邢鋼煤氣回收及高效利用實踐

張志輝,武國峰,王凱峰,孔祥川

（邢臺鋼鐵有限責任公司，河北邢臺 054027）

前言

副產煤氣是鋼鐵企業最重要的二次能源，長流程鋼鐵企業各類煤氣資源約占企業綜合能源消費量的40%[1]。利用好煤氣資源是降低單位產品能耗的關鍵因素之一。邢鋼是一家以生產長材為主的典型的長流程鋼鐵企業，近年來在煤氣系統實施開源節流，持續提高煤氣回收量，減少煤氣放散率，采取各項技術和管理措施降低使用環節的煤氣消耗，提升了煤氣系統的綜合利用效率，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1 提高轉爐煤氣回收

1.1 轉爐煤氣系統簡介

邢鋼煉鋼工序有80 t 轉爐1 座，50 t 轉爐3 座，配套轉爐煤氣回收系統采用新0G 法，配備8 萬m3和5 萬m3威金斯氣柜各1 座。下游煤氣使用主要包括鋼包烘烤、軋鋼加熱爐（1 座）和自備電站鍋爐。2019 年之前噸鋼轉爐煤氣回收在110 m3/t 鋼左右，與行業先進指標尚有差距。邢鋼的轉爐煤氣回收仍有較大的提升空間。

1.2 提高轉爐煤氣回收量措施

1.2.1 增加轉爐煤氣回收時間

轉爐吹煉前期，放寬回收條件，以增加煤氣回收時間。為此，轉爐煤氣回收操控條件由原來的CO含量≥40%、O2含量≤1%開始回收，調整為O2含量≤2%（保證煤氣柜內O2含量≤1%）即可開始回收，對CO 含量不做要求。調整活動煙罩降罩時間，提前30 s降罩，縮小活動煙罩距離轉爐爐口的間隙，減少爐口空氣吸入，使O2含量提前達到轉爐煤氣回收條件。轉爐吹煉中期，保持合理的供氧壓力，使得轉爐煙氣中O2含量穩定在2%以下，同時減少中途提槍，消除轉爐等待節奏和中途推渣造成的煤氣回收中斷。轉爐吹煉結束后，延長回收10 s，將殘存在回收風機前管道內滿足回收要求的轉爐煤氣繼續實施回收。

1.2.2 實現轉爐煤氣雙柜并聯運行

轉爐煤氣是間斷產生、間斷回收、連續使用的過程，而且轉爐的生產節奏、產量等直接關系轉爐煤氣的數量。為此轉爐煤氣系統必須配備轉爐煤氣柜。邢鋼的轉爐煤氣回收系統原有1座5 萬m3威金斯氣柜，后為檢修方便，新增1 座相同類型的8 萬m3轉爐煤氣柜。由于兩座氣柜的儲氣壓力不同，兩座氣柜的運行方式一直是“一用一備”，利用效率較低。通過優化實現兩臺轉爐煤氣柜并列運行方式，達到了“單獨回收、同時外供”的最終使用目標，充分發揮氣柜調節余缺的作用，做到轉爐煤氣應收盡收。

1.2.3 保證轉爐煤氣用量

正常生產情況下邢鋼的轉爐煤氣總發生量在40000～45000 m3/h，用戶主要包括鋼包烘烤（8000～12000 m3/h）、軋鋼加熱爐（12000～16000 m3/h）和企業自備電廠鍋爐（～20000 m3/h）。其中鍋爐距離轉爐煤氣加壓站最遠，該管道系利舊管道，全程共有DN12000、DN800、DN600 三種直徑的管段組成。沿程壓力損失較大，且由于管道使用年代久遠，出現多處腐蝕，漏點較多，不得不降壓運行。

為提高自備電站鍋爐轉爐煤氣配燒量，對轉爐煤氣配燒管道部分管段進行了更換，增大了該管道直徑，減少了阻損和煤氣泄漏風險，并在鍋爐配燒管道上增加一個配燒混和口，為提高鍋爐的轉爐煤氣配燒量提供了便利條件。由此也解決了因轉爐煤氣外供受限造成的柜位高而不能回收的問題。

1.2.4 合理對轉爐煤氣用戶排產

生產組織上優先保證轉爐煤氣用戶的滿負荷生產。邢鋼的轉爐煤氣最主要的用戶是線材加熱爐。為此，在滿負荷生產狀態下，使用轉爐煤氣加熱的軋鋼車間優先排產。

2 降低高爐煤氣放散

2.1 高爐煤氣系統簡介

邢鋼煉鐵工序具備年產生鐵257 萬t 的生產能力。正常生產高爐煤氣年發生量45 億m3左右。高爐煤氣系統配備12 萬m3稀油密封干式煤氣柜1座，工作壓力7500 Pa，吞吐量60000～110000 m3/h。高爐煤氣的主要使用單元包括熱風爐、焦爐、軋鋼加熱爐、自備電站鍋爐等。受到管網布局不合理和供用不平衡等因素影響，高爐煤氣的放散率較高。

2.2 降低高爐煤氣放散的措施

2.2.1 提高放散設定壓力

邢鋼高爐煤氣系統原設定放散壓力為17 kPa，復位壓力15 kPa。分析可以看出：放散期間的最高壓力為22 kPa，而且壓力集中在18～19 kPa，放散時間在1～3 min 居多，說明適當提高放散壓力設定值，可以消除該壓力范圍的放散發生。經過對高爐煤氣管道、冷凝排水器和加壓機機前水封承壓能力的調查和安全評估后，將高爐煤氣系統設定放散壓力調整為19 kPa，復位壓力調整為17 kPa，煤氣放散發生的幾率減少了一半。

