劉廣全，唐 榮

(新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001)

摘 要: 熱風爐是煉鐵生產過程中的重要設備之一，熱風爐供給高爐熱風的熱量約占煉鐵生產耗熱的四分之一，它消耗的高爐煤氣占高爐產生煤氣的 40% 以上，因此提高熱風爐的熱效率對降低能耗有很大意義。針對新鋼 11 號高爐風溫水平不足且煤氣消耗過大的問題，采取了改造煤氣預熱器進口段冷排系統、增加高爐富氧率、修復煤氣預熱器、優化燒爐程序和燒爐制度等措施，不僅提高了風溫，還降低了煤氣消耗。

關 鍵 詞: 煤氣熱值; 燒爐制度; 拱頂溫度; 煤氣預熱

0 前言

新鋼 11 號高爐于 2011 年 12 月投產，配有 3 座旋切頂燃式熱風爐。2015 年元月 11 號高爐計劃休風檢修，發現熱風爐煤氣預熱器熱管腐蝕嚴重，已無法進行煤氣預熱，遂復風后停止使用; 同時，轉爐煤氣進氣端壓力低，造成轉爐煤氣無法使用。基于以上兩種原因，熱風爐拱頂溫度由過去的1 350 ℃ 降至1 260 ℃，拱頂溫度的下降導致熱風溫度由過去的1 215 ℃ 下降至1 186 ℃。2015 年 8 月對煤氣預熱器熱管修復后，熱風溫度上升至1 205 ℃，但仍然未達到以前的風溫水平，同時煤氣消耗量較大。為此，對該問題進行了原因分析并采取有效措施，降低了煉鐵成本。

1 現狀及原因分析

1． 1 煤氣發熱值低

摻燒高熱值煤氣是有效提高拱頂溫度和減少煤氣用量的常用手段。受多種因素制約，11 號高爐熱風爐一直沒有使用轉爐煤氣和焦爐煤氣，只使用本高爐自發生的高爐煤氣，這種用氣狀況在今后較長一段時間內也不會改變。

1) 現場觀察發現，熱風爐煤氣總管焊縫、預熱器下部破損處以及燒爐過程中煤氣切斷閥處均有向外滴水的現象，說明煤氣含水量高。據資料記載，煤氣中每增加 1% 的機械水，發熱值就降低 51. 9 kJ/m³ ，理論燃燒溫度也隨之降低 13 ℃。

2) CO 含量是決定煤氣發熱值高低的關鍵因素。2015 年受限產影響，11 號高爐的富氧率比 2014 年要低 0. 3% 。富氧率越低，高爐產生的煤氣中 N₂ 含量就越高，CO 和 H₂ 含量就趆低。

3) 受煤氣中有害元素的腐蝕和水的作用，煤氣預熱器外殼經常破損開裂，煤氣從破損處泄露導致顯熱和煤氣量受到損失。

1. 2 操作的影響

熱風爐系統的燒爐操作也是影響風溫和煤氣量的主要因素之一。

1) 煤氣管網壓力的影響。11 號高爐熱風爐燒爐時，只能通過手動調節閥門來控制煤氣量和助燃空氣量。由于煤氣管網壓力經常不穩定，因此當煤氣壓力上升時，煤氣量過大，空燃比不合適，就會導致煤氣得不到充分燃燒而造成能源浪費，同時廢氣中含有大量煤氣容易發生煤氣爆炸; 當煤氣壓力下降時，空燃比升高，空氣過剩系數過大，拱頂溫度就無法達到要求。

2) 燒爐制度的影響。11 號高爐熱風爐燒爐時，采用先大燒后小燒的方法，即熱風爐剛由送風轉燃燒時就將大煤氣量調至 70 000 m³ /h 進行燒爐，1 h 后拱頂溫度和廢氣溫度就可以達到規定值并具備送風條件。由于 11 號高爐單座熱風爐的送風間隔時間是 1 h 50 min，因此后50 min基本上就是保溫階段，通常在保溫階段將煤氣量調至 30 000 m³ /h，這就造成了煤氣浪費。

