劉全興
（青島特鋼有限公司）
摘 要：本文對(duì)高爐熱風(fēng)爐操作方面的一系列問題，諸如熱風(fēng)爐煤氣單耗究竟多少為正常？熱風(fēng)爐熱效率能夠達(dá)到多少？富氧燃燒，煤氣壓力波動(dòng)如何解決？長時(shí)間“燜爐”的危害和熱風(fēng)爐充壓時(shí)間過長對(duì)燒爐的影響。提高風(fēng)溫的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？以及硅磚熱風(fēng)爐長周期保溫和涼爐再生產(chǎn)問題和熱風(fēng)爐“糾偏”操作問題等進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：高爐熱風(fēng)爐；操作；討論
1 前言
我國改革開放40多年，鋼鐵實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，高爐煉鐵系列技術(shù)日臻成熟，取得了令人矚目的發(fā)展成果。全國粗鋼產(chǎn)量連續(xù)多年在10億噸/a上下，在全球遙遙領(lǐng)先。煉鐵熱風(fēng)溫度有了大幅度提升，特別是獲得1200℃以上的高風(fēng)溫成為常態(tài)化。俄羅斯卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)的引進(jìn)和消化，真正起到了助推和引領(lǐng)作用，徹底改變了熱風(fēng)溫度長期徘徊不前的局面。尤其是在煉鐵原燃料價(jià)格高企的條件下，提高風(fēng)溫的作用愈加受到鋼企的高度重視，已經(jīng)成為煉鐵高質(zhì)量發(fā)展，降低制造成本的重要內(nèi)容。然而，在熱風(fēng)爐操作某些重要環(huán)節(jié)，例如熱風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能降耗、能效提升；如何解決煤氣壓力波動(dòng)問題；長時(shí)間“燜爐”；熱風(fēng)爐充壓時(shí)間過長；硅磚熱風(fēng)爐長周期保溫和涼爐再生產(chǎn)操作等相關(guān)細(xì)節(jié)還有需要認(rèn)真思考、提高、修正和規(guī)范的問題。
2 對(duì)熱風(fēng)爐操作提升能效的探討
2.1 如何看待噸鐵煤氣單耗，熱風(fēng)爐煤氣單耗是多少？
在煉鐵生產(chǎn)成本控制中，降低熱風(fēng)爐煤氣單耗，提升能效 是企業(yè)能源管理的重要內(nèi)容之一。在冶金企業(yè)說到噸鐵煤氣單耗并不是指煉一噸鐵消耗了熱風(fēng)爐所需要提供風(fēng)溫的多少煤氣。而是包括與煉鐵有關(guān)全系統(tǒng)其它用途，例如爐前烤出鐵溝、撇渣器，烤流咀，烤鐵口泥套，烤鐵水罐，噴煤加熱爐，礦槽流嘴保溫、原料場(chǎng)防凍用煤氣等等。其它防寒保溫項(xiàng)目的煤氣都應(yīng)該納入到噸鐵煤氣單耗之內(nèi)。因此說熱風(fēng)爐為其單耗和噸鐵單耗是兩個(gè)概念。某些媒體報(bào)道的煤氣單耗322m3/t鐵，較低，數(shù)據(jù)來源值得推敲。熱風(fēng)爐煤氣單耗只是構(gòu)成工序能耗的一部分，其指標(biāo)與多種因素有關(guān)，例如熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)形式、熱效率、爐料結(jié)構(gòu)、高爐產(chǎn)量、配套設(shè)施、操作水平等。
