高爐區(qū)域氣體介質(zhì)和電能綜合利用改造

袁亞利

（宣化鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，河北張家口075100）

1 存在的主要問題

宣鋼4#高爐2005年10月投產(chǎn)，容積為1800m3，2011年9月受市場(chǎng)影響，全國(guó)高爐限產(chǎn)，4#高爐退出運(yùn)行系列，進(jìn)行4#高爐中修，2012年4月投產(chǎn)，3#高爐大修改造擴(kuò)容為2000m3，經(jīng)過大修改造于2011年6月投產(chǎn)，高爐爐頂設(shè)備采用西冶的并罐式無(wú)料鐘裝料設(shè)備，氣密箱采用水冷氮風(fēng)冷卻方式和密封方式，爐前除塵采用兩臺(tái)風(fēng)機(jī)分別控制不同除塵點(diǎn)的方式，一臺(tái)采用變頻調(diào)速控制，一臺(tái)采用液力耦合器調(diào)速控制，沖渣、水泵站和管廊溝都沒有進(jìn)行新建筑，新建噴煤設(shè)備、空壓機(jī)及空壓機(jī)水泵站，熱風(fēng)爐采用卡魯金式頂燃式熱風(fēng)爐，各閥控制采用全液壓控制等。在生產(chǎn)過程中3#、4#高爐區(qū)域部分設(shè)備暴露出可靠性和精確性不足及部分設(shè)計(jì)施工缺陷，使能源介質(zhì)消耗增高，主要表現(xiàn)在：

1.1 氣（汽）體消耗量高

1.1.1 4#高爐氮?dú)庀到y(tǒng)存在調(diào)節(jié)閥不能滿足需求，影響氮?dú)庀到y(tǒng)正常工作的情況，需要進(jìn)行改造，同時(shí)由于4#高爐噴煤在生產(chǎn)過程中存在噴吹罐存在著流化波動(dòng)大，造成煤粉噴吹不勻產(chǎn)生脈動(dòng)現(xiàn)象，必須進(jìn)行加大氮?dú)饬亢蛪嚎s空氣量才能滿足高爐生產(chǎn)需要，氮?dú)庀拇笮枰脑臁?/p>

1.1.2 4#高爐由于冬季保溫設(shè)施的不合理，造成冬季蒸汽消耗量較大，需要通過優(yōu)化蒸汽管網(wǎng)和設(shè)備改造節(jié)約蒸汽消耗量。

1.1.3 原設(shè)計(jì)氣密箱水冷氮風(fēng)系統(tǒng)退水采用開式“U”型水封，投產(chǎn)后頂壓上升到180k Pa時(shí)即被擊穿，前期休風(fēng)時(shí)對(duì)“U”型水封進(jìn)行了改造，增加脫氣罐和平衡管，取得了一定的效果。但是氮?dú)鈮毫Σ环€(wěn)定還經(jīng)常出現(xiàn)水封被擊穿的現(xiàn)象。為保證氣密箱溫度不高于50℃并且保證氣密箱密封效果，還不能減小氮?dú)鈮毫土髁恐担@樣就會(huì)造成氮?dú)獾拇罅客馀?，浪費(fèi)資源。鑒于這種進(jìn)退維谷的現(xiàn)狀，需要對(duì)氣密箱的密封工藝進(jìn)行二次改造。

1.1.4 高爐軟水循環(huán)系統(tǒng)依靠膨脹罐來(lái)實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)脫氣和保證軟水壓力平衡。而膨脹罐壓力的穩(wěn)定主要是通過調(diào)節(jié)氮?dú)獾膲毫?lái)實(shí)現(xiàn)。原設(shè)計(jì)采用的控制工藝和閥門的選型都不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，而為保證軟水系統(tǒng)壓力穩(wěn)定，只能采用氮?dú)馔馀诺姆绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)，造成氮?dú)獾睦速M(fèi)，需要進(jìn)行改造。

