歐冶爐全氧風(fēng)口噴吹頂煤氣的生產(chǎn)實(shí)踐

田果

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

1 前言

為充分利用爐頂煤氣和氧氣風(fēng)口噴吹技術(shù)，降低燃料消耗，八鋼歐冶爐頂煤氣回噴的生產(chǎn)實(shí)踐開(kāi)展了多次試驗(yàn)探索，為解決歐冶爐風(fēng)口綜合鼓風(fēng)面臨的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行的試驗(yàn)：氧氣風(fēng)口長(zhǎng)壽問(wèn)題；全氧和煤氣混合安全噴吹問(wèn)題；煤氣綜合利用降低焦炭消耗問(wèn)題；噴吹工藝設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題。

針對(duì)歐冶爐風(fēng)口長(zhǎng)壽采取了一些措施：降低氧氣濃度5%氮?dú)夤娜?、鼓入壓縮空氣10000m3/h；風(fēng)口噴入霧化水降低理論燃燒溫度措施；提高冷卻水流速水流量，提高風(fēng)口冷卻強(qiáng)度。降低理論燃燒溫度可以延長(zhǎng)風(fēng)口壽命，歐冶爐輸出大量頂煤氣，（CO2+C=2CO+282.984kJ/mol，吸熱反應(yīng)），即可以降低風(fēng)口理論燃燒溫度，為提高全氧風(fēng)口壽命做出貢獻(xiàn)，同時(shí)CO2得到了利用。

2 歐冶爐頂煤氣回噴工藝流程

歐冶爐頂煤氣噴吹工藝流程見(jiàn)圖1。

2.1 工藝流程簡(jiǎn)述

歐冶爐頂煤氣噴吹系統(tǒng)：從歐冶爐TRT四閥組消聲器后面煤氣接口，煤氣壓力約15kPa、溫度約160℃，頂煤氣系統(tǒng)新建煤氣水洗噴淋降溫裝置，將煤氣溫度降低至約40℃，煤氣進(jìn)入煤氣壓縮機(jī)站，由離心煤氣壓縮機(jī)將煤氣壓力提升至0.7MPa，溫度約190℃，由管道將升壓后的煤氣送至歐冶爐本體8層煤氣分配平臺(tái)，在塔架8層煤氣管路分兩路，一路為氣化爐風(fēng)口噴吹煤氣，另一路為氣化爐拱頂噴吹。煤氣加壓站設(shè)1臺(tái)20000m3/h的離心壓縮機(jī)。

輔助設(shè)施包括：煤氣壓縮機(jī)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)；煤氣洗滌降溫循環(huán)水系統(tǒng)；電氣儀表自動(dòng)化和通訊設(shè)施；暖通設(shè)施等。

歐冶爐輸出煤氣在TRT余壓透平發(fā)電及減壓閥組前壓力約0.23MPa，余壓透平將煤氣的壓力、溫度能量充分利用發(fā)電，煤氣降壓至輸出管網(wǎng)煤氣壓力約0.015MPa。

歐冶爐頂煤氣回噴工藝路線是在TRT后進(jìn)入總管網(wǎng)的煤氣通過(guò)管道引至洗滌凈化設(shè)備，通過(guò)離心式4級(jí)壓縮機(jī)，將煤氣升壓至0.7MPa，輸出煤氣流量約18000-19000m3/h，通過(guò)氧氣風(fēng)口噴吹進(jìn)入氣化爐內(nèi)的風(fēng)口帶，通過(guò)氣化爐拱頂噴嘴噴入爐內(nèi)拱頂?shù)目諈^(qū)。

2.2 氧氣風(fēng)口噴吹

歐冶爐氧氣風(fēng)口噴吹系統(tǒng)包括流量調(diào)節(jié)閥組，動(dòng)閘閥、流量檢測(cè)、氣動(dòng)切斷閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、止回閥和手動(dòng)閘閥。加壓頂煤氣經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥組后連接到DN250頂煤氣環(huán)管。為保證停止噴吹頂煤氣的安全需要，在頂煤氣環(huán)管上連接DN100氮?dú)夤?，連接之前設(shè)有氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥組，閥組設(shè)置了手動(dòng)球閥、壓力流量檢測(cè)、氣動(dòng)切斷閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和止回閥。

