孟凡雙，張榮軍

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山114021）

摘 要：為緩解公司氧氣和氮?dú)獠黄胶鉅顩r，減少高爐氮?dú)獾氖褂昧浚瑢?duì)用高爐熱風(fēng)爐廢氣加壓替代氮?dú)膺M(jìn)行了可行性分析。生產(chǎn)實(shí)踐表明，該工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，加壓熱風(fēng)爐廢氣能夠滿足技術(shù)條件要求，有效緩解了氮?dú)饩o張問題，降低了煉鐵動(dòng)力成本，年節(jié)約成本252 萬元。

關(guān) 鍵 詞：高爐；熱風(fēng)爐;廢氣;氮?dú)?；加?/span>

目前鞍鋼氧氣產(chǎn)量為18萬m³/h， 氧氣放散率在2%左右，氮?dú)猱a(chǎn)量為27萬m³/h，氮?dú)馊笨? 萬m³/h 左右。為解決氧氣與氮?dú)獠黄胶鈫栴}，減少煉鐵氮?dú)獾氖褂昧?，開展了熱風(fēng)爐廢氣替代氮?dú)庋芯?。熱風(fēng)爐廢氣主要成分為氮?dú)猓€含有部分二氧化碳及少量的氧氣和一氧化碳， 符合氮?dú)馐褂玫墓に嚰夹g(shù)要求。熱風(fēng)爐廢氣經(jīng)過冷卻、除塵、加壓、冷卻，供高爐爐頂閥箱罩封、探尺密封、布袋除塵器反吹使用。通過引風(fēng)機(jī)把熱風(fēng)爐廢氣抽出來，進(jìn)入離心式加壓機(jī)，再通過三級(jí)加壓，把熱風(fēng)爐廢氣加壓到0.6MPa，與各氮?dú)夤艿澜狱c(diǎn)，并要求具備與氮?dú)馇袚Q的條件。當(dāng)熱風(fēng)爐廢氣加壓機(jī)故障或熱風(fēng)爐停止燃燒時(shí)，切換為氮?dú)?。熱風(fēng)爐在燒爐時(shí)，嚴(yán)格控制廢氣中的含氧量在5%以下，以保證高爐爐頂煤氣安全性。此前國內(nèi)其他鋼鐵企業(yè)有使用高爐煤氣加壓替代氮?dú)夤t頂齒輪箱和閥箱使用，但考慮到高爐煤氣具有一定的危險(xiǎn)性，因此，鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠開展了熱風(fēng)爐廢氣加壓替代氮?dú)獾难芯俊?/span>

1   熱風(fēng)爐廢氣替代氮?dú)獗匾獥l件

1.1   氣源條件

由于氮?dú)獠缓瑝m、不含水等優(yōu)越條件，受到用戶的青睞。氮?dú)庵饕糜诟郀t爐頂閥箱、齒輪箱和探尺等部位密封。氣源條件主要要求介質(zhì)為低溫（40℃以下）、無塵、無水。而熱風(fēng)爐廢氣溫度在150℃左右，主要成分為氮?dú)?，熱風(fēng)爐廢氣成分符合高爐爐頂用氣條件。熱風(fēng)爐廢氣主要成分見表1 所示。

由表1可知，熱風(fēng)爐廢氣經(jīng)過加壓、冷卻后，能夠滿足高爐爐頂用氣的技術(shù)條件要求。

1.2   設(shè)備條件

一般使用的壓縮機(jī)有兩種形式， 即離心式壓縮機(jī)和活塞式壓縮機(jī)， 兩種壓縮機(jī)均能滿足使用要求。離心式壓縮機(jī)和活塞式壓縮機(jī)都需要將入口前介質(zhì)溫度降到35℃以下，在入口前安裝冷卻器和自潔式廢氣過濾器進(jìn)行降溫，為克服冷卻器產(chǎn)生的阻力，需要安裝引風(fēng)機(jī)。

考慮熱風(fēng)爐廢氣含有一定的灰塵，對(duì)活塞式壓縮機(jī)有一定磨損，因此，采用離心式壓縮機(jī)。在緊湊型壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，SVK8-3S 是3級(jí)、帶有2個(gè)級(jí)間冷卻器和1個(gè)末級(jí)冷卻器的整體齒輪增速型離心壓縮機(jī)。壓縮機(jī)由電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，并通過大齒輪軸端的膜片聯(lián)軸器與電機(jī)相聯(lián)接。壓縮機(jī)本體、2個(gè)中間氣體冷卻器、潤滑油站及電動(dòng)機(jī)組裝在同一底座上。底座框架、齒輪箱、冷卻器容器為焊接結(jié)構(gòu)；SVK8-3S 設(shè)計(jì)點(diǎn)流量為8000 m³/h，壓比為6.9。壓縮機(jī)具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