1.1.5 無(wú)鐘爐頂料罐放料采用一均荒煤氣均壓，二均氮?dú)饧訅旱目刂圃韥?lái)實(shí)現(xiàn)。但是由于原設(shè)計(jì)中氮?dú)夤蕹隹谔幘驮O(shè)二均閥，二均閥后再次設(shè)減壓，這樣就造成二均閥承受壓力較大，磨損快，而出現(xiàn)二均閥門不嚴(yán)，氮?dú)庑孤┦沽瞎迚毫o(wú)故增高的故障；且在給料罐充壓過程中還有氮?dú)庾枇Υ?，沖壓慢影響料速的現(xiàn)象，所以必須進(jìn)行改造。

1.2 電能消耗較高

1.2.1 4#高爐爐前除塵消耗電能較高，通過觀察和試運(yùn)行，完全可以通過改造和優(yōu)化來(lái)彌補(bǔ)設(shè)備上的不足，節(jié)能降耗。

1.2.2 爐前液壓站采用4臺(tái)泵并聯(lián)的方式，一般是南北場(chǎng)各兩臺(tái)泵，一用一備，但是開爐初期，由于泥炮的設(shè)計(jì)原因造成回轉(zhuǎn)速度低經(jīng)常造成擠泥等故障，為滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要采用兩臺(tái)液壓油泵重聯(lián)的方式進(jìn)行堵口操作，造成電能浪費(fèi)和設(shè)備壽命降低，必須進(jìn)行改造。

1.2.3 3#高爐大修后熱風(fēng)爐采用頂燃式熱風(fēng)爐，各閥均采用液壓系統(tǒng)控制，設(shè)獨(dú)立的液壓站，由兩臺(tái)油泵控制，開爐后由于油泵頻繁啟動(dòng)（平均3s啟動(dòng)一次）造成電能浪費(fèi)和燒毀多臺(tái)油泵，液壓站壓力也無(wú)法正常，必須進(jìn)行改造。

1.2.4 3#高爐爐前除塵1600k W電機(jī)采用變頻調(diào)速控制，由于設(shè)計(jì)原因造成變頻器C 3單元多次發(fā)生燒毀事故，電機(jī)不得不采用市電加風(fēng)門控制調(diào)節(jié)，造成電能浪費(fèi)。

2 節(jié)能改造方案及措施

2.1 節(jié)氣（汽）改造

2.1.1 針對(duì)噴吹罐硫化波動(dòng)大問題采取改進(jìn)流化床的方式，更新為孔徑稍大的流化床解決了脈動(dòng)問題。使噴吹更加順暢，節(jié)約氮?dú)夂涂諝庀摹?/p>

2.1.2 在4#高爐噴煤房頂分開4#高爐和噴煤支路上設(shè)一個(gè)蘑菇閥用以調(diào)節(jié)各處壓力和流量，并設(shè)一個(gè)旁通之路，直接用閘閥控制，在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常發(fā)生氮?dú)饽⒐介y故障時(shí)不能及時(shí)切換或者是切換后直接使用中壓氮?dú)庠斐珊蠓皆O(shè)備承受超過額定壓力，損壞設(shè)備和密封，在各支路旁通管路上各安裝一個(gè)蘑菇閥，與原管路上的蘑菇閥同時(shí)處于電腦控制之中，一用一備，一旦一個(gè)發(fā)生故障造成后端氮?dú)獍l(fā)生波動(dòng)降低到一定值后，備用系統(tǒng)直接開啟，保證了后續(xù)氮?dú)鈮毫Φ姆€(wěn)定。同時(shí)把各個(gè)控制系統(tǒng)由4#高爐噴煤控制改造到分別分開到各高爐區(qū)域控制，保證了控制系統(tǒng)能夠隨高爐檢修。改造后沒有發(fā)生斷氮?dú)獾那闆r和超壓的情況，設(shè)備運(yùn)行良好。

2.1.3 對(duì)于4#高爐各部蒸汽管路進(jìn)行優(yōu)化布置，減少爬坡和轉(zhuǎn)彎處，減少工藝退汽排放點(diǎn)，對(duì)于熱風(fēng)爐保溫系統(tǒng)進(jìn)行改造，取消部分保溫，使油液在管路內(nèi)部溫度均衡，滿足合理的壓縮比，解決了溜閥的難題。節(jié)約了蒸汽消耗。

