安鋼4747m3高爐煤氣回收降料面生產實踐

趙奕澎 萬 雷 趙 穎 魏 波 白耀華

安鋼煉鐵廠3號高爐（4747m3）是安鋼第一座特大型高爐，于2013年3月19日點火投產。2019年4月，高爐開始出現B2、B3段冷卻壁損壞并開始向爐內漏水，且冷卻壁破損趨勢日趨嚴重，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日實施了休風降料線作業，整個休風降料面耗時1080分鐘，成功將料面降至風口，實現了安全、順利、快速停爐。

1 .停爐前的準備

1.1 停爐前操作控制

停爐前操作思路是確保爐內狀態穩定，以穩定爐內煤氣流和爐墻為主，在保證風量的同時達到活躍爐缸的目的。預降料面前實現全開風口作業，送風面積為S：0.4837m2，風速275 m/s -280m/s，鼓風動能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小時減輕焦炭負荷到4.5t/t，配加錳礦（1500kg/p）和螢石(500 kg/p)，改善渣鐵流動性和洗爐，降低塊礦比例14%，爐溫[Si]控制標準為0.4%-0.5%，R2從正常的1.13調整到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休風料安排

高爐風口中心線以上設計容積為3972m3，實際入爐停爐料共分三段，分別為焦炭負荷2.8（14批）、2.5（22批）和3批蓋面焦，對應爐內體積為1242m3、2579m3和198m3，第一段負荷料焦比616kg/t，第二段負荷料焦比690kg/t，全爐總焦比為655kg/t。

1.3 停爐前各項工作確認

1.3.1騰空料倉

原計劃隨著休風料入爐，逐漸騰空槽下所有料倉，按照休風料計劃比照降料面時間節點，關注料倉料位的變化。雖然過程嚴密把控，但未考慮料倉內部由于內部粘接形成了嚴重死區。由于存料數量大，估算料倉料量存在偏差，導致休風后個別料倉沒有騰空，給后續清理料倉增加了工作量。

1.3.2爐頂打水槍設置

（1）更換爐頂原有的12支霧化噴槍，確保減風降料線過程中的爐頂設備打水及霧化正常，有效降低爐頂溫度和保護爐頂設備。（2）拆除原有的4支十字測溫，更換為新制作的8根霧化式爐頂打水槍。

1.3.3爐內安保氣體設計與施工

（1）爐身靜壓孔改通N2。（2）降料面期間所有煤槍均不拔出，噴煤區域通過煤槍向爐內通N2，根據測算，每小時可以通過38根噴槍向爐內通入5000m3氮氣。（3）為進一步降低爐頂溫度，在爐頂煤氣風罩通蒸汽、爐頂布料齒輪箱增加氮氣流量，向旋風除塵通入氮氣。

1.3.4爐頂煤氣分析設計

（1）保留原有色譜分析儀對煤氣進行分析，要求確保數據可靠。(2)由爐頂煤氣封罩引至出鐵場平臺2套煤氣人工取樣裝置，取樣管加裝了處理管路堵塞用氮氣反吹裝置，以保證在降料面期間能正常取樣分析。

2 .降料面過程控制

本次3號高爐降料線采用煤氣全回收打水降溫法，于12月19日6：00開始送風降料面。初始1號料線2.11m，2號料線1.74m，3號料線1.61m。12月20日0:00料線到26.92米后休風。整個停爐過程氣流平穩，風壓波動小，無爆震發生，總耗時18小時，全程累計消耗風量409.3萬m3，爐頂打水2507.6t。見表1。

表1 安鋼3號高爐空料線停爐過程控制參數

2.1 降料面過程控制

2.1.1風量控制

原則是在爐況允許的前提下，降料線初期維持較高風量，以縮短控料線時間。實際上6：00送風以后，8：30風量逐漸增加到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偏高，導致TRT無法投用，引起煤氣總管入口溫度超出正常運行溫度。在高爐風量控制到5800m3/min以下，給TRT開機創造條件，允許煤氣經過TRT洗滌塔后順利進入管網。隨著降料線的進行，爐內料柱變薄，上下部壓差縮小，料線降至較深位置時，出現高風量低風壓的現象。針對這種情況，采取了與平時不同的切煤氣方法，在小風量過程中仍實施定風量操作，減風最低時，逐步降低爐頂壓力，進行切斷煤氣作業，防止在降料線過程中風量和風壓出現大波動。整個過程沒有發生爆震，達到了安全降料線的目的。