（1）使用德馬格技術(shù)制造的，帶有軸向推力盤的單斜齒齒輪；

（2）半開式設(shè)計(jì)的三元葉輪具有高的氣動(dòng)特性；

（3）設(shè)計(jì)的進(jìn)口導(dǎo)葉具有廣泛的工作范圍和經(jīng)濟(jì)性控制；

（4）使用整體潤滑油裝置和板式油冷卻器；

（5）管殼式冷卻器可以有效地在壓縮機(jī)級(jí)間做級(jí)間冷卻；

（6）采用整體撬裝布置方式，壓縮機(jī)、2 個(gè)中間氣體冷卻器、潤滑油系統(tǒng)和電機(jī)組裝在同一底座上；

（7）采用鑄造的單體壓縮機(jī)蝸殼；

（8）采用自動(dòng)就地/遠(yuǎn)程控制的控制盤；

（9）采用可傾瓦軸承可提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。壓縮機(jī)裝置見圖1 所示。

2   工藝流程和操作流程

2.1   工藝流程

由于熱風(fēng)爐廢氣經(jīng)過換熱器后，溫度在130~150℃，因此，經(jīng)過壓縮機(jī)前必須先經(jīng)過冷卻。冷卻后經(jīng)過引風(fēng)機(jī)引入壓縮機(jī)進(jìn)行加壓。熱風(fēng)爐使用的廢氣含有一定的灰塵，在進(jìn)入壓縮機(jī)前，設(shè)置一個(gè)布袋過濾器，控制廢氣中的含塵量。熱風(fēng)爐廢氣加壓工藝流程如圖2 所示。

2.2   操作流程

2.2.1   開車前檢查

（1）引風(fēng)機(jī)入口閥和出口閥、廢氣放散閥、防喘振閥門、壓縮機(jī)入口閥處于開位置，壓縮機(jī)出口閥處于關(guān)位置，爐頂廢氣閥處于關(guān)位置，通各臺(tái)除塵器廢氣手動(dòng)閥處于關(guān)位置。

（2）熱風(fēng)爐有1 座在燃燒，空燃比合理，含氧量滿足工藝規(guī)程要求后，檢查循環(huán)水箱液位，要求補(bǔ)滿水且無溢流。

（3）檢查空壓機(jī)油箱液位是否正常，如正常，則啟動(dòng)輔助油泵。

（4）檢查壓縮機(jī)電機(jī)進(jìn)油及主機(jī)回油是否正常，如正常，則將主油泵放氣閥門打開，啟動(dòng)油加熱器，將油溫加熱到35~40℃。打開壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉及防喘振閥門氣源，打開密封氣氣源，調(diào)節(jié)密封氣壓力0.01～0.03MPa范圍。打開壓縮機(jī)各氣體冷卻器冷卻水閥。按壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行方向盤車2圈以上，安裝聯(lián)軸器護(hù)罩，確認(rèn)壓縮機(jī)主油泵放氣管有油溢出后，關(guān)閉主油泵放氣閥，入口導(dǎo)葉調(diào)整到微開位置（10°以下），關(guān)閉油箱加熱器。

2.2.2   啟車

（1）啟動(dòng)循環(huán)水泵，水壓和流量均有數(shù)值，檢查循環(huán)各部管道無泄漏。

（2）啟動(dòng)廢氣引風(fēng)機(jī)。

（3）壓縮機(jī)條件啟動(dòng)界面滿足啟車條件，按啟動(dòng)按鈕，機(jī)組啟動(dòng)。

（4）觀察空壓機(jī)機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)是否正常，同時(shí)調(diào)節(jié)冷卻后油溫，保持油溫在35 ℃左右，保持觀察。

（5）壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行1 min后， 關(guān)閉輔助油泵，待機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后，慢慢打開入口導(dǎo)葉。打開壓縮機(jī)廢氣出口閥，緩慢關(guān)閉防喘振閥門后打到自動(dòng)位，調(diào)解時(shí)，必須保證機(jī)組工作點(diǎn)大于防喘振點(diǎn)，同時(shí)觀察機(jī)組運(yùn)行參數(shù)變化，及時(shí)調(diào)節(jié)冷卻后油溫。壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定， 且廢氣壓力大于0.5MPa,逐步給爐頂和各臺(tái)除塵器送廢氣，同時(shí)停氮?dú)狻?/span>

2.3   注意事項(xiàng)

