鞍鋼高爐煤粉噴吹氮氣回收生產實踐

王振東，何國強，馬克，王安嘉

(鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山114021)

鞍鋼高爐煤粉噴吹氮氣回收生產實踐

王振東，何國強，馬克，王安嘉

(鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山114021)

為提高高爐煤粉噴吹氮氣利用率，減少氮氣放散，進一步降低煉鐵成本，鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠煤粉作業區利用三罐并列式氮氣回收噴吹工藝技術，結合自身工藝設備特點，開發出多罐并聯式氮氣回收技術。實踐表明，該技術操作簡單，運行穩定，工藝容錯性強，氮氣回收率高達40%以上。

高爐；煤粉噴吹；氮氣；回收

隨著高爐高煤比、大噴煤量的生產需求，高效、穩定、低消耗的噴煤技術已成為現代化噴煤技術的發展方向。氮氣作為煤粉噴吹工藝重要的能源介質，在煤粉噴吹結束后，全部被放散，能源消耗十分嚴重。因此，國內各大鋼廠均在回收、重復利用噴吹氮氣上開展工藝技術研發。如武鋼、沙鋼的煤粉工藝中主要的氮氣回收技術是采用3罐并列式單管路加分配器技術。此種技術能夠在單罐噴吹結束后將噴吹罐內的一半氮氣回收至等待充壓的噴吹罐內，以此節約大量氮氣。但此種工藝需要在設計初期就將噴吹工藝設計為三罐并列式噴吹形式［1］，受初始設計影響大，因此很難被其他鋼鐵廠借鑒利用。鞍鋼利用均壓回收一半氮氣原理，結合自身工藝特點，研發出多罐并列式氮氣回收工藝，目前已實現單罐噴吹后可回收40%以上的氮氣量，對降低煉鐵成本具有重要意義。

1　噴吹工藝現狀

鞍鋼二制粉負責為新4#高爐和新5#高爐兩座容積為2580 m3高爐噴吹煤粉，設計最大噴吹煤量為60 t/h，最大煤比為220 kg/t。單座高爐噴吹系統采用4罐并列雙主管加雙分配器的直接噴吹工藝，2個分配器分別對應15根支管，所有支管采用等長設計，配合阻損補償技術，確保爐前噴吹均勻。煤粉主管采用變徑技術和分級補氣技術，有效保證小時煤量。

噴吹罐采用上出料方式，單個噴吹罐有效容積為20 m3，最大裝載煤粉量為10 t，倒罐周期為12～25 min。噴吹罐充壓、補壓及流化均采用氮氣，系統噴吹風、吹掃風采用壓縮空氣［2］。系統設計400 m3氮氣球罐，避免管道氮氣壓力波動對噴吹產生影響。

整個噴吹流程采用人工—計算機操作，崗位根據高爐煤量需求，在0.6～0.9 MPa范圍調節噴吹壓力，并根據噴煤速度調節噴吹風量，改變風粉固氣比，以此完成準確噴吹。噴吹系統工藝流程如圖1所示。

2　氮氣回收技術開發

2.1氮氣回收工藝設計

鞍鋼二制粉系統共有8個并列的噴吹罐組，其中4個負責為新4#高爐噴煤，另外4個為新5#高爐噴煤。根據此設備布局，設計開發氮氣回收技術。在每個噴吹罐至放散閥的管道上加裝分支管道，在分支管道上安裝一個切斷閥（如圖2中V-1閥），然后利用一根通用管道將8個切斷閥的出口管道聯通在一起，并且在新4#高爐與新5#高爐卸壓聯通管道中間加裝一個聯絡閥。此種設計方案相當于將8個噴吹罐全部并聯起來，理論上每個噴吹罐都可以根據實際情況為其余7個罐組充壓。工藝改造設備材料統計見表1。

表1　工藝改造設備材料統計

2.2氮氣回收工藝技術特點

實際運行中，通常情況下1#～4#罐組有2個罐組為新5#高爐噴煤，5#～8#罐組為新4#高爐噴煤。以1#罐為新5#高爐單系列噴煤，3#罐為新5#高爐雙系列噴煤，5#罐為新4#高爐單系列噴煤，7#罐組為新4#高爐雙系列噴煤為例，當1#罐組噴煤結束后，就可以為4#、6#、8#罐組中的任何一個噴吹罐充壓，即該噴吹罐可以給除本系列外其余三個系列中任意一個等待充壓的噴吹罐充壓，而此3個等待充壓的噴吹罐的本質相當于三罐并列噴吹系統中的3個“第三個噴吹罐”，充分利用了設備布局，極大地提高了系統回收氮氣的靈活性。具體氮氣回收工藝流程見圖2。

3　氮氣回收技術應用

3.1氮氣回收充壓原則

為了便于崗位操作以及充分回收剩余氮氣，在回收噴吹罐內氮氣時采取“就近原則”，即卸壓時以本高爐系統內噴吹罐為首選，如果本高爐內沒有合適的充壓罐組，再打開聯絡閥為另一個高爐系統噴吹罐組充壓。