我們知道，熱風(fēng)爐是鋼鐵廠用能大戶，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，熱風(fēng)爐用高爐煤氣約占發(fā)生量的35％左右。煤氣單耗與多種因素有關(guān)。
熱風(fēng)爐自身煤氣單耗舉例: 某1080m3高爐，產(chǎn)量3600t/d。熱風(fēng)爐“兩燒一送”，換爐約10分鐘。煤氣用量45000m3/h.座，煤氣熱值3300kJ/m3，則煤氣單耗為：45000x22ⅹ2x3300÷3600=1.815GJ/t鐵。即550m3/t鐵。在計(jì)量準(zhǔn)確的前提下，通常熱風(fēng)爐煤氣單耗在540~600m3/t鐵之間。
高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐五大技術(shù)關(guān)鍵：(1) 燃燒技術(shù) ；(2) 傳熱技術(shù)；(3) 氣流流動(dòng) ；(4) 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 ；(5) 環(huán)保達(dá)標(biāo)。
提升熱風(fēng)爐能效的途徑：
（1）淘汰落后高耗能工藝，選擇先進(jìn)工藝路線進(jìn)行改造，優(yōu)化裝備水平；
（2）選擇先進(jìn)爐型，優(yōu)化系統(tǒng)配置；
（3）優(yōu)質(zhì)耐火材料；
（4）選用節(jié)能減排成熟可靠的燃燒器；
（5）自動(dòng)化、信息化支撐的智能化操作法；
（6）熱風(fēng)爐系統(tǒng)絕熱保溫，提高熱效率；
（7）對(duì)標(biāo)。學(xué)先進(jìn)，找差距，提升水平；
（8）加強(qiáng)能源管理，科學(xué)合理用能。
2.2熱風(fēng)爐熱效率可達(dá)到多少？
通常分為熱風(fēng)爐本體熱效率和熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱效率兩個(gè)概念。
熱風(fēng)爐熱效率：一般指熱風(fēng)爐以送出的熱風(fēng)溫度支出的熱量占熱風(fēng)爐加熱（包括冷風(fēng)帶入熱量）總能量收入的百分比。一般情況下這個(gè)比值在70％～75％之間。對(duì)某些熱風(fēng)爐公司所言的熱風(fēng)爐熱效率可達(dá)85%以上不知所云。按現(xiàn)有條件熱風(fēng)爐熱平衡現(xiàn)狀，熱風(fēng)爐爐體散熱、熱風(fēng)管道散熱，煙道散熱、換熱器散熱和煙氣帶走的熱量，冷卻水、冷卻風(fēng)帶走的熱量還是不可小覷的。參考某廠2580m3高爐熱風(fēng)爐采用自身預(yù)熱工藝后的能流圖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究表明：高爐煤氣帶入系統(tǒng)的熱量占80.24%，助燃空氣帶入0.43%，冷風(fēng)帶入4.43%，預(yù)熱助燃空氣（550℃）帶入11.67%，預(yù)熱煤氣帶入3.86%；熱風(fēng)帶出熱量68.8%，排入煙囪廢氣帶出8.72%，熱損失及計(jì)算誤差占7.55%。采用自身預(yù)熱工藝（助燃空氣預(yù)熱到550℃）熱效率由原來73%提高到78%。
熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱效率：包括熱風(fēng)爐煙道的余熱回收利用，納入到熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱效率之內(nèi)，這個(gè)熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于熱風(fēng)爐本體熱效率。一般也不會(huì)超過80%。
