本鋼煉鐵廠高風(fēng)溫實(shí)踐

供稿|吳 軍 / WU Jun

本鋼煉鐵廠現(xiàn)有4座高爐，配備14座熱風(fēng)爐。在2009年前，煉鐵廠風(fēng)溫偏低，平均風(fēng)溫在1100℃左右，與國(guó)內(nèi)行業(yè)先進(jìn)水平存在較大差距。高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、低耗是現(xiàn)代化高爐煉鐵的發(fā)展方向，高風(fēng)溫對(duì)高爐提高噴煤、降低焦比起著至關(guān)重要的作用。本文針對(duì)制約提高供風(fēng)溫能力的因素，進(jìn)行了客觀的分析，并采取相關(guān)的切實(shí)可行的措施，風(fēng)溫得到穩(wěn)步提升，到2013年末，煉鐵廠平均風(fēng)溫達(dá)到1200℃，同時(shí)積累寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

煉鐵廠熱風(fēng)爐概況

本鋼煉鐵廠自2001年開始相繼淘汰落后產(chǎn)能及高爐易地大修，現(xiàn)有4座高爐，配備14座熱風(fēng)爐，具體參數(shù)見表1。

制約提高風(fēng)溫的因素分析及采取的措施

調(diào)整燒爐參數(shù)統(tǒng)一，強(qiáng)化操作

因?yàn)楦鞲郀t熱風(fēng)爐均未配置安裝自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)，完全依賴崗位操作人員自行調(diào)控，操作人員的素質(zhì)及主觀能動(dòng)性在燒爐蓄熱操作過程中起很重要作用。另外，設(shè)備的固有缺陷，對(duì)風(fēng)溫的供給差別很大，這也是風(fēng)溫不高的主要原因。針對(duì)這種情況，廠部、車間采取如下措施：①、加強(qiáng)對(duì)操作人員的技術(shù)培訓(xùn)(每周1次)；②、轉(zhuǎn)變職工觀念，使職工充分意識(shí)到風(fēng)溫對(duì)高爐煉鐵的重要作用；③、嚴(yán)肅操作紀(jì)律，加強(qiáng)考核評(píng)比；④、固定煤氣量2300 m3/min，合理設(shè)定空燃比，確保煙氣中含氧量在0.5%～0.8%。這樣各參數(shù)得到保證，尤其在裝備水平不高時(shí)，此工作尤為重要。

表1 煉鐵廠熱風(fēng)爐技術(shù)參數(shù)

凈化煤氣含水量大，導(dǎo)致煤氣熱值低

煉鐵廠4座高爐煤氣凈化均為濕式除塵，凈化后要求煤氣參數(shù)為：含塵量≤5 mg/m3，機(jī)械含水量≤7 g/m3，溫度40～60 ℃。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于洗滌水質(zhì)、水溫、水量及脫水效果等多種原因造成凈煤氣含水量接近25 g/m3，煤氣熱值低，影響風(fēng)溫。

◆ 煤氣含水量對(duì)煤氣發(fā)熱值的影響

在飽和水不超過10%(80 g/m3)范圍內(nèi)，水分每增加1%(約8 g/m3)，Qdw(低位發(fā)熱值)降低約33.5 kJ/m3，t理(理論燃燒溫度)降低約8.5 ℃。機(jī)械水不但有與飽和水同樣的影響，而且還有汽化潛熱。每立方煤氣中含1 g機(jī)械水的汽化潛熱為2.3 kJ，煤氣中每增加1%的機(jī)械水，相當(dāng)于煤氣發(fā)熱量降低2.3×8=18.4 kJ。綜述，煤氣中每增加1%的機(jī)械水，Qdw就降低了33.5＋18.4 =51.9 kJ。

