符政學(xué),劉力銘,劉力源,艾水生

(河南省豫興熱風(fēng)爐工程技術(shù)有限公司,河南鄭州450008)

摘要:對熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)優(yōu)勢及應(yīng)用效果進(jìn)行了闡述。針對熱風(fēng)爐傳統(tǒng)換爐方式存在的弊端,提出了一種熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù),采用獨(dú)立的供風(fēng)系統(tǒng),由空壓機(jī)供風(fēng)對熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓。熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)除了不會引起風(fēng)壓波動外,還具有可避免風(fēng)口倒灌、可實(shí)現(xiàn)全自動換爐、可提高風(fēng)溫、可提高生鐵產(chǎn)量,可降低投資等技術(shù)優(yōu)勢。采用無波動換爐技術(shù)后,熱風(fēng)爐換爐時(shí)間縮短、風(fēng)溫提高,以呂梁建龍1800m高爐為例,熱風(fēng)爐換爐時(shí)間從18min縮短到5min,風(fēng)溫從1170℃提高到1210℃,改造投資額為350萬元,回收期僅4個(gè)月。

關(guān)鍵詞:高爐;熱風(fēng)爐;充壓;風(fēng)壓波動;換爐時(shí)間

目前,國內(nèi)高爐配套的熱風(fēng)爐絕大部分都是用鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)進(jìn)行充壓。在實(shí)際操作中,熱風(fēng)爐充壓造成風(fēng)壓突然降低及高爐操作參數(shù)波動,影響爐況的穩(wěn)定,不僅會導(dǎo)致高爐能耗增加、產(chǎn)量下降,還會降低風(fēng)溫和熱風(fēng)爐的使用壽命。

為此,針對熱風(fēng)爐傳統(tǒng)換爐方式存在的弊端,提出了一種熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù),采用獨(dú)立的供風(fēng)系統(tǒng),由空壓機(jī)供風(fēng)對熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓。生產(chǎn)實(shí)踐表明,熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)不會引起風(fēng)壓波動,有利于穩(wěn)定高爐爐況、增加產(chǎn)量、提升風(fēng)溫、提高熱風(fēng)爐壽命。

1 傳統(tǒng)換爐方式

1.1 換爐現(xiàn)狀

熱風(fēng)爐是為高爐提供持續(xù)、穩(wěn)定高風(fēng)溫的關(guān)鍵設(shè)備1。熱風(fēng)爐常用的配置及運(yùn)行方式主要有3種:一是配置兩座熱風(fēng)爐,實(shí)施一燒一送;二是配置三座熱風(fēng)爐,實(shí)施兩燒一送;三是,配置四座熱風(fēng)爐，實(shí)施兩燒兩送。熱風(fēng)爐由燒爐轉(zhuǎn)為送風(fēng),必然有一個(gè)換爐環(huán)節(jié)。換爐前,熱風(fēng)爐內(nèi)是低壓,而熱風(fēng)主管、冷風(fēng)管道內(nèi)則是高壓。冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥靠熱風(fēng)爐側(cè)為低壓,靠近熱風(fēng)主管、冷風(fēng)管道側(cè)為高壓,冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥兩側(cè)壓力相差幾十倍而無法打開。因此，必須對熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓,使熱風(fēng)爐和冷熱風(fēng)管道壓力相等,才能打開冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥進(jìn)行換爐。

熱風(fēng)爐傳統(tǒng)換爐用鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)進(jìn)行充壓,當(dāng)打開充壓閥(均壓閥)時(shí),由于分流了部分冷風(fēng),且熱風(fēng)爐容積較大,風(fēng)壓突然降低,會造成風(fēng)量、透氣性指數(shù)、爐頂壓力等參數(shù)波動[2]。我國部分高爐熱風(fēng)爐換爐主要參數(shù)見表1,其中滄州中鐵1、2、3號高爐,山西建龍6號高爐,呂梁建龍1號高爐,當(dāng)滿負(fù)荷生產(chǎn)時(shí),充壓3min的風(fēng)壓波動值都在60kPa以上,因而爐況很難保持穩(wěn)定。

