梅鋼4#高爐熱風(fēng)爐燃耗優(yōu)化實(shí)踐

仲園

（上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇南京 210039）

前言

熱風(fēng)爐是高爐重要配套設(shè)備。煉鐵過(guò)程中，熱風(fēng)爐主要燃燒高爐煤氣加熱爐內(nèi)蓄熱體，以保證高爐熱風(fēng)供應(yīng)。提高風(fēng)溫有助于降低焦比、增加產(chǎn)量。熱風(fēng)爐消耗高爐煤氣約占高爐副產(chǎn)煤氣33%，因此提高熱風(fēng)爐熱效率對(duì)降低能耗具有重大意義[1-2]。

1 4#高爐熱風(fēng)爐現(xiàn)狀

1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

梅鋼4#高爐于2009年5月12日投產(chǎn)，有效容積3200 m3，高爐利用系數(shù)2.2 t/(m3·d)。其熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 4#高爐熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)

1.2 燃耗對(duì)標(biāo)

梅鋼2#、4#、5#高爐熱風(fēng)爐燃耗差距較大：2019年2#高爐熱風(fēng)爐燃耗68.3 kgce/t，4#高爐熱風(fēng)爐72.2 kgce/t，5#高爐熱風(fēng)爐65.4 kgce/t，高爐工序噸鐵耗煤氣68.1 kgce。寶鋼股份各基地對(duì)標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 高爐熱風(fēng)爐燃耗對(duì)標(biāo) kgce/t

從各基地對(duì)標(biāo)來(lái)看，梅鋼燃耗在四基地處于劣勢(shì)，僅5#高爐熱風(fēng)爐燃耗處于基地平均值水平。而4#高爐熱風(fēng)爐燃耗較2#、5#高爐均高，因此迫切需要降低4#高爐熱風(fēng)爐燃耗。

2 燃耗優(yōu)化改進(jìn)

熱風(fēng)爐燃耗偏高原因主要是：熱風(fēng)爐漏風(fēng)、自動(dòng)燃燒參數(shù)設(shè)置不合理、高爐煤氣管網(wǎng)壓力波動(dòng)大、空氣換熱劣化嚴(yán)重。針對(duì)上述原因制定針對(duì)性整改措施。

2.1 漏風(fēng)治理

（1）漏點(diǎn)統(tǒng)計(jì)梳理和消缺

建立4#高爐熱風(fēng)爐漏點(diǎn)治理動(dòng)態(tài)檔案，制定處理計(jì)劃，對(duì)新檢查的漏點(diǎn)動(dòng)態(tài)更新，持續(xù)推進(jìn)漏點(diǎn)治理。2020 年5 月梳理熱風(fēng)爐跑風(fēng)點(diǎn)23 處，截至7月底，處理10處、新發(fā)現(xiàn)4處、在漏點(diǎn)17處。

經(jīng)調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)主要漏風(fēng)點(diǎn)為法蘭和閥門(mén)盤(pán)根：法蘭跑風(fēng)原因主要是法蘭應(yīng)力比較大，造成法蘭焊縫容易開(kāi)裂跑風(fēng)；盤(pán)根跑風(fēng)主要原因?yàn)楸P(pán)根使用材質(zhì)和更換工藝有問(wèn)題。除了對(duì)熱風(fēng)爐漏風(fēng)處法蘭部位打包焊接、對(duì)焊縫處泄漏部位重新補(bǔ)焊外，針對(duì)不同部位法蘭采取加強(qiáng)強(qiáng)度和釋放應(yīng)力等措施；對(duì)盤(pán)根主要采取油浸盤(pán)根改為石墨盤(pán)根，將盤(pán)根45°斜切改為30°斜切。

采取上述措施后，熱風(fēng)爐現(xiàn)場(chǎng)跑風(fēng)聲音明顯減少。后續(xù)待高爐休風(fēng)定修后，繼續(xù)處理其它跑風(fēng)點(diǎn)。

（2）效果驗(yàn)證

熱風(fēng)爐漏風(fēng)率測(cè)量存在困難，采用氮?dú)馄胶鈦?lái)反推熱風(fēng)爐漏風(fēng)率，計(jì)算原理如下：

N2收入=鼓風(fēng)量×氮?dú)夂浚?/p>

N2支出=煤氣發(fā)生量×煤氣中N2含量-高爐均壓等帶入N2量；

N2損失率=1-（N2支出/N2收入）

繪制熱風(fēng)爐漏風(fēng)修補(bǔ)前后漏風(fēng)率單值控制圖如圖1，整改后漏風(fēng)降低明顯，漏風(fēng)率均值1.16%，符合漏風(fēng)率低于1.5%的設(shè)計(jì)要求。