◆ 針對(duì)煤氣含水量大，采取的措施。

①加強(qiáng)煤氣洗滌后的脫水，保證在壓損(阻損)前提下，利用高爐休風(fēng)檢修機(jī)會(huì)，適當(dāng)增加填料，提高脫水的能力。

②在凈化煤氣管道增設(shè)脫水水封桶。

③降低煤氣溫度，通過增大洗滌水量配兌低溫新水，降低含水量。

在采取上述措施后，煤氣質(zhì)量得到改善，在進(jìn)換熱器前煤氣溫度35～40 ℃，含水量在10 g/m3以下，風(fēng)溫得到初步提高，平均風(fēng)溫穩(wěn)定在1130 ℃。

熱風(fēng)爐風(fēng)機(jī)及煤氣管網(wǎng)改造

◆ 熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)能力分析及改造

煉鐵廠六號(hào)高爐、七號(hào)高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)實(shí)際能力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，且設(shè)計(jì)之初風(fēng)機(jī)選型偏小，表2為煉鐵廠4座高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)(風(fēng)機(jī)銘牌參數(shù))。

表2 煉鐵廠4座熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)參數(shù)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，六號(hào)爐助燃風(fēng)機(jī)實(shí)際最大風(fēng)量為2600 m3/min，七號(hào)爐助燃風(fēng)機(jī)實(shí)際最大風(fēng)量為2600 m3/min。考慮到霍戈文內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燃燒室為眼睛型、燃燒器為矩型，混合燃燒效果不好，燃燒實(shí)際空燃比為0.68時(shí)燃燒效果最好，每座熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)燃燒時(shí)煤氣量為2300 m3/min，而且是兩燒一送操作制度，在空氣壓力滿足情況下，熱風(fēng)爐空氣需要量為2300×0.68×2=3128 m3/min，據(jù)此每座高爐熱風(fēng)爐實(shí)際助燃空氣量應(yīng)大于3128 m3/min，才可以保證每座高爐熱風(fēng)爐能夠燃燒2300×2=4600 m3/min的煤氣流量?，F(xiàn)有風(fēng)機(jī)能力明顯不足。

針對(duì)六號(hào)、七號(hào)高爐助燃風(fēng)機(jī)實(shí)際能力小，滿足不了同時(shí)燃燒兩座熱風(fēng)爐的情況，根據(jù)設(shè)計(jì)及實(shí)際煤氣用量，重新設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)參數(shù)，新風(fēng)機(jī)參數(shù)為：風(fēng)量2×105m3/h，全風(fēng)壓12.5 kPa。2013年4月末，七號(hào)高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)完成改造，投入運(yùn)行，2013年10月，六號(hào)高爐熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)完成改造，投入運(yùn)行，滿足燒爐要求。

◆ 高爐煤氣壓力和流量分析

六爐、七爐熱風(fēng)爐均為兩燒一送送風(fēng)制度，高爐煤氣流量應(yīng)滿足同時(shí)燒4座熱風(fēng)爐(煤氣流量為2300×4 m3/min)，煤氣壓力在7～9 kPa。實(shí)際情況是,在六爐、七爐同時(shí)燒兩座熱風(fēng)爐，煤氣調(diào)節(jié)全開，每座高爐煤氣流量?jī)H在3500 m3/min左右，且煤氣壓力常在4.5～6 kPa之間。從煉鐵廠區(qū)域煤氣管網(wǎng)布置圖(圖1)中可以看出，煉鐵廠煤氣管網(wǎng)布置存在缺陷，缺少煤氣緩沖裝置(煤氣柜)。新1號(hào)高爐建設(shè)時(shí)未考慮煤氣柜，建設(shè)投產(chǎn)后，舊煤氣柜壞，又無位置建新煤氣柜，只能用燃?xì)忮仩t增減煤氣量來緩沖。另外，考慮環(huán)保節(jié)能，減少放散，所以熱風(fēng)爐點(diǎn)、撤爐時(shí)煤氣壓力和流量波動(dòng)大。六爐、七爐煤氣入口位于管網(wǎng)中末端，用量大且集中，壓力降明顯，特別是在冬季，各解凍庫(kù)相繼開啟，煤氣用量陡增，且為固定量用戶，熱風(fēng)爐不但用量大，且為間歇用戶，換爐后點(diǎn)爐時(shí)，煤氣量、壓力不足，無法實(shí)現(xiàn)兩燒一送。