3 硅磚熱風(fēng)爐的維護(hù)操作技術(shù)
3.1 硅磚熱風(fēng)爐長周期保溫注意哪些問題？
熱風(fēng)爐的保溫，重點(diǎn)是硅磚熱風(fēng)爐的保溫，是在高爐停爐或熱風(fēng)爐需要檢修時(shí)。如何保持硅磚砌體溫度不低于600℃，而廢氣溫度又不高于400℃。根據(jù)停爐時(shí)間的長短與檢修的部位和設(shè)備，可采用不同的保溫方法。鞍鋼的經(jīng)驗(yàn)是：
(1) 高爐6d以內(nèi)的休風(fēng)，熱風(fēng)爐又有較多的檢修項(xiàng)目，在休風(fēng)前將熱風(fēng)爐燒熱，將爐頂溫度燒到允許的最高值即可。
(2) 高爐10d以內(nèi)的休風(fēng)，熱風(fēng)爐又沒有什么檢修項(xiàng)目，在高爐休風(fēng)前將熱風(fēng)爐送涼，特別是將廢氣溫度壓低，保溫期間爐頂溫度低于700℃就燒爐，可以保持10d廢氣溫度不超過400℃。
(3) 如果是長時(shí)間(大于10d)的保溫，則須采取爐頂溫度低于750℃，就燒爐加熱；廢氣溫度高于350℃就送風(fēng)冷卻，熱風(fēng)由熱風(fēng)總管經(jīng)倒流排放大氣中。為了不使熱風(fēng)竄到高爐影響施工，在倒流休風(fēng)管和高爐之間的熱風(fēng)管內(nèi)砌一道擋墻或在高爐彎頭處堵膠板或薄鐵板，做到有效隔斷。
硅磚在600℃以下體積穩(wěn)定性不好，不能反復(fù)冷熱，因此在高爐較長期休風(fēng)停止使用硅磚熱風(fēng)爐時(shí)，要求保持熱風(fēng)爐硅磚不低于此溫度。
加熱/送風(fēng)冷卻”方法, 即當(dāng)爐頂溫度低于75 鞍鋼6號(hào)高爐中修一個(gè)月，對(duì)硅磚熱風(fēng)爐采用“燃燒0℃，就燒爐加熱；廢氣溫度高于350℃就送風(fēng)冷卻 ，熱風(fēng)由熱風(fēng)總管經(jīng)倒流排放大氣中。為了不使熱風(fēng)竄到高爐影響施工，在倒流休風(fēng)管和高爐之間的熱風(fēng)管內(nèi)砌一道擋墻。成功保溫138天。
寶鋼1號(hào)高爐（4063m3）停爐期間，對(duì)硅磚熱風(fēng)爐保溫。
3.2硅磚熱風(fēng)爐涼爐再生產(chǎn)
硅磚熱風(fēng)爐涼爐再生產(chǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中非常重要。經(jīng)過長期探索我們總結(jié)出硅磚在爐內(nèi)的變化規(guī)律：“晶格轉(zhuǎn)化部分完成，體膨脹減弱，敏感性降低”。再生產(chǎn)時(shí)可以適當(dāng)快速升溫，大大縮短烘爐時(shí)間。德國以及俄羅斯卡魯金也提出來同樣的方案。
無論是涼爐還是保溫操作，要注意：
（1）控制廢氣溫度是關(guān)鍵。不能一味地正面加熱、加熱、再加熱，保持上部溫度；忽略蓄熱室下部格子磚降溫，這十分危險(xiǎn)。廢氣溫度出現(xiàn)假象，致使?fàn)t箅子燒壞、掉磚，國內(nèi)這種操作事故案例不少。
（2）一定做好“倒送風(fēng)”各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，制訂操作規(guī)程，氣流流動(dòng)狀態(tài)下接近規(guī)定的廢氣溫度上限，必須降低下部溫度，此時(shí)，廢氣溫度是不真實(shí)的。
