安鋼4747m3高爐煤氣回收降料面生產(chǎn)實(shí)踐

趙奕澎 萬(wàn) 雷 趙 穎 魏 波 白耀華

安鋼煉鐵廠3號(hào)高爐（4747m3）是安鋼第一座特大型高爐，于2013年3月19日點(diǎn)火投產(chǎn)。2019年4月，高爐開(kāi)始出現(xiàn)B2、B3段冷卻壁損壞并開(kāi)始向爐內(nèi)漏水，且冷卻壁破損趨勢(shì)日趨嚴(yán)重，至2020年12月18日停爐，前冷卻壁水管共損壞65根。因此3高爐于2020年12月19日-20日實(shí)施了休風(fēng)降料線作業(yè)，整個(gè)休風(fēng)降料面耗時(shí)1080分鐘，成功將料面降至風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)了安全、順利、快速停爐。

1 .停爐前的準(zhǔn)備

1.1 停爐前操作控制

停爐前操作思路是確保爐內(nèi)狀態(tài)穩(wěn)定，以穩(wěn)定爐內(nèi)煤氣流和爐墻為主，在保證風(fēng)量的同時(shí)達(dá)到活躍爐缸的目的。預(yù)降料面前實(shí)現(xiàn)全開(kāi)風(fēng)口作業(yè)，送風(fēng)面積為S：0.4837m2，風(fēng)速275 m/s -280m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能16000 kgm/s -17000kgm/s。

1.2 停爐料的安排

1.2.1停爐前爐料安排

停爐前36小時(shí)減輕焦炭負(fù)荷到4.5t/t，配加錳礦（1500kg/p）和螢石(500 kg/p)，改善渣鐵流動(dòng)性和洗爐，降低塊礦比例14%，爐溫[Si]控制標(biāo)準(zhǔn)為0.4%-0.5%，R2從正常的1.13調(diào)整到1.10，物理熱控制在1500℃～1510℃。鐵水含錳按照0.8%～1.5%控制。

1.2.2休風(fēng)料安排

高爐風(fēng)口中心線以上設(shè)計(jì)容積為3972m3，實(shí)際入爐停爐料共分三段，分別為焦炭負(fù)荷2.8（14批）、2.5（22批）和3批蓋面焦，對(duì)應(yīng)爐內(nèi)體積為1242m3、2579m3和198m3，第一段負(fù)荷料焦比616kg/t，第二段負(fù)荷料焦比690kg/t，全爐總焦比為655kg/t。

1.3 停爐前各項(xiàng)工作確認(rèn)

1.3.1騰空料倉(cāng)

原計(jì)劃隨著休風(fēng)料入爐，逐漸騰空槽下所有料倉(cāng)，按照休風(fēng)料計(jì)劃比照降料面時(shí)間節(jié)點(diǎn)，關(guān)注料倉(cāng)料位的變化。雖然過(guò)程嚴(yán)密把控，但未考慮料倉(cāng)內(nèi)部由于內(nèi)部粘接形成了嚴(yán)重死區(qū)。由于存料數(shù)量大，估算料倉(cāng)料量存在偏差，導(dǎo)致休風(fēng)后個(gè)別料倉(cāng)沒(méi)有騰空，給后續(xù)清理料倉(cāng)增加了工作量。

1.3.2爐頂打水槍設(shè)置

（1）更換爐頂原有的12支霧化噴槍?zhuān)_保減風(fēng)降料線過(guò)程中的爐頂設(shè)備打水及霧化正常，有效降低爐頂溫度和保護(hù)爐頂設(shè)備。（2）拆除原有的4支十字測(cè)溫，更換為新制作的8根霧化式爐頂打水槍。

1.3.3爐內(nèi)安保氣體設(shè)計(jì)與施工

（1）爐身靜壓孔改通N2。（2）降料面期間所有煤槍均不拔出，噴煤區(qū)域通過(guò)煤槍向爐內(nèi)通N2，根據(jù)測(cè)算，每小時(shí)可以通過(guò)38根噴槍向爐內(nèi)通入5000m3氮?dú)?。?）為進(jìn)一步降低爐頂溫度，在爐頂煤氣風(fēng)罩通蒸汽、爐頂布料齒輪箱增加氮?dú)饬髁?，向旋風(fēng)除塵通入氮?dú)狻?/p>

1.3.4爐頂煤氣分析設(shè)計(jì)

（1）保留原有色譜分析儀對(duì)煤氣進(jìn)行分析，要求確保數(shù)據(jù)可靠。(2)由爐頂煤氣封罩引至出鐵場(chǎng)平臺(tái)2套煤氣人工取樣裝置，取樣管加裝了處理管路堵塞用氮?dú)夥创笛b置，以保證在降料面期間能正常取樣分析。