3.2氮氣回收技術應用方式

當一個噴吹罐噴煤結束后，操作人員選擇合適的待充壓噴吹罐，先將該待充壓罐組對應的卸壓切斷閥開啟，然后開啟待卸壓噴吹罐的卸壓切斷閥開始充壓過程。當2個罐組壓力基本持平后，先關閉待充壓噴吹罐的卸壓切斷閥，然后關閉待卸壓噴吹罐的卸壓切斷閥，再開啟待充壓噴吹罐的充壓閥，將壓力充到設定值。與此同時，開啟待卸壓噴吹罐的放散閥，剩余氮氣通過布袋放散至大氣中，完成整套氮氣回收流程，氮氣回收工藝圖如圖3所示。

3.2.1單系統一對一回收方式

在各自的高爐噴吹系統內實現剩余氮氣回收，二制粉有2個高爐噴吹系統，每個系統4個噴吹罐，有2個處于工作狀態，有2個處于等待狀態。當其中1個罐噴吹結束后，將此噴吹罐內的高壓氮氣“就近”卸壓到同高爐系統噴吹罐內。實現氮氣回收后，關閉相應的卸壓切斷閥，然后再進行正常噴吹操作。在一般情況下，此方式為首選，氣體回收距離較近，回收率較高，而且更便于操作人員作業。噴吹罐卸壓時壓降與時間變化關系如圖4所示。

3.2.2雙系統一對一回收方式

如果處于工作狀態的噴吹罐需要卸壓時，本高爐系統無等待充壓噴吹罐，而另一高爐系統噴吹罐有等待充壓噴吹罐，崗位可以開啟2個高爐噴吹系統聯絡閥門，然后開啟需要充壓罐組的切斷閥進行回收氮氣。待回收氮氣完畢后，先關閉充壓噴吹罐的切斷閥，再關閉兩個高爐噴吹系統的聯絡閥，最后關閉卸壓噴吹罐的切斷閥，完成整個氮氣回收過程。

3.2.3雙系統二對二回收方式

如果系統中有2個噴吹罐需要卸壓，有2個噴吹罐處于等待充壓狀態，系統可以進行2個噴吹罐同時放壓，用另2個噴吹罐同時進行氮氣回收，實現雙系統二對二并行回收，進一步節省氮氣回收時間。

4　系統運行情況與效益計算

4.1系統運行情況

該氮氣回收工藝自投入使用至今運行情況良好，系統回收氮氣靈活性高，容錯性強，閥體動作無卡阻，卸壓過程流暢。同時，由于工藝設計簡潔，管線走向設計正確，涉及閥體較少，因而設備故障率極低。

4.2效益分析

二制粉單座高爐噴吹系統有4個噴吹罐，按高爐噴吹煤量40 t/h計算，噴吹罐壓力需設定為0.8 MPa，單個噴吹罐有效容積20 m3，每罐裝10 t煤，則每小時4個噴吹罐需各倒罐一次。本氮氣回收工藝每次倒罐節約一半充壓氮氣用量，實際回收過程中有氮氣損耗，回收率約為40%，因而利用系數取0.85。因此，單座高爐每天節氮量為：

20×0.8×10×4×0.5×0.85×24=6 528 m3

二制粉對應2座高爐，則二制粉全天節約氮氣量約為 13 000 m3。若氮氣單價按0.3元/m3計算，則二制粉全天節約成本3 900元，全年節約成本140余萬元，降本增效成果顯著。

5　結語

鞍鋼氮氣回收技術克服了噴吹工藝設計對氮氣回收技術的制約，在結合現有煤粉噴吹工藝設備基礎上，創新性的開發了多罐組并聯氮氣回收工藝，極大地提高了系統卸壓的靈活性和容錯性，實際生產中運行情況良好。未來利用高爐年修機會重新優化管道走向，最大程度減少管道上的直角彎，并加大轉角處的管道厚度，以增強管道耐磨性，提高設備運轉壽命。

［1］吉永業,兌關鎮.太鋼1800 m3高爐噴煤系統設計及運行［J］.山西冶金，2009（5）：36-38.

［2］葉才彥.高爐噴煤濃相輸送技術的探討 ［J］.鋼鐵研究，1995，5（3）：7-12.

（編輯 賀英群）

Production Practice on Nitrogen Recover Technology Applied by Pulverized Coal Injection in Furnace Blast of Angang

Wang Zhendong，He Guoqiang，Ma Ke，Wang Anjia
（General Ironmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.,Anshan 114021,Liaoning,China）

In order to improve the operating factor of nitrogen in pulverized coal injection and reduce the diffusing amount of nitrogen to further cut down the cost of ironmaking,the nitrogen recovering technology by multiple-tank is developed based on three-tank-parallel-type injecting technology with nitrogen recovery at the pulverized coal operating region in General Ironmaking Plant of Angang Steel Co.,Ltd.together with the characteristics of the process equipment.The operation practice shows that the recovering technology owns such features as the simplicity of operation,high running stability and good fault tolerance and as a result the recovery rate of nitrogen is as high as over 40%.

blast furnace;pulverized coal injection;nitrogen;recovery

TF54

A

1006-4613（2015）03-0039-04

王振東，助理工程師，2011年畢業于中國礦業大學電氣工程專業。

E-mail:dong27@126.com

2014-07-22