實(shí)際鐵廠4座高爐正常生產(chǎn)應(yīng)保證同時(shí)燃燒6～7座熱風(fēng)爐，但各爐煤氣壓力偏差很大，如表3所示。

◆ 針對(duì)煤氣流量、壓力不足，采取的應(yīng)對(duì)措施

由于煤氣管網(wǎng)布置的結(jié)構(gòu)性問題，經(jīng)過實(shí)際及設(shè)計(jì)方論證，在六號(hào)爐、七號(hào)爐主管與新1號(hào)主管安裝φ1800 mm聯(lián)通管來徹底解決(安裝兩個(gè)控制閘閥，波紋伸縮管，放散閥)，保證煤氣量。

表3 各高爐煤氣壓力

圖1 煉鐵廠區(qū)域煤氣管網(wǎng)布置圖

在煤氣管網(wǎng)缺陷沒有得到解決的情況下，在六號(hào)爐、七號(hào)爐生產(chǎn)中從操作制度上采取了一些積極應(yīng)對(duì)措施。

①在煤氣量充足時(shí)，在保證盡可能高的拱頂溫度，將助燃風(fēng)機(jī)風(fēng)量用盡，固定空氣量，燃燒的兩座熱風(fēng)爐不分主次；

②在煤氣量不足時(shí)，固定最大煤氣量，調(diào)整助燃空氣量；

③因熱風(fēng)爐蓄熱量不足，兩燒一送工作制，換爐時(shí)風(fēng)溫波動(dòng)大(高達(dá)80 ℃)，影響高爐且混兌冷風(fēng)量大，據(jù)實(shí)際操作，調(diào)整為半交叉并聯(lián)操作制度，且雙送時(shí)關(guān)閉混風(fēng)調(diào)節(jié)閥，單送時(shí)開混風(fēng)調(diào)節(jié)閥，這樣混入冷風(fēng)量最少，而且風(fēng)溫在次高點(diǎn)上，風(fēng)溫逐漸提高到1170 ℃。

聯(lián)通管在2013年5月中旬投入運(yùn)行，各爐煤氣壓力平穩(wěn)，根除了六號(hào)、七號(hào)高爐煤氣壓力低的制約瓶頸，保證了熱風(fēng)爐蓄熱所需煤氣量。

熱風(fēng)爐換熱器使用情況分析

煉鐵廠4座高爐熱風(fēng)爐均配置熱管換熱器，其中新1號(hào)高爐、五號(hào)高爐換熱器預(yù)熱效果與設(shè)計(jì)偏差較小，但六號(hào)、七號(hào)高爐換熱器效果很差，已過使用年限，介質(zhì)缺失，管束積灰結(jié)垢，僅起脫水作用。

表4 高爐熱風(fēng)爐換熱器原始設(shè)計(jì)參數(shù)

表4中所有溫度均顯示為波浪型曲線(煤氣、空氣入口溫度除外)，因?yàn)?座熱風(fēng)爐煤采用“兩燒一送”工作制，導(dǎo)致煤氣、空氣出口溫度達(dá)到176 ℃時(shí)，兩座熱風(fēng)爐的煙氣流量和兩座熱風(fēng)爐煙氣的溫度均達(dá)到峰值(煙氣熱量最多)。當(dāng)兩座熱風(fēng)爐燃燒，煙氣熱量最少時(shí)，煤氣、空氣出口溫度為110 ℃左右，因此煤氣、空氣出口溫度平均為140 ℃(110～176℃)左右，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)還要考慮北方季節(jié)原因，煙氣始溫冬、夏兩季在170～210 ℃之間。