為了減小熱風(fēng)爐換爐充壓時(shí)的波動,通行的做法是將高爐鼓風(fēng)機(jī)預(yù)留15%~25%的風(fēng)量。如縱橫豐南1、2、3、4號高爐,滄州中鐵4號高爐,山西通才1號高爐,山西建龍1、5號高爐,熱風(fēng)爐充壓3~5 min,風(fēng)壓波動值能控制在5kPa以內(nèi)。

圖1 高爐5帶示意圖

如果無法更換高爐鼓風(fēng)機(jī),也可減小充壓閥開度,以限流充壓的方式避免風(fēng)壓波動過大。如滄州中鐵1、2、3號高爐,充壓13min,風(fēng)壓波動值在8~17kPa;山西通才2號高爐充壓15min,呂梁建龍1號高爐充壓 14min,風(fēng)壓波動在10kPa 左右。

1.2 存在的弊端

(1)影響高爐爐況。高爐生產(chǎn)時(shí),軟熔帶對冶煉過程最為關(guān)鍵,是決定爐況穩(wěn)定順行、高產(chǎn)低耗的關(guān)鍵部位[3-4]。如果不采用任何技術(shù)措施,在滿負(fù)荷生產(chǎn)條件下對熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓,風(fēng)壓波動值在60kPa以上,會破壞高爐的軟熔帶,必須經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行,才能重新形成穩(wěn)定的軟熔帶[5]。如此一來,必然會增加高爐的燃料消耗、降低產(chǎn)量。

(2)增加用電成本。以縱橫豐南1號高爐為例,正常風(fēng)量為5 250 m3/min,預(yù)留 13% 為6000m/min,風(fēng)壓440kPa，鼓風(fēng)機(jī)配套電機(jī)38000kW,60min換一次爐,且鼓風(fēng)機(jī)配有變頻器(理論上可節(jié)電40%)。則每小時(shí)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)浪費(fèi)的電量為38000x0.13x0.6=2964kW·h,而生產(chǎn)中變頻器節(jié)電40%很難達(dá)到,實(shí)際浪費(fèi)的電量超過3000kW·h。即便如此,縱橫豐南1號高爐在充壓3 min時(shí),風(fēng)壓降低26kPa,仍然會對爐況產(chǎn)生較大的影響。如果要降低這種影響,需要進(jìn)一步增加預(yù)留風(fēng)量,浪費(fèi)的電量會更多。

(3)減少燒爐時(shí)間。熱風(fēng)爐換爐采用限流充壓,雖然能減小風(fēng)壓波動,但會延長充壓時(shí)間,縮短有效燒爐時(shí)間,不但對風(fēng)溫影響較大,還會降低熱風(fēng)

爐的使用效率。

(4)換爐操作受限。由于高爐生產(chǎn)過程中要求風(fēng)量和風(fēng)壓處于相對穩(wěn)定的狀態(tài),傳統(tǒng)熱風(fēng)爐的換爐操作受到嚴(yán)格控制,操作前必須得到主控室認(rèn)可。并且,換爐操作需按照既定程序,根據(jù)每次換爐時(shí)的具體情況準(zhǔn)確控制閥門開度,包括調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)靜葉開度、調(diào)節(jié)充壓閥開度、觀察熱風(fēng)爐內(nèi)壓力變化、控制充壓時(shí)間、開關(guān)冷熱風(fēng)閥門等多個(gè)步驟。

(5)容易造成設(shè)備故障。一方面,熱風(fēng)爐充壓時(shí),鼓風(fēng)機(jī)負(fù)荷提升,會對機(jī)械及電氣系統(tǒng)造成沖擊,容易造成電網(wǎng)波動;另一方面,熱風(fēng)爐換爐操作中,需頻繁調(diào)整靜葉和防喘閥,容易造成靜葉磨損和防喘閥損壞。此外,在出鐵前進(jìn)行熱風(fēng)爐換爐,有可能造成風(fēng)口倒灌事故。

2 無波動換爐技術(shù)

2.1工藝流程

針對熱風(fēng)爐傳統(tǒng)換爐方式存在的弊端,河南豫興提出一種熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)[6],采用獨(dú)立的供風(fēng)系統(tǒng),由高壓氣罐、空壓機(jī)、調(diào)壓閥組及相關(guān)管道閥門組成。熱風(fēng)爐換爐充壓不用鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)，而是由空壓機(jī)供風(fēng),對熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓,充壓介質(zhì)還是壓縮空氣。改造時(shí),熱風(fēng)爐原工藝及管道可不做調(diào)整,只需將壓縮空氣管連接在冷風(fēng)支管上(冷風(fēng)閥與熱風(fēng)爐之間),在管道上增加1個(gè)液動閥或氣動閥,即可滿足充壓要求。