2.2.2 優化熱風爐換爐操作

熱風爐是最大的高爐煤氣使用設備，其煤氣消耗量占高爐煤氣總發生量的40%～45%。邢鋼高爐系統配備熱風爐共17 座，根據熱風爐的配備數量，高爐的送風制度采用“兩燒兩送”或“兩燒一送”，換爐操作時間為25～40 min。熱風爐換爐操作時，先將頂溫達到送風要求的熱風爐煤氣閥門關閉，均壓后逐步恢復替換下來的熱風爐燒爐。換爐開始熱風爐消耗的高爐煤氣瞬間減少60000 m3/h 左右，如果此時多座高爐的熱風爐倒爐對高爐煤氣系統的沖擊較大。為此，規范熱風爐倒爐操作，開發熱風爐燒爐信息共享小程序，實時顯示每座高爐熱風爐工作狀態，禁止兩座高爐同時實施倒爐操作。

2.2.3 做好瞬時和階段性煤氣平衡

高爐煤氣平衡是瞬間的、動態的、多變的，系統中任何一個生產環節的狀態發生變化，最終都會反映到煤氣壓力的波動，從而打破系統維持的平衡。對于實時的煤氣平衡，充分利用能源中心監控，實時掌控煤氣產消單元的生產潮流，重點是根據高爐風量和高爐煤氣用戶的生產負荷之間的變化趨勢，充分發揮12 萬m3高爐煤氣柜的調節作用，保持柜位40～45 m的中柜位區間運行。

對于階段性的高爐煤氣平衡，主要是利用自備電站和焦爐作為煤氣調節的重要手段。邢鋼的自備電站配備了足夠的機組，能夠將企業所產的各類副產煤氣資源全部消耗，但是如果所有的機組都開啟，發電效率將受到影響。正常情況下有鍋爐處于停運狀態，階段性的煤氣平衡就是要在保證發電效率和煤氣不放散的前提下，確定鍋爐開啟的數量。另外邢鋼的焦爐加熱煤氣可以實現焦爐煤氣和高爐煤氣的切換，對于階段性高爐煤氣平衡的調節范圍為0～55000 m3/h。

3 提高煤氣利用效率

3.1 建設高溫超高壓發電機組

為了充分高效利用公司煤氣資源，提高公司能源利用效率，節能創效，解決現有汽輪發電機組效率低的問題，對原3×35 t/h 中參數煤氣鍋爐及配套3×6 MW 汽輪機進行升級改造，建設1×130 t/h 高溫超高壓煤氣鍋爐配套1×45 MW 汽輪發電機組，煤氣耗量相同情況下，發電效率提升40%，可提高發電出力22 MW，大大提高了能源利用率，降低了生產用電的缺口和成本，也減少了廢氣對環境的污染。

3.2 定期維護蓄熱式加熱爐

邢鋼軋鋼工序有3座蓄熱式加熱爐。蓄熱式加熱爐受蓄熱體的耐高溫、抗渣性以及熱震穩定性影響，需要定期清理爐內燒裂的陶瓷小球，否則會增加煤氣消耗[2]。以邢鋼使用高爐煤氣加熱的線材五車間加熱爐為例，五線中修后生產Φ15 mm規格GSWRH82B-1 及Φ14 mm 規格Q55SiCrA-1 時的煤氣單耗分別降低了17.8%和23.6%。為此，對加熱爐的狀態實時進行監控，定期進行排煙溫度、爐體散熱、煤氣消耗的監視測量和統計分析，綜合評定停爐檢修時間。

3.3 應用智能優化燃燒技術

冶金窯爐的人工操作大多存在以下問題：①無法達到最優的燃燒目標和強度；②無法精確控制煤氣流量；③無法準確確定空燃比；④相關工藝參數控制精度不高等[3]。智能燒爐系統采用自動尋優技術，以數學模型科學控制爐溫、空燃比。智能燒爐系統可實現燃燒系統空燃比自尋優及滾動尋優、合理調整煤氣和助燃空氣供給，實時自動控制節省煤氣用量。2018 年邢鋼在高爐熱風爐實施智能燒爐改造后，熱風爐“單位風溫單位風量”煤氣消耗降低了7.6%。2019年在軋鋼加熱爐實施智能化改造，增加二級控制系統，通過對物料的實時跟蹤、加熱溫度和坯料頭尾溫差精準控制，節約煤氣消耗5%以上。

3.4 提高熱裝溫度和熱裝率

在現有的生產裝備和產品結構的條件下，降低加熱爐煤氣消耗最直接的手段是提高鋼坯熱裝率及熱裝溫度。鋼坯的熱裝溫度增加400 ℃，生產長材型鋼鐵企業的能源利用效率可以提高1.3 個百分點[4]。通過熱裝率攻關，開發產銷一體化系統，優化訂單排產，提高熱裝溫度約100 ℃，熱裝率由30%提高到59.14%，煤氣消耗由1161.7 MJ/t 降低到1087.9 MJ/t。

4 結語

邢鋼通過采取各種有效措施，提高轉爐煤氣回收量達到140m3/t 鋼，高爐煤氣基本實現了零放散，煤氣使用單元的利用效率大幅提高。提高了企業經濟效益與環境友好水平。