2.1.4 水冷氮風(fēng)改造

在保證氣密箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)不變的前提下，在水冷結(jié)構(gòu)上增設(shè)一套閉路循環(huán)水系統(tǒng)，替代原設(shè)計(jì)的U型水封開路循環(huán)，在閉路循環(huán)水系統(tǒng)中增設(shè)一個(gè)3 M 3水罐，用于閉路循環(huán)水回流和氮?dú)鈮毫ζ胶?。所有的新增設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制。

2.1.5 穩(wěn)定膨脹罐壓力節(jié)能改造

結(jié)合水系統(tǒng)自動(dòng)控制程序，熱風(fēng)爐和爐頂軟水系統(tǒng)膨脹罐頂部和氮?dú)獾娜肟谔幐靼惭b一個(gè)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，頂部調(diào)節(jié)閥設(shè)定壓力為35k Pa，入口處調(diào)節(jié)壓力設(shè)定為25k Pa，控制系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)在控制系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定壓力報(bào)警限，以便于崗位人員及時(shí)觀察。這樣既保證了膨脹罐壓力保持在25～35k Pa的范圍內(nèi)，又解決了氮?dú)忾L(zhǎng)期外排的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。

2.1.6 二均加壓的節(jié)能改造

采用均壓閥和減壓閥互換的措施，氮?dú)鈴膬?chǔ)氣罐出來(lái)后先經(jīng)過二次減壓后進(jìn)入均壓閥，理順了氮?dú)獾耐?，減小阻力，使均壓閥承受壓力減小，解決了不嚴(yán)和損壞的難題，同時(shí)沖壓時(shí)間優(yōu)化了1s，節(jié)約了氮?dú)獾氖褂谩?/p>

2.2 節(jié)電改造

2.2.1 3#、4#高爐爐前除塵均分為兩個(gè)系統(tǒng)：一個(gè)是鐵口除塵，使用6k V、1000k W電機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為500000m3/h；另一個(gè)是鐵溝擺動(dòng)溜槽除塵，使用6 k V、1400k W電機(jī)，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為 700000m3/h；2009～2010年的運(yùn)行模式是，堵鐵口期間采取減轉(zhuǎn)操作，出鐵期間加轉(zhuǎn)至90%負(fù)荷。在實(shí)際運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)，在開鐵口過程及出鐵初期，煙塵較大，風(fēng)機(jī)需要高轉(zhuǎn)速運(yùn)行；而在出鐵中后期，煙塵濃度變小，在這種情況下，完全可以降低轉(zhuǎn)速，通過合理調(diào)節(jié)，既能保證除塵效果，又能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，最大限度地挖潛增效，減小電能浪費(fèi)，于是在2011年我們對(duì)除塵操作采取進(jìn)一步優(yōu)化措施。除塵操作優(yōu)化如下：

（1）在改造優(yōu)化初期，除塵工通過攝像畫面，實(shí)時(shí)掌握除塵效果，根據(jù)煙塵濃度變化、是否被捕集罩收集，確定何時(shí)減轉(zhuǎn)，減至多少轉(zhuǎn)效果最好。

（2）隨著逐漸摸索，確定相應(yīng)的時(shí)間的轉(zhuǎn)速、電流：

1400k W電機(jī)，出鐵初期轉(zhuǎn)速879r/m i n，電流128A，出鐵中后期轉(zhuǎn)速減至500r/m i n，電流80A，20m i n后開始減轉(zhuǎn)。

1000k W電機(jī)，出鐵初期轉(zhuǎn)速650r/m i n，電流80A，出鐵中后期轉(zhuǎn)速減至450r/m i n，電流50A，20m i n后開始減轉(zhuǎn)。