圖2  熱風(fēng)爐無波動換爐安裝原理圖

熱風(fēng)爐無波動換爐工藝流程如圖1所示。灰色為無波動換爐新增的管道和設(shè)備,空壓機(jī)12、貯氣罐與冷風(fēng)支管相連,在空壓機(jī)12與2號貯氣罐之間有進(jìn)氣閥1,貯氣罐上有安全閥2和排污閥3,在貯氣罐與冷風(fēng)支管之間有減壓閥4、流量計(jì)5和充壓閥8;冷風(fēng)管道上的冷風(fēng)閥10和旁通的充壓閥9不動;在熱風(fēng)爐與冷風(fēng)閥之間的冷風(fēng)支管上設(shè)有壓力傳感器6。

改用熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)后,傳統(tǒng)換爐方式(鼓風(fēng)機(jī)充壓)仍可保留作為備用。即當(dāng)1號熱風(fēng)爐燒完?duì)t需換爐,其冷風(fēng)閥 10 、原均壓閥9為關(guān)閉狀態(tài),打開充壓閥8向1號熱風(fēng)爐向1號熱風(fēng)爐充壓。

2.2 操作步驟

無波動換爐的操作步驟如下:

①將貯氣罐安全閥壓力調(diào)整為1.3MPa,調(diào)整貯氣罐出口減壓閥后的壓力,比冷風(fēng)壓力高0.05 MPa。

②空壓機(jī)連續(xù)工作,對兩個(gè)貯氣罐進(jìn)行充壓,當(dāng)貯氣罐壓力達(dá)到1.3MPa時(shí),具備充壓條件。

③充壓前,進(jìn)氣閥1、安全閥2、減壓閥4是常開狀態(tài),充壓閥8保持關(guān)閉狀態(tài)。

④當(dāng)熱風(fēng)爐需要充壓時(shí),打開氣動或液動充壓閥,用貯氣罐中的壓縮空氣進(jìn)行充壓,充壓期間空壓機(jī)保持工作。即當(dāng)1號熱風(fēng)爐燒完?duì)t準(zhǔn)備換爐時(shí)，其冷風(fēng)閥10 為關(guān)閉狀態(tài),由于閥門兩側(cè)壓力相差大而打不開,此時(shí)原均壓閥9 關(guān)閉,打開壓縮空氣管上的充壓閥8,向1號熱風(fēng)爐充壓。

⑤當(dāng)熱風(fēng)爐內(nèi)壓力與冷風(fēng)壓力相等時(shí),停止充壓,關(guān)閉氣動或液動充壓閥,熱風(fēng)爐進(jìn)行相關(guān)操作。

⑥熱風(fēng)爐充壓后,貯氣罐壓力降低,空壓機(jī)繼續(xù)工作,準(zhǔn)備下一次充壓。

2.3 技術(shù)優(yōu)勢

熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)除了不會引起風(fēng)壓波動外,還具有以下優(yōu)勢:

(1)可避免風(fēng)口倒灌。熱風(fēng)爐換爐采用鼓風(fēng)機(jī)充壓會引起風(fēng)壓突然降低,如果鐵水罐未到位,在高爐快出鐵時(shí)換爐,風(fēng)壓突然降低會引起風(fēng)口倒灌[7]。因此,目前的熱風(fēng)爐換爐必須受高爐主控室控制。采用無波動換爐技術(shù)后,熱風(fēng)爐換爐不會引起風(fēng)壓突然降低,從而可避免風(fēng)口倒灌事故的發(fā)生。

(2)可實(shí)現(xiàn)全自動換爐。采用熱風(fēng)爐無波動換爐不會引起風(fēng)壓波動,混風(fēng)調(diào)節(jié)閥和風(fēng)量調(diào)節(jié)閥可由高爐主控室直接控制。熱風(fēng)爐可采用定時(shí)或定溫全自動換爐,全自動操作保證按時(shí)換爐,以實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)溫度的穩(wěn)定。比如:高爐要求風(fēng)溫1250℃,熱風(fēng)爐拱頂溫度燒到1350℃開始送風(fēng),混風(fēng)閥自動開大以保證風(fēng)溫,在送風(fēng)過程中混風(fēng)閥自動關(guān)小,當(dāng)混風(fēng)閥關(guān)閉且無法滿足風(fēng)溫時(shí),進(jìn)行自動換爐,確保送風(fēng)后期的風(fēng)溫,不會出現(xiàn)延時(shí)換爐的情況。無波動換爐有利于穩(wěn)定熱風(fēng)溫度,延長熱風(fēng)爐的壽命。

