蘇軍旗

摘 要：目前，國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩，利潤(rùn)下滑，節(jié)能減排成為各企業(yè)發(fā)展研究的重中之重。在此背景下，高爐機(jī)前富氧應(yīng)運(yùn)而生。本文首先闡述高爐機(jī)前富氧技術(shù)的基本原理與可行性，然后探討安全保障措施，最后對(duì)實(shí)際應(yīng)用案例情況進(jìn)行說(shuō)明，旨在提升我國(guó)鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：高爐富氧;設(shè)計(jì);應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TH44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）29-0142-02

Abstract： At present， the domestic steel industry has overcapacity and profits are declining. Energy conservation and emission reduction have become the top priority of research on the development direction of various enterprises. Under this background， oxygen enrichment in front of the blast furnace came into being. This paper first expounded the basic principle and feasibility of oxygen enrichment technology in front of blast furnace， then discussed the security measures， and finally illustrated the practical application cases in order to enhance the economic benefits of iron and steel enterprises in China and make contributions to the economic development of our country.

Keywords： blast furnace oxygen enrichment;design;application

自2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)以來(lái)，我國(guó)GDP增速放緩，社會(huì)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)開(kāi)始轉(zhuǎn)型，特別是在過(guò)去幾年中，房地產(chǎn)、建材等行業(yè)發(fā)展迅速，使得鋼鐵產(chǎn)能持續(xù)提升，甚至出現(xiàn)了過(guò)剩現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼材利潤(rùn)率大幅下降，大型鋼鐵企業(yè)虧損嚴(yán)重，而小型鋼鐵企業(yè)則紛紛倒閉，國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。在此背景下，為了實(shí)現(xiàn)持續(xù)健康發(fā)展，鋼鐵企業(yè)必須不斷降低成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，而高爐機(jī)前富氧作為一種節(jié)能技術(shù)，應(yīng)被廣泛應(yīng)用到日常生產(chǎn)當(dāng)中。

1 高爐機(jī)前富氧基本概述

高爐富氧的主要目的是提高鼓風(fēng)中的含氧量，提升燃料燃燒效率，從而加強(qiáng)冶煉強(qiáng)度，是一種高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)鋼廠高爐富氧工藝多是利用制氧機(jī)，將低壓氧氣加壓后送往高爐，再經(jīng)高爐調(diào)壓送入高爐鼓風(fēng)機(jī)機(jī)后風(fēng)道，供給高爐富氧鼓風(fēng)[1]。

高爐機(jī)前富氧則是將制氧機(jī)出口的低壓氧氣從高爐鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前吸入，同時(shí)維持高爐鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量不變，使鼓風(fēng)中的含氧量增加，以達(dá)到高爐富氧鼓風(fēng)的目的。此項(xiàng)技術(shù)最早在寶鋼企業(yè)中被廣泛使用，因?yàn)橄嚓P(guān)設(shè)備為國(guó)外進(jìn)口，所以運(yùn)行效果良好。相較于傳統(tǒng)富氧工藝，機(jī)前富氧的低壓氧氣不必加壓后再降壓，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)氧壓機(jī)，節(jié)約電能。而被代替的氧壓機(jī)則可以作為備用氧、氮壓機(jī)使用，從而保障生產(chǎn)穩(wěn)定進(jìn)行。

2 高爐機(jī)前富氧設(shè)計(jì)的可行性

國(guó)內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)表明，當(dāng)富氧空氣中的氧含量為30%時(shí)，一般鼓風(fēng)機(jī)所使用的材料燃燒性能與材料在大氣中的燃燒性能幾乎無(wú)任何差別。因此，將方案中富氧空氣含氧量定為26%是安全的。根據(jù)上述分析及國(guó)內(nèi)鋼廠的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，機(jī)前富氧是可行的。

以河北省某鋼鐵公司現(xiàn)有的6座高爐為例，高爐富氧量總計(jì)33 800Nm3/h左右。采用傳統(tǒng)機(jī)后富氧方式，使用1臺(tái)20 000Nm3/h透平氧壓機(jī)為3#、4#、5#高爐供給氧氣，以及3臺(tái)5 200Nm3/h活塞氧壓機(jī)為1#、2#、6#高爐供給氧氣。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況設(shè)計(jì)，高爐鼓風(fēng)機(jī)機(jī)前低壓氧氣壓力應(yīng)控制在10kPa以上。根據(jù)《深度冷凍法生產(chǎn)氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》（GB 16912—2008）的規(guī)定，在低壓送氧時(shí)，氧氣流速宜控制在6m/s以下。

1#、5#、6#高爐富氧總量為19 300Nm3/h，設(shè)計(jì)氧氣總管流量最大為25 000Nm3/h，進(jìn)口壓力15kPa，主管道采用DN1 200mm，設(shè)計(jì)流速V1為5.8m/s，當(dāng)量距離L1為1 000m，包含20個(gè)90°彎頭，設(shè)計(jì)理論壓損[ΔP1]為835Pa。

