高炉区域气体介质和电能综合利用改造

袁亚利

（宣化钢铁股份有限公司炼铁厂，河北张家口075100）

1 存在的主要问题

宣钢4#高炉2005年10月投产，容积为1800m3，2011年9月受市场影响，全国高炉限产，4#高炉退出运行系列，进行4#高炉中修，2012年4月投产，3#高炉大修改造扩容为2000m3，经过大修改造于2011年6月投产，高炉炉顶设备采用西冶的并罐式无料钟装料设备，气密箱采用水冷氮风冷却方式和密封方式，炉前除尘采用两台风机分别控制不同除尘点的方式，一台采用变频调速控制，一台采用液力耦合器调速控制，冲渣、水泵站和管廊沟都没有进行新建筑，新建喷煤设备、空压机及空压机水泵站，热风炉采用卡鲁金式顶燃式热风炉，各阀控制采用全液压控制等。在生产过程中3#、4#高炉区域部分设备暴露出可靠性和精确性不足及部分设计施工缺陷，使能源介质消耗增高，主要表现在：

1.1 气（汽）体消耗量高

1.1.1 4#高炉氮气系统存在调节阀不能满足需求，影响氮气系统正常工作的情况，需要进行改造，同时由于4#高炉喷煤在生产过程中存在喷吹罐存在着流化波动大，造成煤粉喷吹不匀产生脉动现象，必须进行加大氮气量和压缩空气量才能满足高炉生产需要，氮气消耗大需要改造。

1.1.2 4#高炉由于冬季保温设施的不合理，造成冬季蒸汽消耗量较大，需要通过优化蒸汽管网和设备改造节约蒸汽消耗量。

1.1.3 原设计气密箱水冷氮风系统退水采用开式“U”型水封，投产后顶压上升到180k Pa时即被击穿，前期休风时对“U”型水封进行了改造，增加脱气罐和平衡管，取得了一定的效果。但是氮气压力不稳定还经常出现水封被击穿的现象。为保证气密箱温度不高于50℃并且保证气密箱密封效果，还不能减小氮气压力和流量值，这样就会造成氮气的大量外排，浪费资源。鉴于这种进退维谷的现状，需要对气密箱的密封工艺进行二次改造。

1.1.4 高炉软水循环系统依靠膨胀罐来实现水系统脱气和保证软水压力平衡。而膨胀罐压力的稳定主要是通过调节氮气的压力来实现。原设计采用的控制工艺和阀门的选型都不能满足实际生产需求，而为保证软水系统压力稳定，只能采用氮气外排的方式来实现，造成氮气的浪费，需要进行改造。

1.1.5 无钟炉顶料罐放料采用一均荒煤气均压，二均氮气加压的控制原理来实现。但是由于原设计中氮气罐出口处就设二均阀，二均阀后再次设减压，这样就造成二均阀承受压力较大，磨损快，而出现二均阀门不严，氮气泄漏使料罐压力无故增高的故障；且在给料罐充压过程中还有氮气阻力大，冲压慢影响料速的现象，所以必须进行改造。

1.2 电能消耗较高

1.2.1 4#高炉炉前除尘消耗电能较高，通过观察和试运行，完全可以通过改造和优化来弥补设备上的不足，节能降耗。

1.2.2 炉前液压站采用4台泵并联的方式，一般是南北场各两台泵，一用一备，但是开炉初期，由于泥炮的设计原因造成回转速度低经常造成挤泥等故障，为满足现场生产需要采用两台液压油泵重联的方式进行堵口操作，造成电能浪费和设备寿命降低，必须进行改造。

1.2.3 3#高炉大修后热风炉采用顶燃式热风炉，各阀均采用液压系统控制，设独立的液压站，由两台油泵控制，开炉后由于油泵频繁启动（平均3s启动一次）造成电能浪费和烧毁多台油泵，液压站压力也无法正常，必须进行改造。

1.2.4 3#高炉炉前除尘1600k W电机采用变频调速控制，由于设计原因造成变频器C 3单元多次发生烧毁事故，电机不得不采用市电加风门控制调节，造成电能浪费。

2 节能改造方案及措施

2.1 节气（汽）改造

2.1.1 针对喷吹罐硫化波动大问题采取改进流化床的方式，更新为孔径稍大的流化床解决了脉动问题。使喷吹更加顺畅，节约氮气和空气消耗。

2.1.2 在4#高炉喷煤房顶分开4#高炉和喷煤支路上设一个蘑菇阀用以调节各处压力和流量，并设一个旁通之路，直接用闸阀控制，在实际应用中，经常发生氮气蘑菇阀故障时不能及时切换或者是切换后直接使用中压氮气造成后方设备承受超过额定压力，损坏设备和密封，在各支路旁通管路上各安装一个蘑菇阀，与原管路上的蘑菇阀同时处于电脑控制之中，一用一备，一旦一个发生故障造成后端氮气发生波动降低到一定值后，备用系统直接开启，保证了后续氮气压力的稳定。同时把各个控制系统由4#高炉喷煤控制改造到分别分开到各高炉区域控制，保证了控制系统能够随高炉检修。改造后没有发生断氮气的情况和超压的情况，设备运行良好。