熱風(fēng)爐工應(yīng)隨時(shí)調(diào)整空燃比， 保證廢氣中含氧量在2%以內(nèi)。當(dāng)壓縮機(jī)室和廢氣引風(fēng)機(jī)室含氧量低于19.5%時(shí)，應(yīng)及時(shí)開啟室內(nèi)換氣扇。進(jìn)入壓縮機(jī)室和廢氣引風(fēng)機(jī)室點(diǎn)檢時(shí)， 必須佩帶便攜式氧氣報(bào)警儀，報(bào)警時(shí)及時(shí)通知主控室調(diào)整。

2.4   應(yīng)急處理

壓縮機(jī)事故停機(jī)，崗位應(yīng)關(guān)閉通往爐頂?shù)膹U氣電動(dòng)閥門，開啟氮?dú)怆妱?dòng)閥門保產(chǎn)。匯報(bào)專業(yè)點(diǎn)檢查找原因，如果30min內(nèi)恢復(fù)不了，專業(yè)點(diǎn)檢應(yīng)把除塵系統(tǒng)轉(zhuǎn)為氮?dú)獗．a(chǎn)。廢氣含氧量超過2%，導(dǎo)致空壓機(jī)放空時(shí)，崗位應(yīng)把爐頂廢氣立即倒為氮?dú)?，并調(diào)整熱風(fēng)爐燒爐空燃比，及時(shí)把含氧量控制下來，恢復(fù)爐頂供氣。

3   運(yùn)行效果及效益分析

3.1   運(yùn)行效果

鞍鋼煉鐵總廠熱風(fēng)爐廢氣加壓機(jī)從2015年11月開始穩(wěn)定運(yùn)行，熱風(fēng)爐廢氣加壓參數(shù)指標(biāo)見表2 所示。

從表2 可知，廢氣中含水量為3%，在氣體輸送的過程中，水會(huì)在管道中冷凝，因此要在管道沿途增加排水設(shè)施，冬季時(shí)要對(duì)管道進(jìn)行保溫。通過對(duì)管道排水的處理后，所有參數(shù)都能滿足爐頂及除塵器反吹的需要。

3.2   效益分析

熱風(fēng)爐廢氣目前主要用在高爐爐頂閥箱、探尺和布袋除塵器， 目前的介質(zhì)參數(shù)能夠滿足用戶的需要，可以節(jié)約氮?dú)馐褂昧?000m³/h，廢氣主要運(yùn)行成本為0.1元/m³，比氮?dú)饨档?.1元/m³，年可節(jié)約成本252萬元。

4   待解決問題

4.1   廢氣含水量

熱風(fēng)爐廢氣加壓后， 與氮?dú)庀啾葟U氣含水量仍然為3%，在輸送過程中造成水凝結(jié)，冬季應(yīng)該做好防凍工作。因此，在工藝上還應(yīng)該考慮怎樣脫水問題，增加脫水設(shè)備。

4.2   廢氣點(diǎn)腐蝕

由于高爐煤氣中含有少量的硫，經(jīng)過熱風(fēng)爐燃燒后形成硫的氧化物。熱風(fēng)爐廢氣經(jīng)過加壓機(jī)加壓后，硫的氧化物會(huì)溶解在冷凝水中，冷凝水呈酸性（PH值在3.6），水中主要的陰離子為SO₄^2-。壓縮機(jī)在壓縮氣體以后， 氣體中的飽和水蒸氣會(huì)凝結(jié)成水，與燃料中的硫元素燃燒時(shí)生成的SO₂、SO₃附在管路內(nèi)壁，形成點(diǎn)腐蝕。

因此，建議把壓縮機(jī)冷卻器和部分管路更換成耐腐蝕鋼種。

5   結(jié)語

鞍鋼公司氮?dú)夂脱鯕獠黄胶饨o企業(yè)帶來巨大浪費(fèi)。為減少鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠氮?dú)獾氖褂昧?，研究用熱風(fēng)爐廢氣加壓替代氮?dú)猓猿浞掷脽犸L(fēng)爐廢氣。熱風(fēng)爐廢氣經(jīng)過冷卻、除塵、加壓、冷卻，供高爐爐頂閥箱罩封、探尺密封和布袋除塵器反吹使用，取得良好的效果，但在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也存在一定問題，第一沒考慮廢氣的脫水問題；第二在過濾器和管道的材質(zhì)選擇上，沒考慮防腐蝕問題。今后還應(yīng)采取相應(yīng)的改進(jìn)措施?？傊?，熱風(fēng)爐廢氣加壓替代氮?dú)馐强尚械?，工藝系統(tǒng)運(yùn)行比較穩(wěn)定，能夠滿足工藝技術(shù)條件要求，有效緩解了氮?dú)饩o張問題， 探索出了一條節(jié)能減排技術(shù)新路線。