歐冶爐全氧風口噴吹頂煤氣的生產實踐

田果

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 前言

為充分利用爐頂煤氣和氧氣風口噴吹技術，降低燃料消耗，八鋼歐冶爐頂煤氣回噴的生產實踐開展了多次試驗探索，為解決歐冶爐風口綜合鼓風面臨的幾個問題進行的試驗：氧氣風口長壽問題；全氧和煤氣混合安全噴吹問題；煤氣綜合利用降低焦炭消耗問題；噴吹工藝設備系統(tǒng)穩(wěn)定運行問題。

針對歐冶爐風口長壽采取了一些措施：降低氧氣濃度5%氮氣鼓入、鼓入壓縮空氣10000m3/h；風口噴入霧化水降低理論燃燒溫度措施；提高冷卻水流速水流量，提高風口冷卻強度。降低理論燃燒溫度可以延長風口壽命，歐冶爐輸出大量頂煤氣，（CO2+C=2CO+282.984kJ/mol，吸熱反應），即可以降低風口理論燃燒溫度，為提高全氧風口壽命做出貢獻，同時CO2得到了利用。

2 歐冶爐頂煤氣回噴工藝流程

歐冶爐頂煤氣噴吹工藝流程見圖1。

2.1 工藝流程簡述

歐冶爐頂煤氣噴吹系統(tǒng)：從歐冶爐TRT四閥組消聲器后面煤氣接口，煤氣壓力約15kPa、溫度約160℃，頂煤氣系統(tǒng)新建煤氣水洗噴淋降溫裝置，將煤氣溫度降低至約40℃，煤氣進入煤氣壓縮機站，由離心煤氣壓縮機將煤氣壓力提升至0.7MPa，溫度約190℃，由管道將升壓后的煤氣送至歐冶爐本體8層煤氣分配平臺，在塔架8層煤氣管路分兩路，一路為氣化爐風口噴吹煤氣，另一路為氣化爐拱頂噴吹。煤氣加壓站設1臺20000m3/h的離心壓縮機。

輔助設施包括：煤氣壓縮機循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；煤氣洗滌降溫循環(huán)水系統(tǒng)；電氣儀表自動化和通訊設施；暖通設施等。

歐冶爐輸出煤氣在TRT余壓透平發(fā)電及減壓閥組前壓力約0.23MPa，余壓透平將煤氣的壓力、溫度能量充分利用發(fā)電，煤氣降壓至輸出管網煤氣壓力約0.015MPa。

歐冶爐頂煤氣回噴工藝路線是在TRT后進入總管網的煤氣通過管道引至洗滌凈化設備，通過離心式4級壓縮機，將煤氣升壓至0.7MPa，輸出煤氣流量約18000-19000m3/h，通過氧氣風口噴吹進入氣化爐內的風口帶，通過氣化爐拱頂噴嘴噴入爐內拱頂的空區(qū)。

2.2 氧氣風口噴吹

歐冶爐氧氣風口噴吹系統(tǒng)包括流量調節(jié)閥組，動閘閥、流量檢測、氣動切斷閥、氣動調節(jié)閥、止回閥和手動閘閥。加壓頂煤氣經流量調節(jié)閥組后連接到DN250頂煤氣環(huán)管。為保證停止噴吹頂煤氣的安全需要，在頂煤氣環(huán)管上連接DN100氮氣管，連接之前設有氮氣調節(jié)閥組，閥組設置了手動球閥、壓力流量檢測、氣動切斷閥、氣動調節(jié)閥和止回閥。

煤氣噴吹環(huán)管與28支DN65噴吹支管相連，噴吹支管的末端與煤氣噴槍通過金屬軟管相連。噴吹支管上依次設置手動閘閥、彈簧壓力表、流量計、連接軟管、手動閘閥、止回閥。為滿足個別噴吹支管停止噴吹煤氣的安全保證，每個支管上接有DN15吹掃氮氣管，吹掃氮氣管上設有手動球閥和止回閥。DN15氮氣支管接在DN50氮氣環(huán)管上，DN50總管接入環(huán)管之前設有止回閥。

2.3 拱頂噴吹

拱頂噴吹流量調節(jié)閥組設置與氧氣風口噴吹流量調節(jié)閥組一致。主管DN350，依次設有手動閘閥、流量檢測、氣動切斷閥、氣動調節(jié)閥、止回閥和手動閘閥。加壓頂煤氣主管經流量調節(jié)閥組后分成兩路DN250去2號和5號氧氣燒嘴噴吹點。為滿足停止噴吹頂煤氣的需要，同時并有DN50氮氣管，氮氣管并入之前設有氮氣調節(jié)閥組，閥組上設有手動球閥、壓力流量檢測、氣動切斷閥、氣動調節(jié)閥和止回閥。

