提高高爐煤氣利用率的生產(chǎn)實(shí)踐

李 強(qiáng)， 汪 克， 李繼鋒

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠， 山東 濟(jì)南 271104）

近年來，我國鋼鐵市場(chǎng)的發(fā)展情況愈發(fā)嚴(yán)峻，各大企業(yè)開始積極探索高爐制造技術(shù)革新，提高鋼鐵企業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。其中高爐燃燒設(shè)備是我國鋼鐵工業(yè)能源主要消耗品中所占比重較大的大型高爐冶煉設(shè)備，降低使用高爐設(shè)備冶煉的原材料生產(chǎn)成本，已逐漸成為鋼鐵企業(yè)的革新關(guān)鍵[1]。而科學(xué)分配高爐煤氣密度與分布情況，是有效提高高爐中的煤氣和水資源綜合利用率的重要工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)與保證。

1 提高高爐煤氣利用率的影響因素

1.1 煤粉影響

高煤比的優(yōu)化是我國高爐復(fù)合煉鐵技術(shù)不斷進(jìn)步的充分體現(xiàn)。在改善高爐煉焦煤比工作的過程中，由于煉焦煤粉的持續(xù)燃燒，容易導(dǎo)致焦炭層的磨損程度加深，促使氣體流開發(fā)受阻，從而使氣流橫向發(fā)展，此外往往還伴隨著氣蝕控制、氣利用率低、燃料比上升和高爐積塵量增加等。在高煤比條件下，解決煤粉燃燒速率問題是提高煤氣利用率的重要手段之一。在目前煤粉生產(chǎn)條件下，通過采取適當(dāng)?shù)母谎?、高溫風(fēng)、控制合理的煤粉理論燃燒溫度等措施，可以大大提高煤粉的理論燃燒效率。

1.2 富氧影響

富氧的目的是提高冶煉強(qiáng)度，增加高爐的產(chǎn)量，空氣在焦炭燃燒中會(huì)消耗大量氧氣，富氧后高爐氧氣含量增加，空氣量便會(huì)有所減少。由于風(fēng)量的減小，鼓風(fēng)中N2含量降低，頂氣量隨著富氧速率的增加而減小。富氧后，鼓風(fēng)中N2含量的降低和理論燃燒溫度的升高大大加速了碳的燃燒過程。富氧率為6.82%時(shí)，理論燃燒溫度提高了231 ℃（1.18%）。富氧率為6.82%時(shí)，爐膛煤氣中φ（CO）會(huì)大幅增加。富氧對(duì)瓦斯利用影響不大，但由于爆破N2含量的降低，頂部瓦斯中φ（CO2）增大。

1.3 壓力影響

高爐燃?xì)膺^程中會(huì)產(chǎn)生較大壓力，這些壓力會(huì)在管道之中來回流通，稍有不慎，就會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)壓力過大，引發(fā)各種安全事故。當(dāng)管道中的壓力與頂部壓力產(chǎn)生交集后，高爐內(nèi)部的實(shí)際壓力便會(huì)大幅增長，使?fàn)t內(nèi)條件不穩(wěn)，在局部位置形成氣流，從而導(dǎo)致燃料比例大幅增長，影響氣體利用率。因此，應(yīng)考慮對(duì)運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以消除其對(duì)利用率的影響。

2 提高高爐煤氣利用率的生產(chǎn)實(shí)踐途徑

2.1 積極擬定改造方案

以某公司為例，該公司目前存在3 座1 080 m3大型高爐，3 套25 MW 發(fā)電煤氣風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，1 套65 MW 發(fā)電煤氣風(fēng)力發(fā)電機(jī)組以及其他多套使用發(fā)電煤氣的大型生產(chǎn)加工設(shè)備。在對(duì)其進(jìn)行煤氣改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注重以下幾個(gè)方面：

1）高爐上的煤氣經(jīng)高爐加壓并經(jīng)混合后送入各高爐煤氣管道。攪拌后，高爐煤氣管道管網(wǎng)的余熱供應(yīng)壓力約為10.6～11.6 kPa，與高爐煤氣管道安裝時(shí)存在動(dòng)態(tài)恒溫?zé)嶂禃r(shí)相同，利用少量液化氣體的混合氣體，測(cè)定高爐和高爐中用于減少氣態(tài)發(fā)生器各階段熱間隔的氣體混合物不同部位的氣體動(dòng)態(tài)熱含量，保證煤氣混合使用的高爐煤氣各項(xiàng)動(dòng)態(tài)熱值含量完全符合煤氣加熱發(fā)電機(jī)組所用高爐煤氣的實(shí)際煤氣性能標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2）加熱回流交換系統(tǒng)回收來自高爐鼓風(fēng)機(jī)的廢熱，在系統(tǒng)上，高爐風(fēng)機(jī)內(nèi)部熱量設(shè)置在高爐燃燒器燃?xì)夤艿琅c燃?xì)鉄焽柚g，而高爐煙氣燃燒風(fēng)機(jī)余熱回收直接對(duì)應(yīng)高爐供熱改造后換熱系統(tǒng)的再生階段，高爐鼓風(fēng)機(jī)流動(dòng)交換系統(tǒng)由高爐鼓風(fēng)機(jī)回收煙氣余熱，高爐換熱布置會(huì)直接影響發(fā)電煤氣鼓風(fēng)機(jī)省煤器、鼓風(fēng)機(jī)等位置的溫度加熱設(shè)備，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)發(fā)電煤氣鼓風(fēng)機(jī)省煤器、鼓風(fēng)機(jī)等位置的發(fā)電設(shè)備產(chǎn)生不利的高爐換熱效應(yīng)。高爐煙氣余熱回收安裝位置如下頁圖1 所示。

