1080m3高爐節(jié)能技術(shù)的研究及應(yīng)用

蔣彥剛，劉 棟，于俊勇，矯 濤，侯紀寶，李鐵峰

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠，山東濟南 271104）

0 引言

鋼鐵企業(yè)中煉鐵工序能耗占鋼鐵生產(chǎn)用能的70%，其中，高爐工序能耗占煉鐵工序的80%。為提高高爐動力能源的利用率，達到節(jié)能減排，降本增效的目的，山鋼股份萊蕪分公司開發(fā)應(yīng)用了多項新技術(shù)。

1 技術(shù)方案的研究與確定

1.1 問題的提出

（1）部分1080 m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用熱管換熱器預(yù)熱助燃空氣，余熱利用率低，預(yù)熱性能大幅下降，不利于節(jié)能減排、降本增效。

（2）高爐大修停爐，熱風(fēng)爐燜爐時間越短、燒爐頻次越多，消耗的煤氣、電能越多。

（3）提高高爐頂壓，既能降低高爐消耗，又能提高TRT 發(fā)電量，目前平均頂壓182 kPa，有較大提升空間。

（3）高爐軟水系統(tǒng)存在的結(jié)垢嚴重、能耗高的問題，高壓水系統(tǒng)存在冷卻能力低的問題。

（4）高爐部分高壓線路因所帶感性負載數(shù)量居多，導(dǎo)致線路無功功率增大、功率因數(shù)下降，降低了網(wǎng)絡(luò)供電質(zhì)量和用電設(shè)備的工作效率。

1.2 方案的研究與確定

1.2.1 高爐熱風(fēng)爐廢氣預(yù)熱焦炭技術(shù)

高爐外購焦碳露天存放，水分波動較大，影響高爐爐況穩(wěn)定。為改善高爐焦炭水分波動較大問題，在高爐熱風(fēng)爐廢氣總管道上引一條DN1400 管道，通過主引風(fēng)機將高溫?zé)煔廨斔椭粮郀t礦槽焦倉底部烘干吹掃實現(xiàn)熱量交換，降低焦炭水分，降低高爐燃料消耗，實現(xiàn)熱風(fēng)爐廢氣二次回收利用。

1.2.2 高爐熱風(fēng)爐板式空氣預(yù)熱技術(shù)

高爐熱風(fēng)爐空氣預(yù)熱器原為熱管式空氣預(yù)熱器，熱管翅片積灰、堵塞嚴重，存在爆管現(xiàn)象，換熱效果大大降低。針對以上缺陷，將熱管式空氣預(yù)熱器改造為板式空氣預(yù)熱器。板式空氣預(yù)熱器通道具有流線型特點，傳熱效率高、阻力小，抗高溫氧化腐蝕及低溫露點腐蝕，壽命長，節(jié)焦效益巨大。

1.2.3 延長熱風(fēng)爐燜爐時間新技術(shù)

在拱頂溫度降至550 ℃左右時，通過增加的聯(lián)通管，利用冷風(fēng)反吹，讓助燃風(fēng)通過聯(lián)通管進入冷風(fēng)管道，再進入冷風(fēng)閥，冷風(fēng)從蓄熱室中、下部進入熱風(fēng)爐的拱頂，然后從熱風(fēng)閥進入熱風(fēng)管道，從倒流休風(fēng)閥排出。反復(fù)操作后把熱風(fēng)爐蓄熱室中、下部的熱量逐步傳遞到拱頂位置，提高了拱頂?shù)臒崃?，?50 ℃逐步提高到700 ℃，達到煤氣點火溫度后點火燒爐。使熱風(fēng)爐的燒爐溫度達到1200 ℃左右，不用頻繁燒爐，延長熱風(fēng)爐燜爐時間。

1.2.4 提高爐頂煤氣余壓回收利用率技術(shù)

升級改造風(fēng)機運行參數(shù)，提高風(fēng)機送風(fēng)壓力。實施風(fēng)機加級提壓改造，風(fēng)機EPU（Energy Processing Unit，能耗調(diào)控單元）技術(shù)改造。對操作制度進行調(diào)整優(yōu)化：提高鼓風(fēng)動能活躍爐缸；優(yōu)化裝料制度；高富氧、高風(fēng)溫、高頂壓、低硅冶煉相結(jié)合；對現(xiàn)有焦炭品種進行篩選，保留使用效果好的焦炭，改善料柱透氣性；根據(jù)焦炭的冶金性能，制定燃料比結(jié)構(gòu)調(diào)整標準；控制合理的篩分速度；嚴格原燃料的料位管理。

