燒爐功能能夠很好的客服短期內(nèi)儀表故障對生產(chǎn)運(yùn)行帶來的影響，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

8.4. 后續(xù)計(jì)劃對5#高爐熱風(fēng)爐進(jìn)行智能優(yōu)化節(jié)能改造，在對5座高爐16座熱風(fēng)爐實(shí)施大系統(tǒng)協(xié)議智能優(yōu)化控制，這將會進(jìn)一步穩(wěn)定煤氣管網(wǎng)壓力，也可使整體煤氣節(jié)能效益再度提升。

9  結(jié)束語:

高爐熱風(fēng)爐智能優(yōu)化節(jié)能改造在龍鋼公司得到了很好的應(yīng)用，項(xiàng)目實(shí)施后效果顯著，一方面響應(yīng)了國家節(jié)能減排的政策，充分利用了高爐煤氣熱能。另一方面熱風(fēng)爐運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，降低公司的煤氣消耗。

后續(xù)在高爐熱風(fēng)爐智能燒爐與煤氣管網(wǎng)大系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制方面還需要我們不斷探索、提升指標(biāo)，為國家節(jié)能減排做出更大的貢獻(xiàn)。