DN250噴吹支管末端變徑為DN150，再經手動閘閥、軟管、手動閘閥、止回閥后與噴槍相連。為了在不噴吹煤氣時用氮氣吹掃，每個噴吹點并聯有DN25氮氣吹掃管，上面分別設置有手動球閥、止回閥等閥門。

3 歐冶爐噴吹工藝生產實踐

3.1 噴吹投入第一階段

歐冶爐頂煤氣噴吹兩個階段，第一階段噴吹氧氣風口，2018年7月23日投入噴吹氧氣風口，噴吹量由4000m3/h逐步增加至10000m3/h，噴吹風口14個，單個風口噴吹煤氣約700 m3/h。

噴吹風口由3個逐步增加至14個，氣化爐拱頂噴吹4000-6000 m3/h。風口噸鐵噴吹煤氣量約69m3/tHM，拱頂及風口合計煤氣噸鐵噴吹煤氣量約95m3/tHM。運行至8月25日停機。

2018年8月歐冶爐頂煤氣噴吹運行爐況見表1。

表1 2018年8月歐冶爐頂煤氣噴吹運行爐況

由表1統(tǒng)計數據，歐冶爐2018年8月投入頂煤氣噴吹氧氣風口，煤氣噴吹量噸鐵約33 m3/tHM，逐步上升至50 m3/tHM，爐況穩(wěn)定順行，鐵水物理熱充足，鐵水硅含量下降至1.0以下，冶金焦比從356kg/tHM下降至200kg/tHM。氣化爐頂噴煤比200 kg/tHM以上。通過計算：每加入1Nm3頂煤氣，可產生約3.48Nm3的冷煤氣，維持平衡加煤1.54kg，加氧0.73Nm3。

3.2 噴吹投入第二階段

第二階段為2019年5月26日～12月1日噴吹量9000m3/h，風口單個噴吹量1000 m3/h，金屬化率明顯得到提升，鐵水降硅效果顯著，由頂煤氣噴吹前鐵水含硅平均1.16%，降至風口噴吹煤氣后的鐵水含硅最低月平均0.65%，風口噴吹煤氣量每提高1000Nm3/h，可降低鐵水含硅約0.06%。

通過理論分析若實現還原氣的噴吹，可進一步提高風口煤氣噴吹量，降低鐵水含硅。

因歐冶爐冬季運行爐渣溝過長，噴吹煤氣后渣溫明顯下降，造成渣溝結殼翻渣的安全隱患，故于12月1日停止噴吹。圖2噴吹煤氣對鐵水含硅的影響趨勢。

3.3 頂煤氣噴吹的效果

圖2 噴吹煤氣對鐵水含硅的影響

歐冶爐噴吹頂煤氣的效果表明：（1）理論燃燒溫度明顯降低；（2）噴吹工藝安全可靠，解決了氧氣與煤氣混合噴吹的安全問題，驗證了設計的新式混合風口安全可靠使用；（3）在氣化爐工藝中風口噴吹頂煤氣，CO2含量約34%，未燃煤與CO2的反應保護了焦炭的高溫反應性，使焦比降低。

4 頂煤氣噴吹過程中出現的問題及措施

4.1 頂煤氣噴吹過程中遇到的問題

（1）洗滌后的煤氣脫水效果不佳，煤氣中含有機械水，煤氣洗滌水中氯離子含量高，達到1500mg/L以上，冷凝后對設備的不銹鋼材料造成腐蝕。

采取的措施：優(yōu)化煤氣源，降低煤氣機械水量。引過剩煤氣至煤氣噴吹系統(tǒng)的洗滌器前，提升煤氣質量.優(yōu)化洗滌器后氣液分離器結構，采用復擋加絲網除沫器的方式。