2#、3#、4#高爐富氧總量為14 500Nm3/h，設(shè)計(jì)氧氣總管流量考慮最大為19 000Nm3/h，進(jìn)口壓力15kPa，主管道采用DN1 000mm，設(shè)計(jì)流量V2為5.7m/s，當(dāng)量距離L2為1 000m，包含20個(gè)90°彎頭，設(shè)計(jì)理論壓損[ΔP2]為792Pa。再加上阻火器、閥門(mén)、阻力等不超過(guò)2kPa，高爐鼓風(fēng)機(jī)前氧氣壓力大于13kPa，能夠滿足工藝要求[2]。

3 高爐機(jī)前富氧的設(shè)計(jì)安全措施

高爐機(jī)前富氧采用的是機(jī)前混合工藝，純氧應(yīng)在距鼓風(fēng)機(jī)吸入口三倍管道內(nèi)徑的距離，通過(guò)混合性能良好的純氧噴嘴混入，以確保氧氣混合均勻，富氧純度變化在±1%之間波動(dòng)。盡管有上述工業(yè)試驗(yàn)驗(yàn)證，高爐富氧率控制在30%是可以安全生產(chǎn)的，但還應(yīng)該采取必要的安全措施保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。

3.1 安裝富氧比控制裝置

該裝置能適應(yīng)高低純度各種氧氣環(huán)境。依托PLC或DCS平臺(tái)，檢測(cè)改造系統(tǒng)的閥門(mén)閥位、氧氣流量、氧氣壓力、含氧量和高爐風(fēng)機(jī)。通過(guò)檢測(cè)含氧量，該裝置可以依據(jù)預(yù)設(shè)富氧率自動(dòng)調(diào)節(jié)氧氣調(diào)節(jié)閥，也可以通過(guò)PID跟蹤控制富氧率。該裝置可以長(zhǎng)期檢測(cè)、儲(chǔ)存實(shí)時(shí)流量曲線，方便生產(chǎn)人員調(diào)整工況和后期生產(chǎn)查詢。

3.2 安裝保護(hù)氮系統(tǒng)

該系統(tǒng)不僅可以在富氧系統(tǒng)停止使用及檢修時(shí)充氮置換管道，而且當(dāng)高爐鼓風(fēng)機(jī)或是氧氣系統(tǒng)發(fā)生異常情況時(shí)，可以快速切斷氧氣供應(yīng)，對(duì)管道進(jìn)行噴氮保護(hù)，稀釋富氧，確保生產(chǎn)安全。

3.3 安裝煤氣檢測(cè)系統(tǒng)

高爐鼓風(fēng)機(jī)機(jī)后加裝煤氣檢測(cè)系統(tǒng)后，當(dāng)煤氣含量超標(biāo)，會(huì)聯(lián)鎖報(bào)警并觸動(dòng)聯(lián)鎖，從而快速打開(kāi)保護(hù)氮系統(tǒng)，切斷氧氣供應(yīng)。此外，根據(jù)國(guó)家相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，還可以在氧氣管道進(jìn)口加裝過(guò)濾器，增加氧氣阻火器，保障生產(chǎn)安全。

4 高爐機(jī)前富氧的設(shè)計(jì)實(shí)例分析

依據(jù)該廠的實(shí)際情況，高爐機(jī)前富氧改造費(fèi)用在1 000萬(wàn)左右。單臺(tái)透平氧壓機(jī)的配套功率為4 300kW，實(shí)際能耗為3 600kW，單臺(tái)活塞氧壓機(jī)的配套功率為900kW，實(shí)際能耗為710kW，總能耗為5 730kW/h。按照全年工作8 000h計(jì)算，機(jī)前富氧改造完成后，可節(jié)約電耗45 840 000 kW·h，按照電價(jià)0.52元/（kW·h），一年可以節(jié)省電費(fèi)2 383.7萬(wàn)元，5個(gè)月即可收回投資成本。

5 結(jié)論

本文介紹了高爐機(jī)前富氧的基本內(nèi)容，并通過(guò)具體案例驗(yàn)證了其具有較高的可行性。雖然高爐機(jī)前富氧技術(shù)改造一次性投資高，但可以在短時(shí)間內(nèi)收回投資成本，并且長(zhǎng)期節(jié)約能耗，經(jīng)濟(jì)效益明顯，在經(jīng)濟(jì)上也是可行的。在目前鋼鐵企業(yè)的困難時(shí)期，高爐機(jī)前富氧設(shè)計(jì)能有效降本成本，提升生產(chǎn)效率，值得各鋼鐵企業(yè)關(guān)注并采用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張文龍，王維興，余海萍.科學(xué)配備高爐鼓風(fēng)機(jī)促進(jìn)節(jié)能[J].中國(guó)機(jī)械，2014（17）：231-232.

[2]陸紹遠(yuǎn).高爐煤氣鍋爐富氧燃燒技術(shù)應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2013.