2 .降料面過(guò)程控制

本次3號(hào)高爐降料線采用煤氣全回收打水降溫法，于12月19日6：00開(kāi)始送風(fēng)降料面。初始1號(hào)料線2.11m，2號(hào)料線1.74m，3號(hào)料線1.61m。12月20日0:00料線到26.92米后休風(fēng)。整個(gè)停爐過(guò)程氣流平穩(wěn)，風(fēng)壓波動(dòng)小，無(wú)爆震發(fā)生，總耗時(shí)18小時(shí)，全程累計(jì)消耗風(fēng)量409.3萬(wàn)m3，爐頂打水2507.6t。見(jiàn)表1。

表1 安鋼3號(hào)高爐空料線停爐過(guò)程控制參數(shù)

2.1 降料面過(guò)程控制

2.1.1風(fēng)量控制

原則是在爐況允許的前提下，降料線初期維持較高風(fēng)量，以縮短控料線時(shí)間。實(shí)際上6：00送風(fēng)以后，8：30風(fēng)量逐漸增加到6000m3/min，料面下降到7.07米，爐頂溫度控制在小于270℃的情況下，TRT入口凈煤氣溫度持續(xù)偏高，導(dǎo)致TRT無(wú)法投用，引起煤氣總管入口溫度超出正常運(yùn)行溫度。在高爐風(fēng)量控制到5800m3/min以下，給TRT開(kāi)機(jī)創(chuàng)造條件，允許煤氣經(jīng)過(guò)TRT洗滌塔后順利進(jìn)入管網(wǎng)。隨著降料線的進(jìn)行，爐內(nèi)料柱變薄，上下部壓差縮小，料線降至較深位置時(shí)，出現(xiàn)高風(fēng)量低風(fēng)壓的現(xiàn)象。針對(duì)這種情況，采取了與平時(shí)不同的切煤氣方法，在小風(fēng)量過(guò)程中仍實(shí)施定風(fēng)量操作，減風(fēng)最低時(shí)，逐步降低爐頂壓力，進(jìn)行切斷煤氣作業(yè)，防止在降料線過(guò)程中風(fēng)量和風(fēng)壓出現(xiàn)大波動(dòng)。整個(gè)過(guò)程沒(méi)有發(fā)生爆震，達(dá)到了安全降料線的目的。

2.1.2頂壓的使用

為防止降料線過(guò)程中出現(xiàn)管道現(xiàn)象，在減風(fēng)過(guò)程中高爐維持高頂壓操作。爐頂壓力比平時(shí)休風(fēng)時(shí)使用的頂壓高10Kpa～85Kpa左右。隨著料線降低，風(fēng)量減少，高爐壓差平穩(wěn)下降。見(jiàn)圖1。

圖1 降料面過(guò)程中頂壓使用情況 kpa

2.1.3爐頂打水

（1）爐頂打水原則。高爐降料面期間，打水主要通過(guò)爐頂12根高效霧化噴槍以及十字測(cè)溫新裝的8根（每個(gè)方向2根）打水槍進(jìn)行。計(jì)劃降料面前期溫度可控時(shí)，先用8根打水槍?zhuān)?2支霧化噴槍為輔，當(dāng)頂溫控制＞350℃時(shí)再啟用霧化噴槍。降料面進(jìn)入中后期頂溫較高且控制受限時(shí)，使用高效霧化噴槍為主，8根打水槍為輔。頂溫控制原則是，當(dāng)頂溫大于300℃，溫度高的區(qū)域，先開(kāi)始打水降溫；頂溫小于200℃時(shí)，溫度低的區(qū)域，停水提溫。頂溫和荒煤氣溫度結(jié)合著控制。（2）爐頂打水實(shí)踐。在降料線停爐過(guò)程中，爐頂采用多打水、少減風(fēng)的方式，使高爐大風(fēng)量運(yùn)行維持時(shí)間長(zhǎng)。送風(fēng)初期由于TRT入口凈煤氣溫度高，TRT沒(méi)法投用，所以打水溫度各降50℃（啟噴250℃，停噴150℃）。見(jiàn)圖2。

圖2 爐頂打水流量統(tǒng)計(jì)

2.1.4爐頂溫度控制

爐頂溫度控制要求：嚴(yán)格按照200℃～350℃控制，干法除塵入口煤氣溫度≯280℃，齒輪箱溫度<70℃，整個(gè)停爐過(guò)程中齒輪箱溫度按照預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)控制，波動(dòng)幅度小，最高溫度不超過(guò)20℃，爐頂溫度及荒煤氣溫度得到合理控制。