實(shí)際數(shù)據(jù)顯示，空氣預(yù)熱溫度相差50 ℃左右(以50 ℃計(jì)算)，煤氣預(yù)熱溫度相差60 ℃(以60 ℃計(jì)算)，助燃空氣溫度每提高100 ℃，理論燃燒溫度提高30 ℃；煤氣溫度每提高100 ℃，理論燃燒溫度提高50 ℃，熱效率按照0.75計(jì)算理論燃燒溫度可提高(15+30)×0.75=34 ℃，折算提高拱頂溫度為25 ℃(熱效率為0.8)，再折算成風(fēng)溫(熱效率為0.75)，風(fēng)溫提高20 ℃。折合焦比，按提高風(fēng)溫100 ℃噸鐵節(jié)約焦碳8 kg(1150～1200 ℃)，則提高20 ℃風(fēng)溫噸鐵可降焦比1.6 kg，目前每噸焦碳1800元，該高爐按日產(chǎn)鐵6800 t算，該高爐每年(按年生產(chǎn)350天)可節(jié)焦為：1.6×1.8×6800×350=685.44萬元。

表5 六號(hào)、七號(hào)高爐熱風(fēng)爐換熱器時(shí)間運(yùn)行數(shù)據(jù)

在2012年第3季度對(duì)七號(hào)高爐熱風(fēng)爐換熱器進(jìn)行改造，更換了換熱器介質(zhì)管束，重新填裝介質(zhì)，改造后，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，七號(hào)高爐風(fēng)溫提高約30℃，風(fēng)溫至1200℃。六號(hào)高爐熱風(fēng)爐換熱器正在計(jì)劃改造。

新1號(hào)高爐提高風(fēng)溫實(shí)踐

◆ 對(duì)熱風(fēng)爐燃燒蓄熱操作制度進(jìn)行改進(jìn)

新1號(hào)高爐設(shè)計(jì)采用三燒一送工作制，為避免三座熱風(fēng)爐同時(shí)燃燒時(shí)煤氣用量過大，燃燒蓄熱共分前、中、后期，煤氣量遞減幅度為400 m3/min，導(dǎo)致熱風(fēng)爐蓄熱量不足，換爐時(shí)風(fēng)溫波動(dòng)大，低點(diǎn)溫差50 ℃，且換爐次數(shù)漸提至12次，且廢氣快，惡性循環(huán)。為了保證風(fēng)溫平穩(wěn)，降低工作強(qiáng)度，逐漸調(diào)整兩燒兩送交叉并聯(lián)操作制度，固定煤氣量在2250 m3/min，風(fēng)溫逐漸提至1180～1200 ℃。

◆ 富化煤氣

煉鐵廠于2010年調(diào)整了廠區(qū)焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)，提高了新1號(hào)高爐區(qū)域焦?fàn)t煤氣管網(wǎng)壓力至13～15 kPa，通過混合站與高爐煤氣充分混合，供熱風(fēng)爐燒爐。同時(shí)制定嚴(yán)格的操作制度及相關(guān)的安全要求，正常工作狀態(tài)時(shí)，煙氣中含氧量為0.5%～0.8%，換爐過程中，必須及時(shí)調(diào)整減小焦?fàn)t煤氣量，杜絕拱頂溫度超過1450 ℃，隨著焦?fàn)t煤氣富化量逐步提高至220 m3/min，新1號(hào)高爐風(fēng)溫提高至1250℃。

高爐煤氣利用率

隨著煤氣利用率的提高，焦比、燃料比的降低，勢(shì)必導(dǎo)致高爐煤氣CO含量降低，高爐煤氣熱值降低，影響風(fēng)溫。為了保證風(fēng)溫，在加強(qiáng)操作的前提下，必須合理增加煤氣量。