圖1 高爐煙氣余熱回收安裝圖

2.2 適當(dāng)調(diào)整相關(guān)制度

結(jié)合使用高爐自身性能特點(diǎn)及高爐現(xiàn)有的原料和燃料使用條件，逐步研究合理的最佳高爐煤氣和水流資源分布布置方式[3]，以保證高爐中心氣流充足、適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流。這樣就充分保證了高爐實(shí)際爐況的平穩(wěn)順行，為提高煤氣利用率創(chuàng)造了良好條件。具體措施如下：

1）大幅減小進(jìn)口鼓風(fēng)風(fēng)道面積，提高臥式鼓風(fēng)機(jī)傳動(dòng)能。深爐的氣缸要求一次鼓風(fēng)氣流動(dòng)能充足，爐缸鼓風(fēng)才能活躍。然而，高爐缸鼓風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)能力偏小，風(fēng)壓一般只能維持到230 kPa。為有效保證使用高爐原料入爐的鼓風(fēng)量，并同時(shí)滿足一次鼓風(fēng)氣流動(dòng)能的充足需要, 通過對(duì)高爐進(jìn)行長期研究摸索，采用中Φ120 mm 的高爐風(fēng)口互相轉(zhuǎn)換搭配的一種靈活方式，將原料進(jìn)出爐風(fēng)口的面積從0.142 m2逐漸擴(kuò)大到0.149 m2，取得了很好的深爐缸鼓風(fēng)效果。

2）定期校正高爐風(fēng)口，設(shè)置中套，采用斜對(duì)角風(fēng)口。由于高爐入爐后的原料有害金屬雜質(zhì)多，這些有害雜質(zhì)元素對(duì)高爐風(fēng)口中套組合的爐磚材料侵蝕較大，使高爐原料風(fēng)口自2009 年以后不斷向上翹，這就導(dǎo)致高爐的一次鼓風(fēng)氣流動(dòng)能不完全集中，中心鼓風(fēng)氣流供應(yīng)不足。針對(duì)這種實(shí)際情況，對(duì)高爐采取定期校正高爐風(fēng)口中套及定期使用斜對(duì)角風(fēng)口的校正方法，將高爐風(fēng)口旋轉(zhuǎn)角度由0°左右調(diào)整為斜5°，再到斜7°。這些校正措施可以使高爐的一次鼓風(fēng)氣流的角度分布更加合理，為高爐中其他材料的調(diào)劑奠定基礎(chǔ)。

2.3 科學(xué)確定排灰時(shí)間

布袋除塵器需要每3 h 供應(yīng)一次，每次供應(yīng)都需將爐內(nèi)灰塵產(chǎn)生的熱量進(jìn)行排除，在充分考慮排灰、合理的周期和減少熱損失的情況下，1 個(gè)排灰操作間隔6 h，整個(gè)過程中產(chǎn)生的所有灰塵都將儲(chǔ)存在除塵器之中。

2.4 適當(dāng)調(diào)整冷卻結(jié)構(gòu)

高爐冷卻系統(tǒng)的調(diào)整也叫集中調(diào)整，主要用來保護(hù)高爐襯殼以及保持合理的操作爐型，對(duì)保證高爐的穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。高爐爐體大部分采用密集冷卻板冷卻結(jié)構(gòu)，冷卻效果極佳，并采用分段供水方式，這為集中調(diào)節(jié)創(chuàng)造了有利條件。在日常運(yùn)行中，集中調(diào)整基本原則是嚴(yán)格控制純水間的溫差，以保證穩(wěn)定的熱流強(qiáng)度。由于高爐原燃料極不穩(wěn)定，高爐爐體熱負(fù)荷變化較大，當(dāng)由原燃料波動(dòng)導(dǎo)致渣皮厚度變化，易引起沿邊氣流異常，此時(shí)需及時(shí)調(diào)整冷卻強(qiáng)度，保持合理的操作爐型，從而保證高爐的平穩(wěn)運(yùn)行，為提高煤氣利用率創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。

3 結(jié)語

通過加強(qiáng)高爐煙氣中剩余熱量的回收，使高爐煤氣的剩余熱能資源得到全面有效的回收利用，企業(yè)經(jīng)濟(jì)潛力得到進(jìn)一步的充分挖潛，公司生產(chǎn)運(yùn)行及運(yùn)營成本大幅度降低，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益大幅度提升，同時(shí)對(duì)我國環(huán)境資源保護(hù)工作做出積極貢獻(xiàn)。高爐企業(yè)煤氣綜合利用率的穩(wěn)步提升，對(duì)今后穩(wěn)步提高我國高爐企業(yè)煤氣綜合利用率具有一定的政策指導(dǎo)意義。