2.2.2 4#高爐鐵口除塵采用高壓變頻控制，高壓變頻器對(duì)環(huán)境溫度有特殊要求，要求0℃＜工作環(huán)境溫度＜40℃。室內(nèi)采用空調(diào)制冷，但由于高壓配電室內(nèi)發(fā)熱設(shè)備較多，而空調(diào)制冷相對(duì)不足，在炎熱的夏季，室內(nèi)溫度偏高，最高時(shí)超過停機(jī)最高溫度，3次使變頻器主機(jī)報(bào)警停車溫度，不但影響變頻器長(zhǎng)期穩(wěn)定和可靠運(yùn)行，而且環(huán)境及社會(huì)影響很大。針對(duì)這種情況，于2011年5月對(duì)變頻器排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行完善。對(duì)爐前除塵高壓變頻器的兩個(gè)排風(fēng)口通過實(shí)際測(cè)量，制作排氣裝置，導(dǎo)出室外，從而避免熱風(fēng)排入室內(nèi)，進(jìn)而在室內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)致室內(nèi)環(huán)境溫度過高的情況發(fā)生。

2.2.3 3#、4#高爐空壓機(jī)進(jìn)行并聯(lián)改造，使兩座高爐空壓機(jī)互聯(lián)互通，可以少開1臺(tái)空壓機(jī)節(jié)電降耗。

2.2.4 爐前除塵變頻器控制單元問題采用變頻器升級(jí)措施，有效解決了變頻器故障，保證了變頻調(diào)速的正常運(yùn)行。針對(duì)設(shè)備運(yùn)行中，電能尚有進(jìn)一步挖掘的潛力，為最大限度降低能耗，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)最合理的運(yùn)行，對(duì)除塵操作再次優(yōu)化。原運(yùn)行模式是，堵鐵口期間采取減轉(zhuǎn)操作，出鐵期間加轉(zhuǎn)至90%負(fù)荷。在實(shí)際運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)，在開鐵口過程及出鐵初期，煙塵較大，風(fēng)機(jī)需要高轉(zhuǎn)速運(yùn)行；而在出鐵中后期，煙塵濃度變小，在這種情況下，完全可以降低轉(zhuǎn)速，通過合理調(diào)節(jié)，既能保證除塵效果，又能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，最大限度地挖潛增效，減小電能浪費(fèi)。2.2.5 對(duì)于擠泥和翻泥的現(xiàn)象，經(jīng)過分析是泥炮回轉(zhuǎn)速度慢，在液壓系統(tǒng)中速度主要決定于流量，液壓泵的流量足夠，主要是到泥炮回轉(zhuǎn)油缸的管路和閥的選型存在問題，對(duì)操作閥臺(tái)、部分閥件、泥炮調(diào)壓塊、液壓油管等進(jìn)行了增大通經(jīng)改造，以增加流量，使泥炮回轉(zhuǎn)速度提高以滿足宣鋼的出鐵模式。徹底杜絕了2臺(tái)泵重聯(lián)運(yùn)行的問題。

3 節(jié)能改造應(yīng)用效果分析

節(jié)電效果明顯，通過除塵操作更進(jìn)一步優(yōu)化和配電排風(fēng)系統(tǒng)改造，既能滿足除塵效果，又能節(jié)約電能，一舉兩得。4#高爐改造后的2012年比改造前2011年電單耗低電節(jié)約0.06k W·h/t·F e。3#高爐改造后的2012年比改造前2011年電單耗低電節(jié)約0.04k W·h/t·F e。

節(jié)約蒸汽和氮?dú)庑Ч@著，4#高爐通過氮?dú)鈿庠纯刂聘脑?、噴煤改造、蒸汽管網(wǎng)優(yōu)化改造后，蒸汽8個(gè)月（各含2個(gè)冬季月）改造后2012年比改造前2011年節(jié)約966t，氮?dú)鈬嶈F單耗節(jié)約10m3，效果明顯。3#高爐通過二均系統(tǒng)改造、膨脹罐改造、水冷氮風(fēng)改造等優(yōu)化改造后，改造后的2012年比改造前的2011年單耗節(jié)約15m3，效果明顯。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過在3#、4#高爐區(qū)域?qū)嵤┮怨?jié)約氣體介質(zhì)和電能為主的節(jié)能綜合改造，3#、4#高爐區(qū)域的氣體消耗和電能消耗明顯降低，帶動(dòng)了其他能源介質(zhì)節(jié)能水平的提高。使3#、4#高爐區(qū)域能源介質(zhì)消耗處于較好水平，有效地滿足了高爐生產(chǎn)節(jié)能的要求。