3) 拱頂溫度上限不明確。在完全燃燒的情況下，有時煤氣質量好、熱值高，但操作工并未及時將空燃比調高，導致拱頂溫度超高，保溫階段延長，加大了煤氣浪費。

2 措施

2． 1 提高煤氣發熱值

2． 1． 1 改造煤氣預熱器進口段冷排系統

為解決煤氣含水的問題，2015 年 2 月在煤氣預熱器進口段和出口段各安裝了一個冷排，但使用一年來效果并不明顯，主要表現在冷排管徑太細、蓄水量過小，經常有來不及排水的情況，并且冷排管經常被淤泥堵塞，管道多處出現滴水、滲水。2016 年 2月，對冷排系統進行了改造，將預熱器進口段冷排管與煤氣總管的連接處截斷，制作并安裝一個尺寸為1 000 mm × 500 mm × 600 mm 的水箱與煤氣總管相連，水箱下端連接一個圓筒形儲水箱，儲水箱下端與冷排管相連。蓄水量增大后，消除了冷排管路排水不暢的現象，煤氣總管中沉積下來的水可以全部流入上端水箱并經下端水箱后再經冷排管排出。另外，上端水箱還有一個作用———降塵，煤氣流經此處，因截面積突然增大，流速突然降低，灰塵在自身重力作用下沉降至水箱內并隨水排出。煤氣中含水量減少后，提高了煤氣的發熱值; 含塵量減少后，減輕了熱風爐內格子磚的渣化程度，蓄熱能力增加。

2． 1． 2 提高高爐富氧率

2016 年鋼鐵市場行情好于 2015 年，在此背景下，新鋼高爐煉鐵放開了高爐氧氣的使用，高爐富氧率逐步提升。從 2016 年元月開始，新鋼二鐵廠各高爐富氧量比上年度平均提高了 1 000 m³ /h，其中 11號高爐的增氧幅度最大，達到 1 500 ～ 2 000 m³ /h。鼓風中氧含量越高，高爐煤氣中的 N₂ 含量越低，CO和 H₂ 等可燃氣體含量升高，單位體積煤氣的發熱值也隨之提高。近兩年來 11 號高爐的富氧水平見表 1。

另外，11 號高爐冷排系統改造后，風溫水平從剛好能滿足高爐生產的需求，轉化到每次換好爐后都要開熱風爐混風閥來維持風溫不致過高，風溫能力有富余。

2． 1． 3 修復煤氣預熱器

2015 年 8 月預熱器熱管更換后，熱風爐風溫輸送能力得到提高，但腐蝕損壞的預熱器外殼仍未處理。2016 年 5 月，利用計劃檢修的機會對預熱器外殼外部進行整體打包并灌漿，堵住了漏氣點，從而減少了煤氣顯熱和煤氣量的損失。

2． 2 改進操作方式

2． 2． 1 實現半自動控制燒爐

為消除煤氣管網壓力波動的影響，對燒爐程序進行了優化，將以前的手動控制空氣量、煤氣量改為自動固定最大煤氣設定量、手動調節空燃比的半自動控制，以降低空氣過剩系數來強化燒爐。也就是說，在燃燒期后期設定最大的煤氣量不變，當拱頂溫度達到規定值后，通過增大空氣量來抑制拱頂溫度的繼續上升，由于廢氣量增大且氣體流速加快，有利于傳熱，因此強化了熱風爐中下部傳熱。在整個燒爐過程中，煤氣調節閥是根據煤氣管網壓力而自動調節開度的，當煤氣壓力升高時逐漸關小閥的開度，當煤氣壓力下降時逐漸開大閥的開度，從而使拱頂煤氣流量固定，提高了煤氣利用率。

2． 2． 2 優化燒爐制度

1) 將以前的先大燒后小燒的燒爐制度改為先小燒后大燒制度。具體操作如下: 換爐結束后，熱風爐轉為燃燒期，先將煤氣量固定在 30 000 m³ /h 燃燒1 h左右，再調大煤氣量至 60 000 m³ /h 燃燒 40 ～50 min，此時該熱風爐正好達到換爐的時間，熱風爐也正好具備送風條件。這樣，爐子剛燒好即可快速投入送風，減少了原燒爐制度的保溫階段所浪費的煤氣量。

2) 規定燒爐時拱頂的上限溫度為1 350 ℃，燒爐后期若拱頂溫度上升過快，操作工必須調大空燃比，這樣可以避免因拱頂溫度超高而對耐材造成損傷。

3 效果

采取上述一系列措施后，11 號高爐的風溫水平提高到了要求水平，幾乎每次換爐送風后都要開混風閥來穩定送風溫度，風溫水平不足的問題已得到解決。與此同時，熱風爐煤氣消耗明顯降低，平均煤氣消耗比上年度降低 8% ，正常生產時熱風爐燃燒的空氣過剩系數由 0. 68 提高到了 0. 75。

4 結語

1) 提高煤氣發熱值是提高風溫和節約煤氣的最好手段，但是通過提高富氧率來提高煤氣的發熱值是有限的，轉爐煤氣有富余的鋼企可考慮摻燒轉爐煤氣。

2) 根據生產實際情況，選擇好適合高爐的送風制度和風溫水平，是降低成本的重要途徑。