煤氣噴吹環(huán)管與28支DN65噴吹支管相連，噴吹支管的末端與煤氣噴槍通過(guò)金屬軟管相連。噴吹支管上依次設(shè)置手動(dòng)閘閥、彈簧壓力表、流量計(jì)、連接軟管、手動(dòng)閘閥、止回閥。為滿(mǎn)足個(gè)別噴吹支管停止噴吹煤氣的安全保證，每個(gè)支管上接有DN15吹掃氮?dú)夤?，吹掃氮?dú)夤苌显O(shè)有手動(dòng)球閥和止回閥。DN15氮?dú)庵Ч芙釉贒N50氮?dú)猸h(huán)管上，DN50總管接入環(huán)管之前設(shè)有止回閥。

2.3 拱頂噴吹

拱頂噴吹流量調(diào)節(jié)閥組設(shè)置與氧氣風(fēng)口噴吹流量調(diào)節(jié)閥組一致。主管DN350，依次設(shè)有手動(dòng)閘閥、流量檢測(cè)、氣動(dòng)切斷閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、止回閥和手動(dòng)閘閥。加壓頂煤氣主管經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥組后分成兩路DN250去2號(hào)和5號(hào)氧氣燒嘴噴吹點(diǎn)。為滿(mǎn)足停止噴吹頂煤氣的需要，同時(shí)并有DN50氮?dú)夤埽獨(dú)夤懿⑷胫霸O(shè)有氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥組，閥組上設(shè)有手動(dòng)球閥、壓力流量檢測(cè)、氣動(dòng)切斷閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和止回閥。

DN250噴吹支管末端變徑為DN150，再經(jīng)手動(dòng)閘閥、軟管、手動(dòng)閘閥、止回閥后與噴槍相連。為了在不噴吹煤氣時(shí)用氮?dú)獯祾撸總€(gè)噴吹點(diǎn)并聯(lián)有DN25氮?dú)獯祾吖?，上面分別設(shè)置有手動(dòng)球閥、止回閥等閥門(mén)。

3 歐冶爐噴吹工藝生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 噴吹投入第一階段

歐冶爐頂煤氣噴吹兩個(gè)階段，第一階段噴吹氧氣風(fēng)口，2018年7月23日投入噴吹氧氣風(fēng)口，噴吹量由4000m3/h逐步增加至10000m3/h，噴吹風(fēng)口14個(gè)，單個(gè)風(fēng)口噴吹煤氣約700 m3/h。

噴吹風(fēng)口由3個(gè)逐步增加至14個(gè)，氣化爐拱頂噴吹4000-6000 m3/h。風(fēng)口噸鐵噴吹煤氣量約69m3/tHM，拱頂及風(fēng)口合計(jì)煤氣噸鐵噴吹煤氣量約95m3/tHM。運(yùn)行至8月25日停機(jī)。

2018年8月歐冶爐頂煤氣噴吹運(yùn)行爐況見(jiàn)表1。

表1 2018年8月歐冶爐頂煤氣噴吹運(yùn)行爐況

由表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，歐冶爐2018年8月投入頂煤氣噴吹氧氣風(fēng)口，煤氣噴吹量噸鐵約33 m3/tHM，逐步上升至50 m3/tHM，爐況穩(wěn)定順行，鐵水物理熱充足，鐵水硅含量下降至1.0以下，冶金焦比從356kg/tHM下降至200kg/tHM。氣化爐頂噴煤比200 kg/tHM以上。通過(guò)計(jì)算：每加入1Nm3頂煤氣，可產(chǎn)生約3.48Nm3的冷煤氣，維持平衡加煤1.54kg，加氧0.73Nm3。

3.2 噴吹投入第二階段

第二階段為2019年5月26日～12月1日噴吹量9000m3/h，風(fēng)口單個(gè)噴吹量1000 m3/h，金屬化率明顯得到提升，鐵水降硅效果顯著，由頂煤氣噴吹前鐵水含硅平均1.16%，降至風(fēng)口噴吹煤氣后的鐵水含硅最低月平均0.65%，風(fēng)口噴吹煤氣量每提高1000Nm3/h，可降低鐵水含硅約0.06%。