（2）頂煤氣含塵量發(fā)生波動時，煤氣洗滌效果無法做出判斷，帶入壓縮機，造成轉子震動大跳機。

采取的措施：優(yōu)化洗滌器后氣液分離器結構，采用復擋加絲網除沫器的方式，同時增加煤氣含塵和成分在線檢測設備，在壓縮機前增加在線粉塵檢測儀及煤氣成分檢測。

（3）壓縮機系統(tǒng)煤氣入口無溫度調節(jié)功能，不利于預防冷凝水的析出。

采取的措施：壓縮機進出口增加溫度旁通，實現壓縮機入口煤氣溫度調節(jié)功能。

（4）噴吹煤氣的位置對風口的冷卻造成影響，出現風口的燒損。

采取的措施：優(yōu)化氧氣風口噴吹煤氣的結構，消除煤氣噴管對冷卻水道的干涉，保證冷卻效果。

（5）風口噴吹煤氣的口過小，煤氣量無法增加，缺乏煤氣量調整手段。

采取的措施：將煤氣管直徑由φ16mm增加至φ20mm，單個風口的噴吹量由620m3/h提高至1000m3/h。

4.2 頂煤氣噴吹過程典型問題分析

歐冶爐頂煤氣的凈化采用布袋除塵技術，煤氣溫度達到約120℃。進入壓縮機的煤氣使用歐冶爐煤氣洗滌循環(huán)水進行降溫控制煤氣溫度不大于40℃，同時進行二次除塵。

2018年8月同步檢修，轉子壓縮機震動超過安全值，頂煤氣壓縮機停機后無法開啟。

開蓋后發(fā)現煤氣壓縮機轉子葉輪及軸上黏附0.5～1mm的粘結物，造成壓縮機轉子震動大跳機，初步分析轉子因積灰出現動平衡被破壞失效[5]。

在檢修轉子過程中發(fā)現機殼出現積水流水現象，檢測中間冷卻器，發(fā)現冷卻器管束點腐蝕造成冷卻水泄漏。

為了弄清楚轉子黏附物的狀態(tài)，對壓縮機轉子葉輪及軸上黏附0.5～1mm的粘結物進行取樣，全分析及電鏡SEM觀察，檢驗結果見表2。

頂煤氣凈化效果差，煤氣含塵造成壓縮機轉子結垢，灰塵以揮發(fā)分、Fe2O3為主，同時含有較高的Cl元素加劇了中間冷卻器的點腐蝕。

中間冷卻器列管點腐蝕，煤氣走管程，循環(huán)冷卻水走殼程，煤氣冷凝水氯離子造成冷卻列管的電化學點腐蝕，煤氣含水量增大轉子煤氣質量變化引起震動。

表2 煤氣壓縮機粘結粉分析wt，%

由表2可見，壓縮機中飛灰的揮發(fā)分含量27%(干燥基)，處于煤氣化飛灰的正常水平。煤灰中Fe2O3含量達到約70%，煤灰中Cl元素含量偏高。

掃描電鏡SEM觀察飛灰表觀形貌，見圖3。

圖3 飛灰表觀形貌(不同觀察尺度)

由圖3可見，大顆粒飛灰(約100μm)表面附著了較多的細顆粒(＜5μm)。采用目前的水洗方案實現細顆粒的洗滌，難度較大。煤氣帶液將更多的細灰?guī)朊簹鈮嚎s機，可能是導致壓縮機工作異常的主要原因。

煤氣帶液主要原因：（1）洗滌塔A、空塔氣速較高，易帶水；B、下部兩塊塔盤采用順流噴水，同時最上層塔盤靠近氣體出口，都可能加劇煤氣帶水現象。（2）旋風分離器相對分離空間較小，不利于煤氣中液滴分離。（3）二次脫水器空塔氣速較高，不利于氣水分離。

采取的措施：（1）在保持洗滌塔外形結構不變的情況下，將塔內三層噴淋水整體下移1.5m，順流噴淋改為逆流噴淋，洗滌塔出口設置旋流板除沫器。（2）優(yōu)化洗滌器后的氣液分離器結構，提升煤氣脫水效果。采用復擋加絲網除沫器的方式進行優(yōu)化。

5 結束語

（1）歐冶爐實踐頂煤氣回噴，在一定程度上降低了全氧風口理論燃燒溫度高的問題，為風口工作條件的優(yōu)化及風口長壽提供了一定的條件。

（2）在全氧和煤氣混合的裝置設計運行上提供了實踐經驗數據，易燃易爆氣體與強氧化劑的氧氣綜合鼓風工藝裝置系統(tǒng)的安全可靠性得到驗證。

（3）歐冶爐氣化爐噴吹頂煤氣后，鐵水[Si]%含量明顯下降平均1.0以下；焦比明顯下降至200kg/thm以下，消耗的碳以燃料比未減少為表現，說明未燃煤替代部分直接還原耗碳保護了焦炭，CO2與未燃煤中的C反應，是降低焦比的直接因素。

（4）煤氣處理系統(tǒng)的工藝條件變化，對離心壓縮機的穩(wěn)定運行的影響，找出了制約因素，采取的應對措施解決了存在的問題。