梅鋼4#高爐熱風爐燃耗優化實踐

仲園

（上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇南京 210039）

前言

熱風爐是高爐重要配套設備。煉鐵過程中，熱風爐主要燃燒高爐煤氣加熱爐內蓄熱體，以保證高爐熱風供應。提高風溫有助于降低焦比、增加產量。熱風爐消耗高爐煤氣約占高爐副產煤氣33%，因此提高熱風爐熱效率對降低能耗具有重大意義[1-2]。

1 4#高爐熱風爐現狀

1.1 設計參數

梅鋼4#高爐于2009年5月12日投產，有效容積3200 m3，高爐利用系數2.2 t/(m3·d)。其熱風爐設計參數見表1。

表1 4#高爐熱風爐設計參數

1.2 燃耗對標

梅鋼2#、4#、5#高爐熱風爐燃耗差距較大：2019年2#高爐熱風爐燃耗68.3 kgce/t，4#高爐熱風爐72.2 kgce/t，5#高爐熱風爐65.4 kgce/t，高爐工序噸鐵耗煤氣68.1 kgce。寶鋼股份各基地對標數據見表2。

表2 高爐熱風爐燃耗對標 kgce/t

從各基地對標來看，梅鋼燃耗在四基地處于劣勢，僅5#高爐熱風爐燃耗處于基地平均值水平。而4#高爐熱風爐燃耗較2#、5#高爐均高，因此迫切需要降低4#高爐熱風爐燃耗。

2 燃耗優化改進

熱風爐燃耗偏高原因主要是：熱風爐漏風、自動燃燒參數設置不合理、高爐煤氣管網壓力波動大、空氣換熱劣化嚴重。針對上述原因制定針對性整改措施。

2.1 漏風治理

（1）漏點統計梳理和消缺

建立4#高爐熱風爐漏點治理動態檔案，制定處理計劃，對新檢查的漏點動態更新，持續推進漏點治理。2020 年5 月梳理熱風爐跑風點23 處，截至7月底，處理10處、新發現4處、在漏點17處。

經調查，現場主要漏風點為法蘭和閥門盤根：法蘭跑風原因主要是法蘭應力比較大，造成法蘭焊縫容易開裂跑風；盤根跑風主要原因為盤根使用材質和更換工藝有問題。除了對熱風爐漏風處法蘭部位打包焊接、對焊縫處泄漏部位重新補焊外，針對不同部位法蘭采取加強強度和釋放應力等措施；對盤根主要采取油浸盤根改為石墨盤根，將盤根45°斜切改為30°斜切。

采取上述措施后，熱風爐現場跑風聲音明顯減少。后續待高爐休風定修后，繼續處理其它跑風點。

（2）效果驗證

熱風爐漏風率測量存在困難，采用氮氣平衡來反推熱風爐漏風率，計算原理如下：

N2收入=鼓風量×氮氣含量；

N2支出=煤氣發生量×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）

繪制熱風爐漏風修補前后漏風率單值控制圖如圖1，整改后漏風降低明顯，漏風率均值1.16%，符合漏風率低于1.5%的設計要求。

圖1 漏風修補前后漏風率的單值控制圖

2.2 燃燒模型優化

（1）控制參數調整

優化熱風爐燃燒模型，設定空燃比、殘氧量目標值，來調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。

熱風爐正常運行中3 個階段：①燃燒期103 min，通過燃燒煤氣對蓄熱室進行蓄熱；②燜爐期17 min，燃燒期與送風期之間，在蓄熱室內完成燃燒熱的傳遞以及蓄熱；③送風期120 min，蓄熱室對進入冷風進行加熱。目前除了高爐休風、復風和熱風爐故障外，模型投用率達到100%。

（2）效果驗證

表3 半自動燃燒模型控制參數優化

表4 燃燒模型主要控制參數修改前后效果

2.3 穩定高煤管網壓力

4#高爐熱風爐以高爐煤氣為主要燃料。根據設定空燃比來跟蹤調節助燃空氣的流量，由于調節動作存在滯后，會造成不完全燃燒或者空氣過量。高爐煤氣管網目標壓力控制在9±1 kPa 具體壓力控制見表5。壓力大于12 kPa 時啟用煤氣放散，短時間高煤總管壓力可沖到16 kPa，高爐煤氣壓力波動對熱風爐高爐煤氣的流量造成極大波動，高爐煤氣流量可從正常燒爐的10 萬m3/h 瞬間升到12萬m3/h。