通過(guò)理論分析若實(shí)現(xiàn)還原氣的噴吹，可進(jìn)一步提高風(fēng)口煤氣噴吹量，降低鐵水含硅。

因歐冶爐冬季運(yùn)行爐渣溝過(guò)長(zhǎng)，噴吹煤氣后渣溫明顯下降，造成渣溝結(jié)殼翻渣的安全隱患，故于12月1日停止噴吹。圖2噴吹煤氣對(duì)鐵水含硅的影響趨勢(shì)。

3.3 頂煤氣噴吹的效果

圖2 噴吹煤氣對(duì)鐵水含硅的影響

歐冶爐噴吹頂煤氣的效果表明：（1）理論燃燒溫度明顯降低；（2）噴吹工藝安全可靠，解決了氧氣與煤氣混合噴吹的安全問(wèn)題，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的新式混合風(fēng)口安全可靠使用；（3）在氣化爐工藝中風(fēng)口噴吹頂煤氣，CO2含量約34%，未燃煤與CO2的反應(yīng)保護(hù)了焦炭的高溫反應(yīng)性，使焦比降低。

4 頂煤氣噴吹過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及措施

4.1 頂煤氣噴吹過(guò)程中遇到的問(wèn)題

（1）洗滌后的煤氣脫水效果不佳，煤氣中含有機(jī)械水，煤氣洗滌水中氯離子含量高，達(dá)到1500mg/L以上，冷凝后對(duì)設(shè)備的不銹鋼材料造成腐蝕。

采取的措施：優(yōu)化煤氣源，降低煤氣機(jī)械水量。引過(guò)剩煤氣至煤氣噴吹系統(tǒng)的洗滌器前，提升煤氣質(zhì)量.優(yōu)化洗滌器后氣液分離器結(jié)構(gòu)，采用復(fù)擋加絲網(wǎng)除沫器的方式。

（2）頂煤氣含塵量發(fā)生波動(dòng)時(shí)，煤氣洗滌效果無(wú)法做出判斷，帶入壓縮機(jī)，造成轉(zhuǎn)子震動(dòng)大跳機(jī)。

采取的措施：優(yōu)化洗滌器后氣液分離器結(jié)構(gòu)，采用復(fù)擋加絲網(wǎng)除沫器的方式，同時(shí)增加煤氣含塵和成分在線檢測(cè)設(shè)備，在壓縮機(jī)前增加在線粉塵檢測(cè)儀及煤氣成分檢測(cè)。

（3）壓縮機(jī)系統(tǒng)煤氣入口無(wú)溫度調(diào)節(jié)功能，不利于預(yù)防冷凝水的析出。

采取的措施：壓縮機(jī)進(jìn)出口增加溫度旁通，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)入口煤氣溫度調(diào)節(jié)功能。

（4）噴吹煤氣的位置對(duì)風(fēng)口的冷卻造成影響，出現(xiàn)風(fēng)口的燒損。

采取的措施：優(yōu)化氧氣風(fēng)口噴吹煤氣的結(jié)構(gòu)，消除煤氣噴管對(duì)冷卻水道的干涉，保證冷卻效果。

（5）風(fēng)口噴吹煤氣的口過(guò)小，煤氣量無(wú)法增加，缺乏煤氣量調(diào)整手段。

采取的措施：將煤氣管直徑由φ16mm增加至φ20mm，單個(gè)風(fēng)口的噴吹量由620m3/h提高至1000m3/h。

4.2 頂煤氣噴吹過(guò)程典型問(wèn)題分析

歐冶爐頂煤氣的凈化采用布袋除塵技術(shù)，煤氣溫度達(dá)到約120℃。進(jìn)入壓縮機(jī)的煤氣使用歐冶爐煤氣洗滌循環(huán)水進(jìn)行降溫控制煤氣溫度不大于40℃，同時(shí)進(jìn)行二次除塵。

2018年8月同步檢修，轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)震動(dòng)超過(guò)安全值，頂煤氣壓縮機(jī)停機(jī)后無(wú)法開(kāi)啟。

開(kāi)蓋后發(fā)現(xiàn)煤氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪及軸上黏附0.5～1mm的粘結(jié)物，造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子震動(dòng)大跳機(jī)，初步分析轉(zhuǎn)子因積灰出現(xiàn)動(dòng)平衡被破壞失效[5]。