從圖3可以看到平均頂溫的兩次較大波動(dòng)：第一個(gè)拐點(diǎn)為11:00左右，頂溫控制非常低，在124℃，主要是為T(mén)RT的投用創(chuàng)造條件，以及控制煤氣總管入口溫度。第二個(gè)拐點(diǎn)為19日23：30，此時(shí)TRT退出，煤氣切斷處于放散狀態(tài)，不再打水降溫。

圖3 停爐過(guò)程中荒煤氣溫度及頂溫變化 ℃

本次停爐設(shè)計(jì)總耗水量為2600t，實(shí)際使用2507.6t，打水量少于預(yù)期，其主要原因是由于送風(fēng)初期荒煤氣溫度得不到有效的控制以及為T(mén)RT投用創(chuàng)造條件，風(fēng)量及氧量的使用較低。其次是TRT投用后對(duì)流經(jīng)的高爐煤氣有較好的降溫作用，因此進(jìn)入煤氣總管的高爐煤氣溫度得到有效降低，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，使整個(gè)降料面過(guò)程減少了打水量。

2.1.5煤氣成分的控制

為保證休風(fēng)降料線的安全進(jìn)行，密切關(guān)注高爐煤氣成分的變化，在維持原有的色譜儀分析煤氣成分的基礎(chǔ)上，又在爐頂封罩引出了2套（一用一備）煤氣人工取樣口，以確保隨時(shí)獲得煤氣成分，從而保證降料線過(guò)程安全可控。

煤氣中CO含量的變化趨勢(shì)是隨著料線的下降從21.7%上升到34.4%（人工取樣），然后逐步下降到24%，轉(zhuǎn)折變化出現(xiàn)在17米左右。CO2的變化趨勢(shì)從13%左右逐步下降到3%左右，隨后較長(zhǎng)時(shí)間維持在3%左右。H2的含量整體可控，在料線下降到爐腹部位時(shí)H2含量達(dá)到最高，料面降至爐腹下部時(shí)H2開(kāi)始下降。見(jiàn)圖4。

圖4 停爐過(guò)程中煤氣成分與打水量趨勢(shì)

2.1.6高爐停氣及休風(fēng)

原則上當(dāng)料面降至爐腹以下時(shí)，出現(xiàn)以下情況時(shí)應(yīng)考慮高爐停止煤氣回收：（1）降料面后期，爐內(nèi)爆震頻繁依靠減風(fēng)難以控制時(shí)；（2）煤氣中含氫氣，氧氣不符合控制要求時(shí)。

實(shí)際降料面過(guò)程料面降至24.08米時(shí)，人工檢測(cè)煤氣成分中O2濃度偏高，決定停氣，停氣前爐頂溫度＞300℃，已超過(guò)規(guī)定停氣溫度，采取先減風(fēng)，爐頂打水全開(kāi)，當(dāng)爐頂溫度到250℃以下時(shí)，逐步降低頂壓至10KPa，高爐停止煤氣回收，確認(rèn)安全后，料線降至26.92米時(shí)休風(fēng)。

3 .預(yù)防及改進(jìn)

（1）水蒸氣過(guò)熱對(duì)煤氣溫度的影響。停爐過(guò)程中，為降低煤氣溫度，減風(fēng)、增加爐頂打水量，爐頂溫度低于150℃，但干法除塵箱體內(nèi)測(cè)溫仍220℃以上。降料面時(shí)應(yīng)充分考慮煤氣入網(wǎng)溫度的控制，采取相應(yīng)的降溫措施。

（2）煤氣分析數(shù)據(jù)偏差大。由于降料面過(guò)程中色譜數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，無(wú)法參考，影響了降料面判斷和分析。今后要做好煤氣成分化驗(yàn)的管理工作，為盡量多回收煤氣提供更加科學(xué)的依據(jù)。

4 .結(jié)語(yǔ)

（1）本次降料面過(guò)程安全、順利，成功將料面降至風(fēng)口，為冷卻壁拆除創(chuàng)造了良好的條件，且在整個(gè)降料面過(guò)程中風(fēng)壓、風(fēng)量控制合理，頂壓全程無(wú)波動(dòng)，爐內(nèi)無(wú)爆震。

（2）降料面前的準(zhǔn)備工作充分，降料面過(guò)程中的協(xié)調(diào)和各工種配合比較好，爐內(nèi)操作、煤氣分析、出渣鐵等各個(gè)環(huán)節(jié)控制精準(zhǔn)，整個(gè)過(guò)程未出現(xiàn)影響停爐的事故。

（3）整個(gè)降料面過(guò)程高爐維持高頂壓操作。爐頂控制壓力比正常休風(fēng)時(shí)使用的頂壓高10KPa～85KPa左右。