高爐機前富氧的設計及應用

蘇軍旗

摘 要：目前，國內鋼鐵行業產能過剩，利潤下滑，節能減排成為各企業發展研究的重中之重。在此背景下，高爐機前富氧應運而生。本文首先闡述高爐機前富氧技術的基本原理與可行性，然后探討安全保障措施，最后對實際應用案例情況進行說明，旨在提升我國鋼鐵企業的經濟效益，為我國經濟發展做出貢獻。

關鍵詞：高爐富氧;設計;應用

中圖分類號：TH44文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）29-0142-02

Abstract： At present， the domestic steel industry has overcapacity and profits are declining. Energy conservation and emission reduction have become the top priority of research on the development direction of various enterprises. Under this background， oxygen enrichment in front of the blast furnace came into being. This paper first expounded the basic principle and feasibility of oxygen enrichment technology in front of blast furnace， then discussed the security measures， and finally illustrated the practical application cases in order to enhance the economic benefits of iron and steel enterprises in China and make contributions to the economic development of our country.

Keywords： blast furnace oxygen enrichment;design;application

自2008年經濟危機以來，我國GDP增速放緩，社會生產結構開始轉型，特別是在過去幾年中，房地產、建材等行業發展迅速，使得鋼鐵產能持續提升，甚至出現了過剩現象，導致鋼材利潤率大幅下降，大型鋼鐵企業虧損嚴重，而小型鋼鐵企業則紛紛倒閉，國內鋼鐵行業面臨著前所未有的挑戰。在此背景下，為了實現持續健康發展，鋼鐵企業必須不斷降低成本，實現節能減排，而高爐機前富氧作為一種節能技術，應被廣泛應用到日常生產當中。

1 高爐機前富氧基本概述

高爐富氧的主要目的是提高鼓風中的含氧量，提升燃料燃燒效率，從而加強冶煉強度，是一種高爐強化冶煉技術。目前，國內鋼廠高爐富氧工藝多是利用制氧機，將低壓氧氣加壓后送往高爐，再經高爐調壓送入高爐鼓風機機后風道，供給高爐富氧鼓風[1]。

高爐機前富氧則是將制氧機出口的低壓氧氣從高爐鼓風機機前吸入，同時維持高爐鼓風機風量不變，使鼓風中的含氧量增加，以達到高爐富氧鼓風的目的。此項技術最早在寶鋼企業中被廣泛使用，因為相關設備為國外進口，所以運行效果良好。相較于傳統富氧工藝，機前富氧的低壓氧氣不必加壓后再降壓，可以代替傳統氧壓機，節約電能。而被代替的氧壓機則可以作為備用氧、氮壓機使用，從而保障生產穩定進行。

2 高爐機前富氧設計的可行性

國內相關機構的試驗表明，當富氧空氣中的氧含量為30%時，一般鼓風機所使用的材料燃燒性能與材料在大氣中的燃燒性能幾乎無任何差別。因此，將方案中富氧空氣含氧量定為26%是安全的。根據上述分析及國內鋼廠的實際運行經驗可知，機前富氧是可行的。

以河北省某鋼鐵公司現有的6座高爐為例，高爐富氧量總計33 800Nm3/h左右。采用傳統機后富氧方式，使用1臺20 000Nm3/h透平氧壓機為3#、4#、5#高爐供給氧氣，以及3臺5 200Nm3/h活塞氧壓機為1#、2#、6#高爐供給氧氣。根據現場實際工況設計，高爐鼓風機機前低壓氧氣壓力應控制在10kPa以上。根據《深度冷凍法生產氧氣及相關氣體安全技術規程》（GB 16912—2008）的規定，在低壓送氧時，氧氣流速宜控制在6m/s以下。

1#、5#、6#高爐富氧總量為19 300Nm3/h，設計氧氣總管流量最大為25 000Nm3/h，進口壓力15kPa，主管道采用DN1 200mm，設計流速V1為5.8m/s，當量距離L1為1 000m，包含20個90°彎頭，設計理論壓損[ΔP1]為835Pa。

2#、3#、4#高爐富氧總量為14 500Nm3/h，設計氧氣總管流量考慮最大為19 000Nm3/h，進口壓力15kPa，主管道采用DN1 000mm，設計流量V2為5.7m/s，當量距離L2為1 000m，包含20個90°彎頭，設計理論壓損[ΔP2]為792Pa。再加上阻火器、閥門、阻力等不超過2kPa，高爐鼓風機前氧氣壓力大于13kPa，能夠滿足工藝要求[2]。

3 高爐機前富氧的設計安全措施

高爐機前富氧采用的是機前混合工藝，純氧應在距鼓風機吸入口三倍管道內徑的距離，通過混合性能良好的純氧噴嘴混入，以確保氧氣混合均勻，富氧純度變化在±1%之間波動。盡管有上述工業試驗驗證，高爐富氧率控制在30%是可以安全生產的，但還應該采取必要的安全措施保證生產順利進行。

3.1 安裝富氧比控制裝置

該裝置能適應高低純度各種氧氣環境。依托PLC或DCS平臺，檢測改造系統的閥門閥位、氧氣流量、氧氣壓力、含氧量和高爐風機。通過檢測含氧量，該裝置可以依據預設富氧率自動調節氧氣調節閥，也可以通過PID跟蹤控制富氧率。該裝置可以長期檢測、儲存實時流量曲線，方便生產人員調整工況和后期生產查詢。

3.2 安裝保護氮系統

該系統不僅可以在富氧系統停止使用及檢修時充氮置換管道，而且當高爐鼓風機或是氧氣系統發生異常情況時，可以快速切斷氧氣供應，對管道進行噴氮保護，稀釋富氧，確保生產安全。

3.3 安裝煤氣檢測系統

高爐鼓風機機后加裝煤氣檢測系統后，當煤氣含量超標，會聯鎖報警并觸動聯鎖，從而快速打開保護氮系統，切斷氧氣供應。此外，根據國家相關設計規范和標準，還可以在氧氣管道進口加裝過濾器，增加氧氣阻火器，保障生產安全。

4 高爐機前富氧的設計實例分析

依據該廠的實際情況，高爐機前富氧改造費用在1 000萬左右。單臺透平氧壓機的配套功率為4 300kW，實際能耗為3 600kW，單臺活塞氧壓機的配套功率為900kW，實際能耗為710kW，總能耗為5 730kW/h。按照全年工作8 000h計算，機前富氧改造完成后，可節約電耗45 840 000 kW·h，按照電價0.52元/（kW·h），一年可以節省電費2 383.7萬元，5個月即可收回投資成本。

5 結論

本文介紹了高爐機前富氧的基本內容，并通過具體案例驗證了其具有較高的可行性。雖然高爐機前富氧技術改造一次性投資高，但可以在短時間內收回投資成本，并且長期節約能耗，經濟效益明顯，在經濟上也是可行的。在目前鋼鐵企業的困難時期，高爐機前富氧設計能有效降本成本，提升生產效率，值得各鋼鐵企業關注并采用。

參考文獻：

[1]張文龍，王維興，余海萍.科學配備高爐鼓風機促進節能[J].中國機械，2014（17）：231-232.

[2]陸紹遠.高爐煤氣鍋爐富氧燃燒技術應用研究[D].長沙：中南大學，2013.