圖1 漏風(fēng)修補(bǔ)前后漏風(fēng)率的單值控制圖

2.2 燃燒模型優(yōu)化

（1）控制參數(shù)調(diào)整

優(yōu)化熱風(fēng)爐燃燒模型，設(shè)定空燃比、殘氧量目標(biāo)值，來(lái)調(diào)整控制助燃空氣流量。先大火燒拱頂溫度到1 350℃，再燒廢氣，使廢氣溫度保持在350℃，即采用先加熱拱頂，后加熱煙氣的燒爐方式。

熱風(fēng)爐正常運(yùn)行中3 個(gè)階段：①燃燒期103 min，通過(guò)燃燒煤氣對(duì)蓄熱室進(jìn)行蓄熱；②燜爐期17 min，燃燒期與送風(fēng)期之間，在蓄熱室內(nèi)完成燃燒熱的傳遞以及蓄熱；③送風(fēng)期120 min，蓄熱室對(duì)進(jìn)入冷風(fēng)進(jìn)行加熱。目前除了高爐休風(fēng)、復(fù)風(fēng)和熱風(fēng)爐故障外，模型投用率達(dá)到100%。

（2）效果驗(yàn)證

表3 半自動(dòng)燃燒模型控制參數(shù)優(yōu)化

表4 燃燒模型主要控制參數(shù)修改前后效果

2.3 穩(wěn)定高煤管網(wǎng)壓力

4#高爐熱風(fēng)爐以高爐煤氣為主要燃料。根據(jù)設(shè)定空燃比來(lái)跟蹤調(diào)節(jié)助燃空氣的流量，由于調(diào)節(jié)動(dòng)作存在滯后，會(huì)造成不完全燃燒或者空氣過(guò)量。高爐煤氣管網(wǎng)目標(biāo)壓力控制在9±1 kPa 具體壓力控制見(jiàn)表5。壓力大于12 kPa 時(shí)啟用煤氣放散，短時(shí)間高煤總管壓力可沖到16 kPa，高爐煤氣壓力波動(dòng)對(duì)熱風(fēng)爐高爐煤氣的流量造成極大波動(dòng)，高爐煤氣流量可從正常燒爐的10 萬(wàn)m3/h 瞬間升到12萬(wàn)m3/h。

表5 高爐煤氣（BFG）運(yùn)行控制指標(biāo)

2.3.1 穩(wěn)壓措施

為穩(wěn)定高爐煤氣管網(wǎng)壓力采取以下措施：

(1)高爐煤氣發(fā)生量監(jiān)視。加強(qiáng)系統(tǒng)監(jiān)視，通過(guò)在EMS 終端上調(diào)用高爐煤氣發(fā)生量曲線、熱風(fēng)爐煤氣使用量曲線、高爐煤氣總管壓力曲線，便于發(fā)現(xiàn)異常趨勢(shì)，及時(shí)進(jìn)行處理。13.5 萬(wàn)m3、30 萬(wàn)m3高煤柜掛網(wǎng)運(yùn)行，通過(guò)氣柜“吞吐”高爐煤氣來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高爐煤氣管網(wǎng)壓力的目的。

(2)臨時(shí)性失衡的調(diào)整。對(duì)于熱風(fēng)爐換爐、軋鋼生產(chǎn)節(jié)奏變化、軋鋼機(jī)組故障引起的波動(dòng)，可以通過(guò)改變電廠使用量、改變熱軋加熱爐燃料組合模式以及化工管式爐燃料方式來(lái)調(diào)整，如果煤氣過(guò)剩時(shí)用戶來(lái)不及調(diào)整，可以通過(guò)手動(dòng)燃燒放散以確保系統(tǒng)安全。

(3)突發(fā)性失衡的調(diào)整。對(duì)于電廠一臺(tái)機(jī)組跳機(jī)等引起高爐煤氣大量過(guò)剩，應(yīng)立即進(jìn)行燃燒放散;隨后進(jìn)行熱軋和化工燃料方式調(diào)整，若電廠有用氣能力則將煤氣負(fù)荷轉(zhuǎn)移到其他機(jī)組，視機(jī)組恢復(fù)時(shí)間可令焦?fàn)t全燒高爐煤氣。

(4)高爐休風(fēng)、復(fù)風(fēng)期間加強(qiáng)協(xié)調(diào)。熱風(fēng)爐送風(fēng)定時(shí)：2#、4#、5#高爐熱風(fēng)爐換爐時(shí)間為每小時(shí)第10分、30分、55分；3座高爐熱風(fēng)爐需錯(cuò)峰換爐，避免對(duì)煤氣管網(wǎng)造成嚴(yán)重沖擊；煤氣調(diào)度和熱風(fēng)爐保持對(duì)時(shí)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)偏離設(shè)定時(shí)間及時(shí)修正。

2.3.2 效果驗(yàn)證

?雷達(dá)、楊連星:《現(xiàn)行國(guó)際經(jīng)濟(jì)秩序改革困境與全球治理理念的完善》，《中國(guó)人民大學(xué)學(xué)報(bào)》2017年第4期。