4 熱風(fēng)爐操作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化問題
4.1 富氧燃燒的利與弊
富氧燃燒可以提高燃燒強(qiáng)度，理論空氣需要量減少，有利于提高拱頂溫度，提高風(fēng)溫，排煙量減少，解決助燃風(fēng)機(jī)能力不足，適宜富氧降低氮氧化物排放，大量富氧NOx生成量會(huì)增加。
還要考慮以下幾個(gè)問題：
成本因素；
煙氣量減少，總換熱量會(huì)減少；
挖掘其它方面潛力，如煤氣平衡，保熱風(fēng)爐用氣，提高和穩(wěn)定煤氣壓力，智能化燃燒技術(shù)。
4.2 煤氣壓力波動(dòng)怎么辦？
穩(wěn)定煤氣壓力操作非常重要。但是，許多廠家沒有煤氣穩(wěn)壓裝置，造成煤氣壓力隨意波動(dòng)，工人被動(dòng)燒爐，影響風(fēng)溫。應(yīng)采取兩項(xiàng)措施：
（1） 有條件的廠適當(dāng)提高煤氣管網(wǎng)運(yùn)行壓力到 15kPa左右，燃燒效果會(huì)更好；
（2） 采用帶有執(zhí)行器的煤氣壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，可減少波動(dòng)，提高煤氣使用
效率，進(jìn)而提高風(fēng)溫；
（3）能源動(dòng)力部門制訂科學(xué)合理的調(diào)度平衡管理制度，優(yōu)先保證熱風(fēng)爐用煤氣。
4.3 長時(shí)間“燜爐”危害大
熱風(fēng)爐燒好之后不送風(fēng)，稱為“燜爐”。長時(shí)間“燜爐”一定會(huì)使得大量高溫?zé)崃肯聜鳎斐蔂t體損壞。主要原因：頂燃式熱風(fēng)爐供熱強(qiáng)度大，磚柱低矮，傳熱速率快，廢氣溫度區(qū)間窄（170~350 ℃ ），廢氣溫度測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)“假象”，爐箅子材質(zhì)耐熱性差（Si4Mo稍好一些）。溫度超出限制會(huì)出現(xiàn)燒壞爐箅子或拱橋，掉磚或漏球，甚至后果更嚴(yán)重。國內(nèi)不乏此類事故案例。
某些廠家硅磚熱風(fēng)爐以冬季保溫為由，不具備生產(chǎn)條件就把熱風(fēng)爐烘好，然后自然冷卻降溫。殊不知這種“燜爐”對(duì)爐子危害很大。
必須強(qiáng)調(diào)，不具備生產(chǎn)條件不要烘爐。
4.4 熱風(fēng)爐充壓時(shí)間過長好嗎？
熱風(fēng)爐充壓，即灌風(fēng)均壓，一般180s足矣。時(shí)間過長（5~10min）勢(shì)必占用寶貴的燃燒時(shí)間。傳統(tǒng)的“三勤一快”（勤觀察、勤調(diào)節(jié)、勤檢查，快速換爐）操作方法就是爭取燒爐時(shí)間，保證蓄熱量，進(jìn)而保證風(fēng)溫穩(wěn)定。
少數(shù)廠家出于減少換爐風(fēng)壓波動(dòng)的目的，把充壓時(shí)間一味延長是非常錯(cuò)誤的。
4.5 熱風(fēng)爐送風(fēng)先開冷風(fēng)閥后開熱風(fēng)閥真的一樣嗎？
熱風(fēng)爐燃燒轉(zhuǎn)為送風(fēng)操作程序：
（1）通知煤氣調(diào)度室，要求停止燒爐；
（2）關(guān)閉煤氣、空氣調(diào)節(jié)閥。
（3）關(guān)閉煤氣切斷閥。
（4）關(guān)閉煤氣燃燒閥。
（5）關(guān)閉空氣切斷閥。
（6）關(guān)閉煙道閥。
（7）開冷風(fēng)小門（或充壓閥），向爐內(nèi)充壓，充壓時(shí)要慢，使之風(fēng)壓波動(dòng)<9kPa).
