邢鋼煤氣回收及高效利用實踐

張志輝,武國峰,王凱峰,孔祥川

（邢臺鋼鐵有限責(zé)任公司，河北邢臺 054027）

前言

副產(chǎn)煤氣是鋼鐵企業(yè)最重要的二次能源，長流程鋼鐵企業(yè)各類煤氣資源約占企業(yè)綜合能源消費量的40%[1]。利用好煤氣資源是降低單位產(chǎn)品能耗的關(guān)鍵因素之一。邢鋼是一家以生產(chǎn)長材為主的典型的長流程鋼鐵企業(yè)，近年來在煤氣系統(tǒng)實施開源節(jié)流，持續(xù)提高煤氣回收量，減少煤氣放散率，采取各項技術(shù)和管理措施降低使用環(huán)節(jié)的煤氣消耗，提升了煤氣系統(tǒng)的綜合利用效率，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收

1.1 轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)簡介

邢鋼煉鋼工序有80 t 轉(zhuǎn)爐1 座，50 t 轉(zhuǎn)爐3 座，配套轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)采用新0G 法，配備8 萬m3和5 萬m3威金斯氣柜各1 座。下游煤氣使用主要包括鋼包烘烤、軋鋼加熱爐（1 座）和自備電站鍋爐。2019 年之前噸鋼轉(zhuǎn)爐煤氣回收在110 m3/t 鋼左右，與行業(yè)先進(jìn)指標(biāo)尚有差距。邢鋼的轉(zhuǎn)爐煤氣回收仍有較大的提升空間。

1.2 提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量措施

1.2.1 增加轉(zhuǎn)爐煤氣回收時間

轉(zhuǎn)爐吹煉前期，放寬回收條件，以增加煤氣回收時間。為此，轉(zhuǎn)爐煤氣回收操控條件由原來的CO含量≥40%、O2含量≤1%開始回收，調(diào)整為O2含量≤2%（保證煤氣柜內(nèi)O2含量≤1%）即可開始回收，對CO 含量不做要求。調(diào)整活動煙罩降罩時間，提前30 s降罩，縮小活動煙罩距離轉(zhuǎn)爐爐口的間隙，減少爐口空氣吸入，使O2含量提前達(dá)到轉(zhuǎn)爐煤氣回收條件。轉(zhuǎn)爐吹煉中期，保持合理的供氧壓力，使得轉(zhuǎn)爐煙氣中O2含量穩(wěn)定在2%以下，同時減少中途提槍，消除轉(zhuǎn)爐等待節(jié)奏和中途推渣造成的煤氣回收中斷。轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束后，延長回收10 s，將殘存在回收風(fēng)機(jī)前管道內(nèi)滿足回收要求的轉(zhuǎn)爐煤氣繼續(xù)實施回收。

1.2.2 實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣雙柜并聯(lián)運行

轉(zhuǎn)爐煤氣是間斷產(chǎn)生、間斷回收、連續(xù)使用的過程，而且轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)節(jié)奏、產(chǎn)量等直接關(guān)系轉(zhuǎn)爐煤氣的數(shù)量。為此轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)必須配備轉(zhuǎn)爐煤氣柜。邢鋼的轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)原有1座5 萬m3威金斯氣柜，后為檢修方便，新增1 座相同類型的8 萬m3轉(zhuǎn)爐煤氣柜。由于兩座氣柜的儲氣壓力不同，兩座氣柜的運行方式一直是“一用一備”，利用效率較低。通過優(yōu)化實現(xiàn)兩臺轉(zhuǎn)爐煤氣柜并列運行方式，達(dá)到了“單獨回收、同時外供”的最終使用目標(biāo)，充分發(fā)揮氣柜調(diào)節(jié)余缺的作用，做到轉(zhuǎn)爐煤氣應(yīng)收盡收。

1.2.3 保證轉(zhuǎn)爐煤氣用量

正常生產(chǎn)情況下邢鋼的轉(zhuǎn)爐煤氣總發(fā)生量在40000～45000 m3/h，用戶主要包括鋼包烘烤（8000～12000 m3/h）、軋鋼加熱爐（12000～16000 m3/h）和企業(yè)自備電廠鍋爐（～20000 m3/h）。其中鍋爐距離轉(zhuǎn)爐煤氣加壓站最遠(yuǎn)，該管道系利舊管道，全程共有DN12000、DN800、DN600 三種直徑的管段組成。沿程壓力損失較大，且由于管道使用年代久遠(yuǎn)，出現(xiàn)多處腐蝕，漏點較多，不得不降壓運行。