強(qiáng)化煤氣發(fā)生量監(jiān)視、制定失衡調(diào)整預(yù)案、加強(qiáng)高爐休風(fēng)、復(fù)風(fēng)期間協(xié)調(diào)，達(dá)到穩(wěn)定高煤總管壓力目的，高煤總管壓力波動(dòng)明顯改善，見(jiàn)圖2。

圖2 高煤總管壓力波動(dòng)改善

2.4 動(dòng)態(tài)監(jiān)控指標(biāo)

為實(shí)現(xiàn)4#高爐熱風(fēng)爐能耗管理受控，對(duì)其能耗指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。依托梅鋼能源管理信息化平臺(tái)自動(dòng)生成能源日生產(chǎn)管控報(bào)表，對(duì)各單元的消耗建立基準(zhǔn)（目前為月度預(yù)算），系統(tǒng)按顏色顯示消耗水平。其中重要消耗指標(biāo)數(shù)據(jù)，在各單元的首頁(yè)顯示。發(fā)現(xiàn)超設(shè)定目標(biāo)的異常消耗，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送責(zé)任人郵箱提示。同一消耗指標(biāo)5次異常則系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送責(zé)任領(lǐng)導(dǎo)郵箱提示。提醒關(guān)注燃耗異常情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)4#高爐熱風(fēng)爐燃耗異常的日跟蹤，見(jiàn)圖3。

圖3 系統(tǒng)生產(chǎn)異常單耗、郵箱推送異常燃耗

2.5 空氣換熱器更換

4#高爐熱風(fēng)爐空氣換熱器已投運(yùn)11年，換熱器老化嚴(yán)重，空氣預(yù)熱溫度低，預(yù)熱效果衰減71%，基本失去預(yù)熱空氣效果。空氣換熱器技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6 空氣換熱器技術(shù)指標(biāo)

(1)空氣換熱器更換

2020 年12 月4#高爐中修更換空氣換熱器。整體將空氣換熱器更換成新型列管式換熱器，見(jiàn)圖4。

圖4 新型列管式換熱器見(jiàn)圖

新型換熱器主要考慮衰減周期長(zhǎng)、施工周期短、高溫可靠連接。為便于檢修清理，在空氣換熱器空氣、煙氣進(jìn)出口、集氣箱設(shè)有檢修人孔。為防止煙氣側(cè)積灰，煙氣走管外空氣走管內(nèi)，換熱管束垂直布置方便灰塵沉降。同時(shí)換熱管采用20G低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管作為空氣管內(nèi)擾流子。

換熱器施工方面有以下經(jīng)驗(yàn)：換熱器設(shè)備分節(jié)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接組焊，縮短施工周期；做好內(nèi)保溫，確保表面溫度低于50℃；為減小換熱管束熱膨脹應(yīng)力，在換熱本體設(shè)膨脹節(jié)吸收膨脹；集氣箱與煙氣箱體連接處采用雙面焊并做外保溫；設(shè)備制作完進(jìn)行氣密試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力0.03 MPa，保壓2 h，泄漏率＜0.1%[4]。

(2)效果驗(yàn)證

空氣預(yù)熱終溫從70℃升至170℃以上。按照2019 年4#高爐熱風(fēng)爐高爐煤氣消耗132 637 萬(wàn)m3、轉(zhuǎn)爐煤氣5 938 萬(wàn)m3，空燃比0.65，空氣溫差提高100℃計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益為：

式中：Q——空氣預(yù)熱后回收潛熱；

C——空氣比熱；

V——煤氣體積；

A——空燃比；

△t——溫差。

節(jié)約高爐煤氣量

式中：V——節(jié)約高爐煤氣體積；

E——高爐煤氣低熱值；

高爐煤氣價(jià)格0.17元/m3。

年經(jīng)濟(jì)效益=0.17×3 633=617萬(wàn)元。

3 高爐燃耗優(yōu)化效果

各項(xiàng)改進(jìn)措施逐步實(shí)施前后，4#高爐熱風(fēng)爐燃耗見(jiàn)表7。

表7 4#高爐熱風(fēng)爐燃耗 kgce/t

熱風(fēng)爐燃耗指標(biāo)得到逐步改進(jìn)，2020 年平均燃耗68.4 kgce/t，較2019 年燃耗72.2 kgce/t 降低4.8%，效果顯著。

4 結(jié)語(yǔ)

梅鋼4#高爐外燃式熱風(fēng)爐燃耗偏高。通過(guò)漏風(fēng)治理、調(diào)整自動(dòng)燃燒控制參數(shù)、穩(wěn)定高爐煤氣總管壓力、更換劣化嚴(yán)重的空氣換熱器后，燃耗逐步降低，節(jié)能效果顯著。