（8）全開熱風(fēng)閥。
（9）全開冷風(fēng)閥。
（10）關(guān)充壓閥。
在實(shí)踐中，存在兩種情況：一是充風(fēng)均壓后，開冷風(fēng)閥，開熱風(fēng)閥；二是充風(fēng)均壓后，開熱風(fēng)閥，開冷風(fēng)閥。兩者有何不同？
高爐送風(fēng)系統(tǒng)保持暢通是首要原則。在以上程序中，若單爐送風(fēng)時(shí)，只要開充壓閥和熱風(fēng)閥的情況下，高爐不會(huì)斷風(fēng)。若先開冷風(fēng)閥，沒開熱風(fēng)閥，此時(shí)送風(fēng)爐熱風(fēng)閥下滑，正換爐的熱風(fēng)閥尚未打開，會(huì)造成高爐斷風(fēng)，釀成事故。這種情況發(fā)生的幾率雖小，但不怕一萬，就怕萬一。
4.6 熱風(fēng)爐“糾偏”問題
案例：云南某廠2010年5月27日450m3高爐熱風(fēng)爐糾偏操作。
到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查看：1#爐正常燃燒時(shí)高爐煤氣量為17000—18000 m3／h。燃燒中后期由于廢氣溫度上升較快，不得不減少煤氣用量到13000 m3／h以下，甚至到10000 m3／h左右。
由于風(fēng)溫低，送風(fēng)波動(dòng)大，高爐操作人員為防止熱風(fēng)溫度波動(dòng)大，影響高爐順行，而人為縮短了送風(fēng)時(shí)間。致使與其它爐差別進(jìn)一步拉大。屬于“瘸腿”操作。造成“風(fēng)溫低---送風(fēng)波動(dòng)大---早換爐---人為縮短了送風(fēng)時(shí)間---廢氣快---減煤氣---燒不好---風(fēng)溫低--- ---”的“怪圈”或“不良循環(huán)”。
處理方法：1#爐送風(fēng)時(shí)間和其它爐送風(fēng)時(shí)間一致，或有意識(shí)地與1#爐并聯(lián)送風(fēng)，降低廢氣溫度由目前的210℃到160℃-170℃。再次燒爐時(shí)可從“低位”起步，延長燃燒時(shí)間，用正常煤氣量強(qiáng)化燃燒。在保證廢氣溫度不快的前提下，不減或少減煤氣量，保證熱風(fēng)爐高溫部位蓄足熱量。對(duì)1#爐進(jìn)行“操作糾偏”。這樣“糾偏”數(shù)次之后，慢慢地恢復(fù)高溫?zé)煔鈱?duì)格子磚的有效蓄熱和放熱的能力，結(jié)果是風(fēng)溫提高，波動(dòng)減少，三座爐趨于一致。
強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：糾偏過程中，高爐要允許風(fēng)溫波動(dòng)大，做出適當(dāng)配合。
要校核高爐煤氣量，助燃空氣量及各部熱電偶，調(diào)整燃燒，重點(diǎn)是控制廢氣溫度。在20分鐘之內(nèi)把爐頂溫度燒到最佳值，然后摸索“保溫規(guī)律”。避免“自由式”燒爐。一定最大限度的把高溫?zé)崃考性诟褡哟u中上部，預(yù)計(jì)可提高風(fēng)溫50℃。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)1150—1200℃風(fēng)溫，給高爐創(chuàng)造更好的條件。
必須強(qiáng)調(diào)，這種同一組熱風(fēng)爐之間的“偏差”或多或少是存在的，不是什么“抽力差異”，而是長期操作不一致造成的，應(yīng)當(dāng)引起重視和糾正。
5 結(jié)束語
5.1 降低熱風(fēng)爐煤氣單耗，提升能效是企業(yè)能源管理的重要內(nèi)容，提出了提升能效的途徑。介紹了熱風(fēng)爐煤氣單耗和熱風(fēng)爐熱效率的概念與計(jì)算方法，在計(jì)量準(zhǔn)確的前提下，通常熱風(fēng)爐煤氣單耗在540~600m3/t鐵之間。熱風(fēng)爐熱效率高于80%具有相當(dāng)?shù)碾y度。
5.2 硅磚熱風(fēng)爐的廣泛應(yīng)用是煉鐵熱工技術(shù)進(jìn)步一個(gè)方面。對(duì)硅磚熱風(fēng)爐用耐火材料的維護(hù)提出了更高要求，對(duì)長周期保溫和涼爐再生產(chǎn)重要操作環(huán)節(jié)提出了正確方法 。
5.3熱風(fēng)爐操作要強(qiáng)調(diào)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，但是在實(shí)際操作過程中出現(xiàn)的某些不正常現(xiàn)象，例如長時(shí)間“燜爐”，特別是硅磚熱風(fēng)爐在不具備生產(chǎn)的條件下烘爐再自然降溫是具有風(fēng)險(xiǎn)的。對(duì)熱風(fēng)爐富氧燃燒，充壓時(shí)間過長，穩(wěn)定煤氣壓力，減少波動(dòng)和熱風(fēng)爐“糾偏”等操作提出了解決方案。
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