1.2.5 高爐水系統(tǒng)節(jié)能降耗改造

高爐軟水系統(tǒng)主要負責(zé)高爐冷卻壁、風(fēng)口大中套、爐底以及熱風(fēng)閥組等冷卻件的冷卻用水。開發(fā)應(yīng)用空冷器分層防垢強冷技術(shù)和蒸發(fā)式空冷器噴淋系統(tǒng)防垢冷卻技術(shù)，提高軟水冷卻能力，節(jié)能降耗。

高壓水系統(tǒng)主要負責(zé)高爐風(fēng)口小套用水。對高壓水冷卻能力提升，節(jié)能優(yōu)化改造，改造為3 臺高壓供水泵，一用兩備；高壓水回水取消二次加壓泵站；取消提升泵房原4 臺提升水泵，只留2 臺新增加的提升泵，為常壓水進行二次提升加壓。優(yōu)化管廊廢水回收系統(tǒng)，實施凈環(huán)水池水位自動監(jiān)測調(diào)控，保障供水穩(wěn)定。

1.2.6 高壓供電系統(tǒng)集中無功補償節(jié)電技術(shù)

開發(fā)應(yīng)用高壓供電系統(tǒng)集中無功補償節(jié)電技術(shù)，改善電網(wǎng)質(zhì)量，減少能源的浪費。①由進線控制柜和電容補償柜兩部分組成；②電壓優(yōu)先原則；③自動發(fā)出動作控制指令之前，首先探詢動作后可能出現(xiàn)的所有超限定值，減少動作次數(shù)；④有硬件保護和控制器軟件保護功能；⑤異常報警閉鎖出口；⑥具有手動與自動操作功能；⑦具有記錄監(jiān)測和遠程通信功能接口。

無功補償技術(shù)采用后，除了裝置本身外，還需要增設(shè)整套裝置的高壓電源柜、綜保保護部分及相應(yīng)電纜和電纜頭。

2 應(yīng)用效果

（1）高爐熱風(fēng)爐廢氣預(yù)熱焦炭技術(shù)的應(yīng)用，使高爐入爐焦炭水分含量由9.5%降至5.1%，降低高爐燃料消耗，提高了熱風(fēng)爐煙氣的余熱利用率。

（2）熱風(fēng)爐在線清洗低阻板片板式空氣預(yù)熱新技術(shù)的應(yīng)用，提高高爐入爐風(fēng)溫。采用板式預(yù)熱器比熱管預(yù)熱器的空氣溫度平均提高50～60 ℃，平均風(fēng)溫提高30～40 ℃，提高了熱風(fēng)爐煙氣余熱利用率，降低了焦比燃料消耗。

（3）延長熱風(fēng)爐燜爐時間專利新技術(shù)的應(yīng)用，減少燒爐頻次，燜爐時間由4 天延長到9～12 天，節(jié)省大量煤氣、空氣和電能，延長熱風(fēng)爐耐材使用壽命，減少熱風(fēng)爐點火需要安裝燃燒器的費用和時間。

（4）提高爐頂煤氣余壓回收利用率技術(shù)的應(yīng)用，使高爐頂壓力由平均182 kPa 提高到195 kPa，平均提高13 kPa，降低燃料消耗，提高發(fā)電量。

（5）高爐水系統(tǒng)節(jié)能降耗改造新技術(shù)的應(yīng)用，提高了水系統(tǒng)的冷卻能力，供水溫度降至40 ℃以下，噸鐵水耗降至0.48 m3/t，節(jié)省了大量的水電消耗。

（6）高壓供電系統(tǒng)集中無功補償節(jié)電技術(shù)的應(yīng)用，使14 條高壓線路功率因數(shù)由平均0.70 達到0.90 以上，電網(wǎng)電能質(zhì)量、變壓器及電動機的運行效率均得以提高。保障高壓供電線路的高效穩(wěn)定運行，減少能源的浪費。

3 經(jīng)濟效益

3.1 熱風(fēng)爐廢氣回收經(jīng)濟效益

項目實施后，高爐焦炭水分含量由9.5%降至5.1%。廢氣回收率由33%提高到86%，高爐入爐風(fēng)溫提高30 ℃，促進了企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展。