為提高自備電站鍋爐轉(zhuǎn)爐煤氣配燒量，對轉(zhuǎn)爐煤氣配燒管道部分管段進(jìn)行了更換，增大了該管道直徑，減少了阻損和煤氣泄漏風(fēng)險，并在鍋爐配燒管道上增加一個配燒混和口，為提高鍋爐的轉(zhuǎn)爐煤氣配燒量提供了便利條件。由此也解決了因轉(zhuǎn)爐煤氣外供受限造成的柜位高而不能回收的問題。

1.2.4 合理對轉(zhuǎn)爐煤氣用戶排產(chǎn)

生產(chǎn)組織上優(yōu)先保證轉(zhuǎn)爐煤氣用戶的滿負(fù)荷生產(chǎn)。邢鋼的轉(zhuǎn)爐煤氣最主要的用戶是線材加熱爐。為此，在滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)下，使用轉(zhuǎn)爐煤氣加熱的軋鋼車間優(yōu)先排產(chǎn)。

2 降低高爐煤氣放散

2.1 高爐煤氣系統(tǒng)簡介

邢鋼煉鐵工序具備年產(chǎn)生鐵257 萬t 的生產(chǎn)能力。正常生產(chǎn)高爐煤氣年發(fā)生量45 億m3左右。高爐煤氣系統(tǒng)配備12 萬m3稀油密封干式煤氣柜1座，工作壓力7500 Pa，吞吐量60000～110000 m3/h。高爐煤氣的主要使用單元包括熱風(fēng)爐、焦?fàn)t、軋鋼加熱爐、自備電站鍋爐等。受到管網(wǎng)布局不合理和供用不平衡等因素影響，高爐煤氣的放散率較高。

2.2 降低高爐煤氣放散的措施

2.2.1 提高放散設(shè)定壓力

邢鋼高爐煤氣系統(tǒng)原設(shè)定放散壓力為17 kPa，復(fù)位壓力15 kPa。分析可以看出：放散期間的最高壓力為22 kPa，而且壓力集中在18～19 kPa，放散時間在1～3 min 居多，說明適當(dāng)提高放散壓力設(shè)定值，可以消除該壓力范圍的放散發(fā)生。經(jīng)過對高爐煤氣管道、冷凝排水器和加壓機(jī)機(jī)前水封承壓能力的調(diào)查和安全評估后，將高爐煤氣系統(tǒng)設(shè)定放散壓力調(diào)整為19 kPa，復(fù)位壓力調(diào)整為17 kPa，煤氣放散發(fā)生的幾率減少了一半。

2.2.2 優(yōu)化熱風(fēng)爐換爐操作

熱風(fēng)爐是最大的高爐煤氣使用設(shè)備，其煤氣消耗量占高爐煤氣總發(fā)生量的40%～45%。邢鋼高爐系統(tǒng)配備熱風(fēng)爐共17 座，根據(jù)熱風(fēng)爐的配備數(shù)量，高爐的送風(fēng)制度采用“兩燒兩送”或“兩燒一送”，換爐操作時間為25～40 min。熱風(fēng)爐換爐操作時，先將頂溫達(dá)到送風(fēng)要求的熱風(fēng)爐煤氣閥門關(guān)閉，均壓后逐步恢復(fù)替換下來的熱風(fēng)爐燒爐。換爐開始熱風(fēng)爐消耗的高爐煤氣瞬間減少60000 m3/h 左右，如果此時多座高爐的熱風(fēng)爐倒?fàn)t對高爐煤氣系統(tǒng)的沖擊較大。為此，規(guī)范熱風(fēng)爐倒?fàn)t操作，開發(fā)熱風(fēng)爐燒爐信息共享小程序，實時顯示每座高爐熱風(fēng)爐工作狀態(tài)，禁止兩座高爐同時實施倒?fàn)t操作。

2.2.3 做好瞬時和階段性煤氣平衡

高爐煤氣平衡是瞬間的、動態(tài)的、多變的，系統(tǒng)中任何一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的狀態(tài)發(fā)生變化，最終都會反映到煤氣壓力的波動，從而打破系統(tǒng)維持的平衡。對于實時的煤氣平衡，充分利用能源中心監(jiān)控，實時掌控煤氣產(chǎn)消單元的生產(chǎn)潮流，重點是根據(jù)高爐風(fēng)量和高爐煤氣用戶的生產(chǎn)負(fù)荷之間的變化趨勢，充分發(fā)揮12 萬m3高爐煤氣柜的調(diào)節(jié)作用，保持柜位40～45 m的中柜位區(qū)間運行。

