高爐區域氣體介質和電能綜合利用改造

袁亞利

（宣化鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，河北張家口075100）

1 存在的主要問題

宣鋼4#高爐2005年10月投產，容積為1800m3，2011年9月受市場影響，全國高爐限產，4#高爐退出運行系列，進行4#高爐中修，2012年4月投產，3#高爐大修改造擴容為2000m3，經過大修改造于2011年6月投產，高爐爐頂設備采用西冶的并罐式無料鐘裝料設備，氣密箱采用水冷氮風冷卻方式和密封方式，爐前除塵采用兩臺風機分別控制不同除塵點的方式，一臺采用變頻調速控制，一臺采用液力耦合器調速控制，沖渣、水泵站和管廊溝都沒有進行新建筑，新建噴煤設備、空壓機及空壓機水泵站，熱風爐采用卡魯金式頂燃式熱風爐，各閥控制采用全液壓控制等。在生產過程中3#、4#高爐區域部分設備暴露出可靠性和精確性不足及部分設計施工缺陷，使能源介質消耗增高，主要表現在：

1.1 氣（汽）體消耗量高

1.1.1 4#高爐氮氣系統存在調節閥不能滿足需求，影響氮氣系統正常工作的情況，需要進行改造，同時由于4#高爐噴煤在生產過程中存在噴吹罐存在著流化波動大，造成煤粉噴吹不勻產生脈動現象，必須進行加大氮氣量和壓縮空氣量才能滿足高爐生產需要，氮氣消耗大需要改造。

1.1.2 4#高爐由于冬季保溫設施的不合理，造成冬季蒸汽消耗量較大，需要通過優化蒸汽管網和設備改造節約蒸汽消耗量。

1.1.3 原設計氣密箱水冷氮風系統退水采用開式“U”型水封，投產后頂壓上升到180k Pa時即被擊穿，前期休風時對“U”型水封進行了改造，增加脫氣罐和平衡管，取得了一定的效果。但是氮氣壓力不穩定還經常出現水封被擊穿的現象。為保證氣密箱溫度不高于50℃并且保證氣密箱密封效果，還不能減小氮氣壓力和流量值，這樣就會造成氮氣的大量外排，浪費資源。鑒于這種進退維谷的現狀，需要對氣密箱的密封工藝進行二次改造。

1.1.4 高爐軟水循環系統依靠膨脹罐來實現水系統脫氣和保證軟水壓力平衡。而膨脹罐壓力的穩定主要是通過調節氮氣的壓力來實現。原設計采用的控制工藝和閥門的選型都不能滿足實際生產需求，而為保證軟水系統壓力穩定，只能采用氮氣外排的方式來實現，造成氮氣的浪費，需要進行改造。

1.1.5 無鐘爐頂料罐放料采用一均荒煤氣均壓，二均氮氣加壓的控制原理來實現。但是由于原設計中氮氣罐出口處就設二均閥，二均閥后再次設減壓，這樣就造成二均閥承受壓力較大，磨損快，而出現二均閥門不嚴，氮氣泄漏使料罐壓力無故增高的故障；且在給料罐充壓過程中還有氮氣阻力大，沖壓慢影響料速的現象，所以必須進行改造。

1.2 電能消耗較高

1.2.1 4#高爐爐前除塵消耗電能較高，通過觀察和試運行，完全可以通過改造和優化來彌補設備上的不足，節能降耗。

1.2.2 爐前液壓站采用4臺泵并聯的方式，一般是南北場各兩臺泵，一用一備，但是開爐初期，由于泥炮的設計原因造成回轉速度低經常造成擠泥等故障，為滿足現場生產需要采用兩臺液壓油泵重聯的方式進行堵口操作，造成電能浪費和設備壽命降低，必須進行改造。