（1）穩(wěn)定爐況節(jié)焦效益、增鐵效益（表1）。按照焦炭價格1660 元/t 計算，節(jié)焦效益（A）=2952.82 萬元/年；按照噸鐵效益100 元計算，增鐵效益（B）=1794 萬元/年。

表1 5 號、6 號高爐焦比、產(chǎn)量數(shù)據(jù)

（2）2 號板式預(yù)熱應(yīng)用節(jié)煤效益（表2）。投產(chǎn)前高爐煤氣平均單耗1.882 GJ/t；焦爐煤氣平均單耗0.239 GJ/t。節(jié)煤效益（C）=897.80 萬元/年。

（3）2 號高爐板式預(yù)熱提風(fēng)溫節(jié)焦效益（表3）。2 號高爐板式空氣預(yù)熱器改造后，助燃風(fēng)溫度提高30～100 ℃，高爐入爐風(fēng)溫提高約28 ℃，進而節(jié)約入爐焦比。

改造前平均焦比388.32 kg/t；改造后焦比368.79 kg/t，按焦炭價格1660 元/t 計算，節(jié)焦效益（D）=2951.50 萬元/年。

表2 高爐煤氣、焦爐煤氣數(shù)據(jù)

（4）項目投資費用400 萬元，按照5 年折舊，則投資成本（E）=80 萬元/年

（5）按項目貢獻率50%計算，熱風(fēng)爐廢氣回收產(chǎn)生的經(jīng)濟效益合計（A+B+C+D-E）×50%=4258.06 萬元/年。

表3 2 號高爐焦比、產(chǎn)量數(shù)據(jù)

3.2 水系統(tǒng)節(jié)能改造效益

（1）分層防垢強冷空冷器技術(shù)產(chǎn)生的效益。改造前，軟水系統(tǒng)蒸發(fā)空冷器合計24 臺，總裝機容量1517 kW，改造后合計運行10 臺，總裝機容量360 kW。按照電單價0.60 元/kW·h 計算，年節(jié)電費（A）=608.12 萬元/年。

（2）高壓水冷卻能力提升產(chǎn)生的效益。改造前水泵三用兩備運行3 臺，每臺電機功率200 kW，改造后一用兩備運行1 臺，電機功率500 kW。按照電單價0.60 元/kW·h 計算，直接節(jié)電效益為（B）=52.56 萬元/年。

（3）節(jié)省備件費。每年節(jié)省電機備件5 臺、水泵2 臺；每臺電機費用7 萬元，水泵8 萬元；水系統(tǒng)運行流量壓力穩(wěn)定，每年減少風(fēng)口小套燒損5 個，每個2 萬元。節(jié)省備件費（C）=61 萬元/年。

（4）按項目貢獻率50%計算，水系統(tǒng)節(jié)能改造共計產(chǎn)生的效益（A+B+C）×50%=360.84 萬元/年。

3.3 高壓供電系統(tǒng)集中無功補償節(jié)電技術(shù)經(jīng)濟效益

（1）節(jié)約電費效益（表4）。投產(chǎn)前用電平均單耗50.134 kW·h/t，按照電單價0.60 元/kW·h 計算，節(jié)電效益（A）=214.34 萬元/年。

（2）設(shè)備折舊。14 條高壓線路采用無功補償技術(shù)合計投資468 萬元，按照設(shè)備使用期限5 年折舊計算，設(shè)備折舊（B）=57.6萬元/年。

（3）高壓供電系統(tǒng)集中無功補償節(jié)電技術(shù)經(jīng)濟效益（A-B）=156.74 萬元/年。

表4 改造前后電耗數(shù)據(jù)

改造項目共產(chǎn)生經(jīng)濟效益：4258.06+360.84+156.74=4775.64 萬元/年。

4 結(jié)語

項目的開發(fā)應(yīng)用，降低高爐動力能源的消耗，提高了動力能源的利用率。該項目應(yīng)用年產(chǎn)生效益4775.64 萬元。改造項目在萊蕪分公司煉鐵廠高爐上的成功應(yīng)用，為國內(nèi)其他同類型高爐提高動力能源利用率提供了成功經(jīng)驗，有一定的推廣應(yīng)用價值，具有廣闊的應(yīng)用前景。