取得的風(fēng)溫成果

在經(jīng)過一系列技術(shù)改造和實(shí)踐操作制度的改進(jìn)后，煉鐵廠4座高爐的平均風(fēng)溫逐步穩(wěn)定的提升，為高爐穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、低耗提供了高風(fēng)溫保障。圖2為煉鐵廠4座高爐近6年實(shí)際風(fēng)溫曲線。

圖2 煉鐵廠4座高爐近6年實(shí)際風(fēng)溫曲線

未來提高風(fēng)溫應(yīng)采取的一些技術(shù)改造及制約風(fēng)溫的因素

目前煉鐵廠風(fēng)溫雖然保持較高的水平，如果采取一些設(shè)備和技術(shù)上的改造，風(fēng)溫還有進(jìn)一步提高的空間，但是風(fēng)溫要提高至1250 ℃，還有一些制約因素。

進(jìn)一步提高風(fēng)溫采取的設(shè)備和技術(shù)改造

①增加自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)。

②對(duì)六號(hào)、七號(hào)高爐煤氣進(jìn)行富化。

③配前置加熱爐、板式換熱器。

風(fēng)溫提高至1250 ℃的制約因素

① 現(xiàn)五號(hào)高爐熱風(fēng)爐與2050 m3高爐匹配，設(shè)計(jì)風(fēng)溫、風(fēng)壓不高，2001年五號(hào)高爐擴(kuò)容大修利舊，熱風(fēng)爐老化嚴(yán)重，各部位鋼甲及耐火材料損壞較重，爐頂箱型鋼梁多處開焊，制約了風(fēng)溫的提高。

② 六、七高爐熱風(fēng)爐格子磚龜裂掉磚，尤其是七爐1#、2#熱風(fēng)爐掉磚情況嚴(yán)重，影響燃燒蓄熱效果。

③ 各高爐熱風(fēng)爐普遍存在拱頂局部鋼甲及熱風(fēng)里外短節(jié)溫度過高，達(dá)到500 ℃，鋼甲開焊頻繁，雖經(jīng)壓漿、加固，仍未根除，制約風(fēng)溫提高。

結(jié) 語(yǔ)

近幾年，通過一系列的設(shè)備和技術(shù)改造，并在實(shí)際操作中進(jìn)行不斷摸索和探討，煉鐵廠風(fēng)溫逐年穩(wěn)步提升，積累了一些切實(shí)可行的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，還存在著諸多制約進(jìn)一步提高風(fēng)溫的不利因素，需進(jìn)一步進(jìn)行資金的投入和改造。

①風(fēng)溫提高過程中，不僅是高爐接受，還必須考慮整個(gè)送風(fēng)系統(tǒng)至風(fēng)口的承受能力，應(yīng)逐步提高風(fēng)溫，避免出現(xiàn)燒穿事故發(fā)生。

②以目前的能源狀況，新建、改擴(kuò)建高爐，應(yīng)采用干法除塵，不但減少煤氣物理熱的損失，而且煤氣熱值提高；最好采用頂燃式熱風(fēng)爐，但要考慮燃燒器的使用壽命及熱風(fēng)出口溫度過高管道應(yīng)力問題。

③新建、改擴(kuò)建高爐配置熱風(fēng)爐，應(yīng)充分考慮主要輔助設(shè)備：燃燒器、助燃風(fēng)機(jī)、換熱器、凈煤氣管網(wǎng)布置及燃?xì)獾姆N類、質(zhì)量與高風(fēng)溫的匹配。

④強(qiáng)化設(shè)備巡、點(diǎn)檢的作用，關(guān)鍵部位應(yīng)安裝攝像頭、測(cè)溫點(diǎn)，確保熱風(fēng)爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。

⑤優(yōu)化余熱回收，盡可能選用換熱效率高的換熱器，如板式換熱器。

⑥強(qiáng)化職工業(yè)務(wù)素質(zhì)及職業(yè)素養(yǎng)的培訓(xùn)。