表5 高爐煤氣（BFG）運行控制指標

2.3.1 穩壓措施

為穩定高爐煤氣管網壓力采取以下措施：

(1)高爐煤氣發生量監視。加強系統監視，通過在EMS 終端上調用高爐煤氣發生量曲線、熱風爐煤氣使用量曲線、高爐煤氣總管壓力曲線，便于發現異常趨勢，及時進行處理。13.5 萬m3、30 萬m3高煤柜掛網運行，通過氣柜“吞吐”高爐煤氣來實現穩定高爐煤氣管網壓力的目的。

(2)臨時性失衡的調整。對于熱風爐換爐、軋鋼生產節奏變化、軋鋼機組故障引起的波動，可以通過改變電廠使用量、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調整，如果煤氣過剩時用戶來不及調整，可以通過手動燃燒放散以確保系統安全。

(3)突發性失衡的調整。對于電廠一臺機組跳機等引起高爐煤氣大量過剩，應立即進行燃燒放散;隨后進行熱軋和化工燃料方式調整，若電廠有用氣能力則將煤氣負荷轉移到其他機組，視機組恢復時間可令焦爐全燒高爐煤氣。

(4)高爐休風、復風期間加強協調。熱風爐送風定時：2#、4#、5#高爐熱風爐換爐時間為每小時第10分、30分、55分；3座高爐熱風爐需錯峰換爐，避免對煤氣管網造成嚴重沖擊；煤氣調度和熱風爐保持對時機制，發現偏離設定時間及時修正。

2.3.2 效果驗證

?雷達、楊連星:《現行國際經濟秩序改革困境與全球治理理念的完善》，《中國人民大學學報》2017年第4期。

強化煤氣發生量監視、制定失衡調整預案、加強高爐休風、復風期間協調，達到穩定高煤總管壓力目的，高煤總管壓力波動明顯改善，見圖2。

圖2 高煤總管壓力波動改善

2.4 動態監控指標

為實現4#高爐熱風爐能耗管理受控，對其能耗指標進行動態監控。依托梅鋼能源管理信息化平臺自動生成能源日生產管控報表，對各單元的消耗建立基準（目前為月度預算），系統按顏色顯示消耗水平。其中重要消耗指標數據，在各單元的首頁顯示。發現超設定目標的異常消耗，系統自動發送責任人郵箱提示。同一消耗指標5次異常則系統自動發送責任領導郵箱提示。提醒關注燃耗異常情況，實現對4#高爐熱風爐燃耗異常的日跟蹤，見圖3。

圖3 系統生產異常單耗、郵箱推送異常燃耗

2.5 空氣換熱器更換

4#高爐熱風爐空氣換熱器已投運11年，換熱器老化嚴重，空氣預熱溫度低，預熱效果衰減71%，基本失去預熱空氣效果。空氣換熱器技術指標見表6。

表6 空氣換熱器技術指標

(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，見圖4。

圖4 新型列管式換熱器見圖

新型換熱器主要考慮衰減周期長、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、煙氣進出口、集氣箱設有檢修人孔。為防止煙氣側積灰，煙氣走管外空氣走管內，換熱管束垂直布置方便灰塵沉降。同時換熱管采用20G低中壓鍋爐用無縫鋼管作為空氣管內擾流子。

換熱器施工方面有以下經驗：換熱器設備分節運抵現場對接組焊，縮短施工周期；做好內保溫，確保表面溫度低于50℃；為減小換熱管束熱膨脹應力，在換熱本體設膨脹節吸收膨脹；集氣箱與煙氣箱體連接處采用雙面焊并做外保溫；設備制作完進行氣密試驗，試驗壓力0.03 MPa，保壓2 h，泄漏率＜0.1%[4]。

(2)效果驗證

空氣預熱終溫從70℃升至170℃以上。按照2019 年4#高爐熱風爐高爐煤氣消耗132 637 萬m3、轉爐煤氣5 938 萬m3，空燃比0.65，空氣溫差提高100℃計算，年經濟效益為：

式中：Q——空氣預熱后回收潛熱；

C——空氣比熱；

V——煤氣體積；

A——空燃比；

△t——溫差。

節約高爐煤氣量

式中：V——節約高爐煤氣體積；

E——高爐煤氣低熱值；

高爐煤氣價格0.17元/m3。

年經濟效益=0.17×3 633=617萬元。

3 高爐燃耗優化效果

各項改進措施逐步實施前后，4#高爐熱風爐燃耗見表7。

表7 4#高爐熱風爐燃耗 kgce/t

熱風爐燃耗指標得到逐步改進，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 結語

梅鋼4#高爐外燃式熱風爐燃耗偏高。通過漏風治理、調整自動燃燒控制參數、穩定高爐煤氣總管壓力、更換劣化嚴重的空氣換熱器后，燃耗逐步降低，節能效果顯著。