在檢修轉(zhuǎn)子過(guò)程中發(fā)現(xiàn)機(jī)殼出現(xiàn)積水流水現(xiàn)象，檢測(cè)中間冷卻器，發(fā)現(xiàn)冷卻器管束點(diǎn)腐蝕造成冷卻水泄漏。

為了弄清楚轉(zhuǎn)子黏附物的狀態(tài)，對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪及軸上黏附0.5～1mm的粘結(jié)物進(jìn)行取樣，全分析及電鏡SEM觀察，檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

頂煤氣凈化效果差，煤氣含塵造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)垢，灰塵以揮發(fā)分、Fe2O3為主，同時(shí)含有較高的Cl元素加劇了中間冷卻器的點(diǎn)腐蝕。

中間冷卻器列管點(diǎn)腐蝕，煤氣走管程，循環(huán)冷卻水走殼程，煤氣冷凝水氯離子造成冷卻列管的電化學(xué)點(diǎn)腐蝕，煤氣含水量增大轉(zhuǎn)子煤氣質(zhì)量變化引起震動(dòng)。

表2 煤氣壓縮機(jī)粘結(jié)粉分析wt，%

由表2可見(jiàn)，壓縮機(jī)中飛灰的揮發(fā)分含量27%(干燥基)，處于煤氣化飛灰的正常水平。煤灰中Fe2O3含量達(dá)到約70%，煤灰中Cl元素含量偏高。

掃描電鏡SEM觀察飛灰表觀形貌，見(jiàn)圖3。

圖3 飛灰表觀形貌(不同觀察尺度)

由圖3可見(jiàn)，大顆粒飛灰(約100μm)表面附著了較多的細(xì)顆粒(＜5μm)。采用目前的水洗方案實(shí)現(xiàn)細(xì)顆粒的洗滌，難度較大。煤氣帶液將更多的細(xì)灰?guī)朊簹鈮嚎s機(jī)，可能是導(dǎo)致壓縮機(jī)工作異常的主要原因。

煤氣帶液主要原因：（1）洗滌塔A、空塔氣速較高，易帶水；B、下部?jī)蓧K塔盤(pán)采用順流噴水，同時(shí)最上層塔盤(pán)靠近氣體出口，都可能加劇煤氣帶水現(xiàn)象。（2）旋風(fēng)分離器相對(duì)分離空間較小，不利于煤氣中液滴分離。（3）二次脫水器空塔氣速較高，不利于氣水分離。

采取的措施：（1）在保持洗滌塔外形結(jié)構(gòu)不變的情況下，將塔內(nèi)三層噴淋水整體下移1.5m，順流噴淋改為逆流噴淋，洗滌塔出口設(shè)置旋流板除沫器。（2）優(yōu)化洗滌器后的氣液分離器結(jié)構(gòu)，提升煤氣脫水效果。采用復(fù)擋加絲網(wǎng)除沫器的方式進(jìn)行優(yōu)化。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）歐冶爐實(shí)踐頂煤氣回噴，在一定程度上降低了全氧風(fēng)口理論燃燒溫度高的問(wèn)題，為風(fēng)口工作條件的優(yōu)化及風(fēng)口長(zhǎng)壽提供了一定的條件。

（2）在全氧和煤氣混合的裝置設(shè)計(jì)運(yùn)行上提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，易燃易爆氣體與強(qiáng)氧化劑的氧氣綜合鼓風(fēng)工藝裝置系統(tǒng)的安全可靠性得到驗(yàn)證。

（3）歐冶爐氣化爐噴吹頂煤氣后，鐵水[Si]%含量明顯下降平均1.0以下；焦比明顯下降至200kg/thm以下，消耗的碳以燃料比未減少為表現(xiàn)，說(shuō)明未燃煤替代部分直接還原耗碳保護(hù)了焦炭，CO2與未燃煤中的C反應(yīng)，是降低焦比的直接因素。

（4）煤氣處理系統(tǒng)的工藝條件變化，對(duì)離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行的影響，找出了制約因素，采取的應(yīng)對(duì)措施解決了存在的問(wèn)題。