2.1.2頂壓的使用

為防止降料線過程中出現管道現象，在減風過程中高爐維持高頂壓操作。爐頂壓力比平時休風時使用的頂壓高10Kpa～85Kpa左右。隨著料線降低，風量減少，高爐壓差平穩下降。見圖1。

圖1 降料面過程中頂壓使用情況 kpa

2.1.3爐頂打水

（1）爐頂打水原則。高爐降料面期間，打水主要通過爐頂12根高效霧化噴槍以及十字測溫新裝的8根（每個方向2根）打水槍進行。計劃降料面前期溫度可控時，先用8根打水槍，12支霧化噴槍為輔，當頂溫控制＞350℃時再啟用霧化噴槍。降料面進入中后期頂溫較高且控制受限時，使用高效霧化噴槍為主，8根打水槍為輔。頂溫控制原則是，當頂溫大于300℃，溫度高的區域，先開始打水降溫；頂溫小于200℃時，溫度低的區域，停水提溫。頂溫和荒煤氣溫度結合著控制。（2）爐頂打水實踐。在降料線停爐過程中，爐頂采用多打水、少減風的方式，使高爐大風量運行維持時間長。送風初期由于TRT入口凈煤氣溫度高，TRT沒法投用，所以打水溫度各降50℃（啟噴250℃，停噴150℃）。見圖2。

圖2 爐頂打水流量統計

2.1.4爐頂溫度控制

爐頂溫度控制要求：嚴格按照200℃～350℃控制，干法除塵入口煤氣溫度≯280℃，齒輪箱溫度<70℃，整個停爐過程中齒輪箱溫度按照預定標準控制，波動幅度小，最高溫度不超過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：第一個拐點為11:00左右，頂溫控制非常低，在124℃，主要是為TRT的投用創造條件，以及控制煤氣總管入口溫度。第二個拐點為19日23：30，此時TRT退出，煤氣切斷處于放散狀態，不再打水降溫。

圖3 停爐過程中荒煤氣溫度及頂溫變化 ℃

本次停爐設計總耗水量為2600t，實際使用2507.6t，打水量少于預期，其主要原因是由于送風初期荒煤氣溫度得不到有效的控制以及為TRT投用創造條件，風量及氧量的使用較低。其次是TRT投用后對流經的高爐煤氣有較好的降溫作用，因此進入煤氣總管的高爐煤氣溫度得到有效降低，且持續時間較長，使整個降料面過程減少了打水量。

2.1.5煤氣成分的控制

為保證休風降料線的安全進行，密切關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，以確保隨時獲得煤氣成分，從而保證降料線過程安全可控。

煤氣中CO含量的變化趨勢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%，轉折變化出現在17米左右。CO2的變化趨勢從13%左右逐步下降到3%左右，隨后較長時間維持在3%左右。H2的含量整體可控，在料線下降到爐腹部位時H2含量達到最高，料面降至爐腹下部時H2開始下降。見圖4。

圖4 停爐過程中煤氣成分與打水量趨勢

2.1.6高爐停氣及休風

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

實際降料面過程料面降至24.08米時，人工檢測煤氣成分中O2濃度偏高，決定停氣，停氣前爐頂溫度＞300℃，已超過規定停氣溫度，采取先減風，爐頂打水全開，當爐頂溫度到250℃以下時，逐步降低頂壓至10KPa，高爐停止煤氣回收，確認安全后，料線降至26.92米時休風。

3 .預防及改進

（1）水蒸氣過熱對煤氣溫度的影響。停爐過程中，為降低煤氣溫度，減風、增加爐頂打水量，爐頂溫度低于150℃，但干法除塵箱體內測溫仍220℃以上。降料面時應充分考慮煤氣入網溫度的控制，采取相應的降溫措施。

（2）煤氣分析數據偏差大。由于降料面過程中色譜數據出現異常，無法參考，影響了降料面判斷和分析。今后要做好煤氣成分化驗的管理工作，為盡量多回收煤氣提供更加科學的依據。

4 .結語

（1）本次降料面過程安全、順利，成功將料面降至風口，為冷卻壁拆除創造了良好的條件，且在整個降料面過程中風壓、風量控制合理，頂壓全程無波動，爐內無爆震。

（2）降料面前的準備工作充分，降料面過程中的協調和各工種配合比較好，爐內操作、煤氣分析、出渣鐵等各個環節控制精準，整個過程未出現影響停爐的事故。

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