1.2.3 3#高爐大修后熱風爐采用頂燃式熱風爐，各閥均采用液壓系統控制，設獨立的液壓站，由兩臺油泵控制，開爐后由于油泵頻繁啟動（平均3s啟動一次）造成電能浪費和燒毀多臺油泵，液壓站壓力也無法正常，必須進行改造。

1.2.4 3#高爐爐前除塵1600k W電機采用變頻調速控制，由于設計原因造成變頻器C 3單元多次發生燒毀事故，電機不得不采用市電加風門控制調節，造成電能浪費。

2 節能改造方案及措施

2.1 節氣（汽）改造

2.1.1 針對噴吹罐硫化波動大問題采取改進流化床的方式，更新為孔徑稍大的流化床解決了脈動問題。使噴吹更加順暢，節約氮氣和空氣消耗。

2.1.2 在4#高爐噴煤房頂分開4#高爐和噴煤支路上設一個蘑菇閥用以調節各處壓力和流量，并設一個旁通之路，直接用閘閥控制，在實際應用中，經常發生氮氣蘑菇閥故障時不能及時切換或者是切換后直接使用中壓氮氣造成后方設備承受超過額定壓力，損壞設備和密封，在各支路旁通管路上各安裝一個蘑菇閥，與原管路上的蘑菇閥同時處于電腦控制之中，一用一備，一旦一個發生故障造成后端氮氣發生波動降低到一定值后，備用系統直接開啟，保證了后續氮氣壓力的穩定。同時把各個控制系統由4#高爐噴煤控制改造到分別分開到各高爐區域控制，保證了控制系統能夠隨高爐檢修。改造后沒有發生斷氮氣的情況和超壓的情況，設備運行良好。

2.1.3 對于4#高爐各部蒸汽管路進行優化布置，減少爬坡和轉彎處，減少工藝退汽排放點，對于熱風爐保溫系統進行改造，取消部分保溫，使油液在管路內部溫度均衡，滿足合理的壓縮比，解決了溜閥的難題。節約了蒸汽消耗。

2.1.4 水冷氮風改造

在保證氣密箱內部結構不變的前提下，在水冷結構上增設一套閉路循環水系統，替代原設計的U型水封開路循環，在閉路循環水系統中增設一個3 M 3水罐，用于閉路循環水回流和氮氣壓力平衡。所有的新增設備實現了自動控制。

2.1.5 穩定膨脹罐壓力節能改造

結合水系統自動控制程序，熱風爐和爐頂軟水系統膨脹罐頂部和氮氣的入口處各安裝一個氣動調節閥，頂部調節閥設定壓力為35k Pa，入口處調節壓力設定為25k Pa，控制系統內實現調節閥自動調節，同時在控制系統內設定壓力報警限，以便于崗位人員及時觀察。這樣既保證了膨脹罐壓力保持在25～35k Pa的范圍內，又解決了氮氣長期外排的能源浪費現象。

2.1.6 二均加壓的節能改造

采用均壓閥和減壓閥互換的措施，氮氣從儲氣罐出來后先經過二次減壓后進入均壓閥，理順了氮氣的通路，減小阻力，使均壓閥承受壓力減小，解決了不嚴和損壞的難題，同時沖壓時間優化了1s，節約了氮氣的使用。

2.2 節電改造

2.2.1 3#、4#高爐爐前除塵均分為兩個系統：一個是鐵口除塵，使用6k V、1000k W電機，風機風量為500000m3/h；另一個是鐵溝擺動溜槽除塵，使用6 k V、1400k W電機，風機風量為 700000m3/h；2009～2010年的運行模式是，堵鐵口期間采取減轉操作，出鐵期間加轉至90%負荷。在實際運行中我們發現，在開鐵口過程及出鐵初期，煙塵較大，風機需要高轉速運行；而在出鐵中后期，煙塵濃度變小，在這種情況下，完全可以降低轉速，通過合理調節，既能保證除塵效果，又能實現經濟運行，最大限度地挖潛增效，減小電能浪費，于是在2011年我們對除塵操作采取進一步優化措施。除塵操作優化如下：