對于階段性的高爐煤氣平衡，主要是利用自備電站和焦?fàn)t作為煤氣調(diào)節(jié)的重要手段。邢鋼的自備電站配備了足夠的機(jī)組，能夠?qū)⑵髽I(yè)所產(chǎn)的各類副產(chǎn)煤氣資源全部消耗，但是如果所有的機(jī)組都開啟，發(fā)電效率將受到影響。正常情況下有鍋爐處于停運狀態(tài)，階段性的煤氣平衡就是要在保證發(fā)電效率和煤氣不放散的前提下，確定鍋爐開啟的數(shù)量。另外邢鋼的焦?fàn)t加熱煤氣可以實現(xiàn)焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣的切換，對于階段性高爐煤氣平衡的調(diào)節(jié)范圍為0～55000 m3/h。

3 提高煤氣利用效率

3.1 建設(shè)高溫超高壓發(fā)電機(jī)組

為了充分高效利用公司煤氣資源，提高公司能源利用效率，節(jié)能創(chuàng)效，解決現(xiàn)有汽輪發(fā)電機(jī)組效率低的問題，對原3×35 t/h 中參數(shù)煤氣鍋爐及配套3×6 MW 汽輪機(jī)進(jìn)行升級改造，建設(shè)1×130 t/h 高溫超高壓煤氣鍋爐配套1×45 MW 汽輪發(fā)電機(jī)組，煤氣耗量相同情況下，發(fā)電效率提升40%，可提高發(fā)電出力22 MW，大大提高了能源利用率，降低了生產(chǎn)用電的缺口和成本，也減少了廢氣對環(huán)境的污染。

3.2 定期維護(hù)蓄熱式加熱爐

邢鋼軋鋼工序有3座蓄熱式加熱爐。蓄熱式加熱爐受蓄熱體的耐高溫、抗渣性以及熱震穩(wěn)定性影響，需要定期清理爐內(nèi)燒裂的陶瓷小球，否則會增加煤氣消耗[2]。以邢鋼使用高爐煤氣加熱的線材五車間加熱爐為例，五線中修后生產(chǎn)Φ15 mm規(guī)格GSWRH82B-1 及Φ14 mm 規(guī)格Q55SiCrA-1 時的煤氣單耗分別降低了17.8%和23.6%。為此，對加熱爐的狀態(tài)實時進(jìn)行監(jiān)控，定期進(jìn)行排煙溫度、爐體散熱、煤氣消耗的監(jiān)視測量和統(tǒng)計分析，綜合評定停爐檢修時間。

3.3 應(yīng)用智能優(yōu)化燃燒技術(shù)

冶金窯爐的人工操作大多存在以下問題：①無法達(dá)到最優(yōu)的燃燒目標(biāo)和強(qiáng)度；②無法精確控制煤氣流量；③無法準(zhǔn)確確定空燃比；④相關(guān)工藝參數(shù)控制精度不高等[3]。智能燒爐系統(tǒng)采用自動尋優(yōu)技術(shù)，以數(shù)學(xué)模型科學(xué)控制爐溫、空燃比。智能燒爐系統(tǒng)可實現(xiàn)燃燒系統(tǒng)空燃比自尋優(yōu)及滾動尋優(yōu)、合理調(diào)整煤氣和助燃空氣供給，實時自動控制節(jié)省煤氣用量。2018 年邢鋼在高爐熱風(fēng)爐實施智能燒爐改造后，熱風(fēng)爐“單位風(fēng)溫單位風(fēng)量”煤氣消耗降低了7.6%。2019年在軋鋼加熱爐實施智能化改造，增加二級控制系統(tǒng)，通過對物料的實時跟蹤、加熱溫度和坯料頭尾溫差精準(zhǔn)控制，節(jié)約煤氣消耗5%以上。

3.4 提高熱裝溫度和熱裝率

在現(xiàn)有的生產(chǎn)裝備和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的條件下，降低加熱爐煤氣消耗最直接的手段是提高鋼坯熱裝率及熱裝溫度。鋼坯的熱裝溫度增加400 ℃，生產(chǎn)長材型鋼鐵企業(yè)的能源利用效率可以提高1.3 個百分點[4]。通過熱裝率攻關(guān)，開發(fā)產(chǎn)銷一體化系統(tǒng)，優(yōu)化訂單排產(chǎn)，提高熱裝溫度約100 ℃，熱裝率由30%提高到59.14%，煤氣消耗由1161.7 MJ/t 降低到1087.9 MJ/t。

4 結(jié)語

邢鋼通過采取各種有效措施，提高轉(zhuǎn)爐煤氣回收量達(dá)到140m3/t 鋼，高爐煤氣基本實現(xiàn)了零放散，煤氣使用單元的利用效率大幅提高。提高了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境友好水平。