提高高爐煤氣利用率的生產實踐

李 強， 汪 克， 李繼鋒

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠， 山東 濟南 271104）

近年來，我國鋼鐵市場的發展情況愈發嚴峻，各大企業開始積極探索高爐制造技術革新，提高鋼鐵企業社會經濟效益。其中高爐燃燒設備是我國鋼鐵工業能源主要消耗品中所占比重較大的大型高爐冶煉設備，降低使用高爐設備冶煉的原材料生產成本，已逐漸成為鋼鐵企業的革新關鍵[1]。而科學分配高爐煤氣密度與分布情況，是有效提高高爐中的煤氣和水資源綜合利用率的重要工業技術基礎與保證。

1 提高高爐煤氣利用率的影響因素

1.1 煤粉影響

高煤比的優化是我國高爐復合煉鐵技術不斷進步的充分體現。在改善高爐煉焦煤比工作的過程中，由于煉焦煤粉的持續燃燒，容易導致焦炭層的磨損程度加深，促使氣體流開發受阻，從而使氣流橫向發展，此外往往還伴隨著氣蝕控制、氣利用率低、燃料比上升和高爐積塵量增加等。在高煤比條件下，解決煤粉燃燒速率問題是提高煤氣利用率的重要手段之一。在目前煤粉生產條件下，通過采取適當的富氧、高溫風、控制合理的煤粉理論燃燒溫度等措施，可以大大提高煤粉的理論燃燒效率。

1.2 富氧影響

富氧的目的是提高冶煉強度，增加高爐的產量，空氣在焦炭燃燒中會消耗大量氧氣，富氧后高爐氧氣含量增加，空氣量便會有所減少。由于風量的減小，鼓風中N2含量降低，頂氣量隨著富氧速率的增加而減小。富氧后，鼓風中N2含量的降低和理論燃燒溫度的升高大大加速了碳的燃燒過程。富氧率為6.82%時，理論燃燒溫度提高了231 ℃（1.18%）。富氧率為6.82%時，爐膛煤氣中φ（CO）會大幅增加。富氧對瓦斯利用影響不大，但由于爆破N2含量的降低，頂部瓦斯中φ（CO2）增大。

1.3 壓力影響

高爐燃氣過程中會產生較大壓力，這些壓力會在管道之中來回流通，稍有不慎，就會導致爐內壓力過大，引發各種安全事故。當管道中的壓力與頂部壓力產生交集后，高爐內部的實際壓力便會大幅增長，使爐內條件不穩，在局部位置形成氣流，從而導致燃料比例大幅增長，影響氣體利用率。因此，應考慮對運行系統進行適當調整，以消除其對利用率的影響。

2 提高高爐煤氣利用率的生產實踐途徑

2.1 積極擬定改造方案

以某公司為例，該公司目前存在3 座1 080 m3大型高爐，3 套25 MW 發電煤氣風力發電機組，1 套65 MW 發電煤氣風力發電機組以及其他多套使用發電煤氣的大型生產加工設備。在對其進行煤氣改造時，應當特別注重以下幾個方面：

1）高爐上的煤氣經高爐加壓并經混合后送入各高爐煤氣管道。攪拌后，高爐煤氣管道管網的余熱供應壓力約為10.6～11.6 kPa，與高爐煤氣管道安裝時存在動態恒溫熱值時相同，利用少量液化氣體的混合氣體，測定高爐和高爐中用于減少氣態發生器各階段熱間隔的氣體混合物不同部位的氣體動態熱含量，保證煤氣混合使用的高爐煤氣各項動態熱值含量完全符合煤氣加熱發電機組所用高爐煤氣的實際煤氣性能標準[2]。

2）加熱回流交換系統回收來自高爐鼓風機的廢熱，在系統上，高爐風機內部熱量設置在高爐燃燒器燃氣管道與燃氣煙囪之間，而高爐煙氣燃燒風機余熱回收直接對應高爐供熱改造后換熱系統的再生階段，高爐鼓風機流動交換系統由高爐鼓風機回收煙氣余熱，高爐換熱布置會直接影響發電煤氣鼓風機省煤器、鼓風機等位置的溫度加熱設備，也會導致對發電煤氣鼓風機省煤器、鼓風機等位置的發電設備產生不利的高爐換熱效應。高爐煙氣余熱回收安裝位置如下頁圖1 所示。

圖1 高爐煙氣余熱回收安裝圖

2.2 適當調整相關制度

結合使用高爐自身性能特點及高爐現有的原料和燃料使用條件，逐步研究合理的最佳高爐煤氣和水流資源分布布置方式[3]，以保證高爐中心氣流充足、適當發展邊緣氣流。這樣就充分保證了高爐實際爐況的平穩順行，為提高煤氣利用率創造了良好條件。具體措施如下：

1）大幅減小進口鼓風風道面積，提高臥式鼓風機傳動能。深爐的氣缸要求一次鼓風氣流動能充足，爐缸鼓風才能活躍。然而，高爐缸鼓風機旋轉能力偏小，風壓一般只能維持到230 kPa。為有效保證使用高爐原料入爐的鼓風量，并同時滿足一次鼓風氣流動能的充足需要, 通過對高爐進行長期研究摸索，采用中Φ120 mm 的高爐風口互相轉換搭配的一種靈活方式，將原料進出爐風口的面積從0.142 m2逐漸擴大到0.149 m2，取得了很好的深爐缸鼓風效果。

2）定期校正高爐風口，設置中套，采用斜對角風口。由于高爐入爐后的原料有害金屬雜質多，這些有害雜質元素對高爐風口中套組合的爐磚材料侵蝕較大，使高爐原料風口自2009 年以后不斷向上翹，這就導致高爐的一次鼓風氣流動能不完全集中，中心鼓風氣流供應不足。針對這種實際情況，對高爐采取定期校正高爐風口中套及定期使用斜對角風口的校正方法，將高爐風口旋轉角度由0°左右調整為斜5°，再到斜7°。這些校正措施可以使高爐的一次鼓風氣流的角度分布更加合理，為高爐中其他材料的調劑奠定基礎。

2.3 科學確定排灰時間

布袋除塵器需要每3 h 供應一次，每次供應都需將爐內灰塵產生的熱量進行排除，在充分考慮排灰、合理的周期和減少熱損失的情況下，1 個排灰操作間隔6 h，整個過程中產生的所有灰塵都將儲存在除塵器之中。

2.4 適當調整冷卻結構

高爐冷卻系統的調整也叫集中調整，主要用來保護高爐襯殼以及保持合理的操作爐型，對保證高爐的穩定運行非常重要。高爐爐體大部分采用密集冷卻板冷卻結構，冷卻效果極佳，并采用分段供水方式，這為集中調節創造了有利條件。在日常運行中，集中調整基本原則是嚴格控制純水間的溫差，以保證穩定的熱流強度。由于高爐原燃料極不穩定，高爐爐體熱負荷變化較大，當由原燃料波動導致渣皮厚度變化，易引起沿邊氣流異常，此時需及時調整冷卻強度，保持合理的操作爐型，從而保證高爐的平穩運行，為提高煤氣利用率創造基礎條件。

3 結語

通過加強高爐煙氣中剩余熱量的回收，使高爐煤氣的剩余熱能資源得到全面有效的回收利用，企業經濟潛力得到進一步的充分挖潛，公司生產運行及運營成本大幅度降低，企業經濟效益大幅度提升，同時對我國環境資源保護工作做出積極貢獻。高爐企業煤氣綜合利用率的穩步提升，對今后穩步提高我國高爐企業煤氣綜合利用率具有一定的政策指導意義。