（1）在改造優化初期，除塵工通過攝像畫面，實時掌握除塵效果，根據煙塵濃度變化、是否被捕集罩收集，確定何時減轉，減至多少轉效果最好。

（2）隨著逐漸摸索，確定相應的時間的轉速、電流：

1400k W電機，出鐵初期轉速879r/m i n，電流128A，出鐵中后期轉速減至500r/m i n，電流80A，20m i n后開始減轉。

1000k W電機，出鐵初期轉速650r/m i n，電流80A，出鐵中后期轉速減至450r/m i n，電流50A，20m i n后開始減轉。

2.2.2 4#高爐鐵口除塵采用高壓變頻控制，高壓變頻器對環境溫度有特殊要求，要求0℃＜工作環境溫度＜40℃。室內采用空調制冷，但由于高壓配電室內發熱設備較多，而空調制冷相對不足，在炎熱的夏季，室內溫度偏高，最高時超過停機最高溫度，3次使變頻器主機報警停車溫度，不但影響變頻器長期穩定和可靠運行，而且環境及社會影響很大。針對這種情況，于2011年5月對變頻器排風系統進行完善。對爐前除塵高壓變頻器的兩個排風口通過實際測量，制作排氣裝置，導出室外，從而避免熱風排入室內，進而在室內循環，導致室內環境溫度過高的情況發生。

2.2.3 3#、4#高爐空壓機進行并聯改造，使兩座高爐空壓機互聯互通，可以少開1臺空壓機節電降耗。

2.2.4 爐前除塵變頻器控制單元問題采用變頻器升級措施，有效解決了變頻器故障，保證了變頻調速的正常運行。針對設備運行中，電能尚有進一步挖掘的潛力，為最大限度降低能耗，實現最優最合理的運行，對除塵操作再次優化。原運行模式是，堵鐵口期間采取減轉操作，出鐵期間加轉至90%負荷。在實際運行中我們發現，在開鐵口過程及出鐵初期，煙塵較大，風機需要高轉速運行；而在出鐵中后期，煙塵濃度變小，在這種情況下，完全可以降低轉速，通過合理調節，既能保證除塵效果，又能實現經濟運行，最大限度地挖潛增效，減小電能浪費。2.2.5 對于擠泥和翻泥的現象，經過分析是泥炮回轉速度慢，在液壓系統中速度主要決定于流量，液壓泵的流量足夠，主要是到泥炮回轉油缸的管路和閥的選型存在問題，對操作閥臺、部分閥件、泥炮調壓塊、液壓油管等進行了增大通經改造，以增加流量，使泥炮回轉速度提高以滿足宣鋼的出鐵模式。徹底杜絕了2臺泵重聯運行的問題。

3 節能改造應用效果分析

節電效果明顯，通過除塵操作更進一步優化和配電排風系統改造，既能滿足除塵效果，又能節約電能，一舉兩得。4#高爐改造后的2012年比改造前2011年電單耗低電節約0.06k W·h/t·F e。3#高爐改造后的2012年比改造前2011年電單耗低電節約0.04k W·h/t·F e。

節約蒸汽和氮氣效果顯著，4#高爐通過氮氣氣源控制改造、噴煤改造、蒸汽管網優化改造后，蒸汽8個月（各含2個冬季月）改造后2012年比改造前2011年節約966t，氮氣噸鐵單耗節約10m3，效果明顯。3#高爐通過二均系統改造、膨脹罐改造、水冷氮風改造等優化改造后，改造后的2012年比改造前的2011年單耗節約15m3，效果明顯。

4 結束語

通過在3#、4#高爐區域實施以節約氣體介質和電能為主的節能綜合改造，3#、4#高爐區域的氣體消耗和電能消耗明顯降低，帶動了其他能源介質節能水平的提高。使3#、4#高爐區域能源介質消耗處于較好水平，有效地滿足了高爐生產節能的要求。