(3)可提高風(fēng)溫。對于滿負(fù)荷生產(chǎn)的高爐,熱風(fēng)爐傳統(tǒng)換爐需要13 ~15min充壓,占用了熱風(fēng)爐的燒爐時(shí)間,降低了其蓄熱能力,采用無波動換爐技術(shù)可增加燒爐時(shí)間,提高送風(fēng)溫度。

(4)可提高生鐵產(chǎn)量。采用熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)后,高爐穩(wěn)定順行,有利于提產(chǎn)降耗。對于已建成的高爐,如果已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)行,熱風(fēng)爐采用熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù),可將充壓的富余風(fēng)量用于煉鐵,風(fēng)量與熱風(fēng)爐的大小、數(shù)量有關(guān),一般可增產(chǎn)0.3%~0.5%。對于富余15%~25%風(fēng)量的高爐,產(chǎn)量可提高很多。

(5)可降低投資。對于新建高爐,采用熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù),鼓風(fēng)機(jī)不用考慮富余風(fēng)量,其設(shè)備投資在扣除空壓機(jī)費(fèi)用后,可減少投資10%以上。以縱橫豐南1號高爐為例,原鼓風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量為38000kW,若采用熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù),裝機(jī)容量僅需 33250+400=33650kW,加上變頻器等配套設(shè)備,至少可節(jié)約投資11%。

3 應(yīng)用案例
 

以呂梁建龍1800m高爐為例,配套的3座熱風(fēng)爐采用“兩燒一送”運(yùn)行方式,單爐送風(fēng)時(shí)間45min，熱風(fēng)爐換爐使用高爐冷風(fēng)進(jìn)行充壓,為降低充壓時(shí)對風(fēng)壓的影響(<10kPa),減小充壓閥開度,充壓時(shí)間 14min,換爐時(shí)間約18min。極大地縮短了熱風(fēng)爐的蓄熱時(shí)間,導(dǎo)致熱風(fēng)爐不能發(fā)揮最佳狀態(tài),嚴(yán)重制約了高爐節(jié)能降耗。采用熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)后,換爐時(shí)間從18min 縮短到5min,風(fēng)溫從1170℃提高到1210℃,高爐運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線的波動明顯減少(見圖2),生鐵質(zhì)量得到明顯提高[8]。

無波動換爐系統(tǒng)使用前高爐運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線               無波動換爐系統(tǒng)使用后高爐運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線

圖4 無波動換爐系統(tǒng)使用前后高爐運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線圖

呂梁建龍1800m高爐采用熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)后,每年新增利潤計(jì)算如下。

一是,延長了熱風(fēng)爐的燒爐時(shí)間,可提高風(fēng)溫20℃,降低焦比05%,以焦比520kg/t計(jì)算,焦比降低2.6 kg/t;以日產(chǎn)量4500t/d計(jì)算,可節(jié)焦11.7t/d,年節(jié)焦4095t/a,按焦炭價(jià)格2500元/t,每年節(jié)約焦炭價(jià)格1023.75萬元。

二是,用壓縮空氣代替冷風(fēng)充壓,相當(dāng)于增大了風(fēng)量，可增加日產(chǎn)量44 t/d,可增加產(chǎn)鐵量15400t/a,生鐵利潤按150元/t,每年可增加利潤

231萬無。

三是,利用壓縮空氣進(jìn)行充壓,每次充壓需要壓縮空氣1600m,壓縮空氣成本為0.1元/m。熱風(fēng)爐每次充壓成本為160元,每40min換一次爐,每年壓縮空氣花費(fèi)201.6萬元。

綜上所述,每年利潤合計(jì)為1023.75+231-201.6=1053.15萬元。而熱風(fēng)爐無波動換爐技術(shù)改造投資額為350萬元(空壓站利舊),回收期僅4個(gè)月。

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