2.1.3 对于4#高炉各部蒸汽管路进行优化布置，减少爬坡和转弯处，减少工艺退汽排放点，对于热风炉保温系统进行改造，取消部分保温，使油液在管路内部温度均衡，满足合理的压缩比，解决了溜阀的难题。节约了蒸汽消耗。

2.1.4 水冷氮风改造

在保证气密箱内部结构不变的前提下，在水冷结构上增设一套闭路循环水系统，替代原设计的U型水封开路循环，在闭路循环水系统中增设一个3 M 3水罐，用于闭路循环水回流和氮气压力平衡。所有的新增设备实现了自动控制。

2.1.5 稳定膨胀罐压力节能改造

结合水系统自动控制程序，热风炉和炉顶软水系统膨胀罐顶部和氮气的入口处各安装一个气动调节阀，顶部调节阀设定压力为35k Pa，入口处调节压力设定为25k Pa，控制系统内实现调节阀自动调节，同时在控制系统内设定压力报警限，以便于岗位人员及时观察。这样既保证了膨胀罐压力保持在25～35k Pa的范围内，又解决了氮气长期外排的能源浪费现象。

2.1.6 二均加压的节能改造

采用均压阀和减压阀互换的措施，氮气从储气罐出来后先经过二次减压后进入均压阀，理顺了氮气的通路，减小阻力，使均压阀承受压力减小，解决了不严和损坏的难题，同时冲压时间优化了1s，节约了氮气的使用。

2.2 节电改造

2.2.1 3#、4#高炉炉前除尘均分为两个系统：一个是铁口除尘，使用6k V、1000k W电机，风机风量为500000m3/h；另一个是铁沟摆动溜槽除尘，使用6 k V、1400k W电机，风机风量为 700000m3/h；2009～2010年的运行模式是，堵铁口期间采取减转操作，出铁期间加转至90%负荷。在实际运行中我们发现，在开铁口过程及出铁初期，烟尘较大，风机需要高转速运行；而在出铁中后期，烟尘浓度变小，在这种情况下，完全可以降低转速，通过合理调节，既能保证除尘效果，又能实现经济运行，最大限度地挖潜增效，减小电能浪费，于是在2011年我们对除尘操作采取进一步优化措施。除尘操作优化如下：

（1）在改造优化初期，除尘工通过摄像画面，实时掌握除尘效果，根据烟尘浓度变化、是否被捕集罩收集，确定何时减转，减至多少转效果最好。

（2）随着逐渐摸索，确定相应的时间的转速、电流：

1400k W电机，出铁初期转速879r/m i n，电流128A，出铁中后期转速减至500r/m i n，电流80A，20m i n后开始减转。

1000k W电机，出铁初期转速650r/m i n，电流80A，出铁中后期转速减至450r/m i n，电流50A，20m i n后开始减转。

2.2.2 4#高炉铁口除尘采用高压变频控制，高压变频器对环境温度有特殊要求，要求0℃＜工作环境温度＜40℃。室内采用空调制冷，但由于高压配电室内发热设备较多，而空调制冷相对不足，在炎热的夏季，室内温度偏高，最高时超过停机最高温度，3次使变频器主机报警停车温度，不但影响变频器长期稳定和可靠运行，而且环境及社会影响很大。针对这种情况，于2011年5月对变频器排风系统进行完善。对炉前除尘高压变频器的两个排风口通过实际测量，制作排气装置，导出室外，从而避免热风排入室内，进而在室内循环，导致室内环境温度过高的情况发生。

2.2.3 3#、4#高炉空压机进行并联改造，使两座高炉空压机互联互通，可以少开1台空压机节电降耗。

2.2.4 炉前除尘变频器控制单元问题采用变频器升级措施，有效解决了变频器故障，保证了变频调速的正常运行。针对设备运行中，电能尚有进一步挖掘的潜力，为最大限度降低能耗，实现最优最合理的运行，对除尘操作再次优化。原运行模式是，堵铁口期间采取减转操作，出铁期间加转至90%负荷。在实际运行中我们发现，在开铁口过程及出铁初期，烟尘较大，风机需要高转速运行；而在出铁中后期，烟尘浓度变小，在这种情况下，完全可以降低转速，通过合理调节，既能保证除尘效果，又能实现经济运行，最大限度地挖潜增效，减小电能浪费。2.2.5 对于挤泥和翻泥的现象，经过分析是泥炮回转速度慢，在液压系统中速度主要决定于流量，液压泵的流量足够，主要是到泥炮回转油缸的管路和阀的选型存在问题，对操作阀台、部分阀件、泥炮调压块、液压油管等进行了增大通经改造，以增加流量，使泥炮回转速度提高以满足宣钢的出铁模式。彻底杜绝了2台泵重联运行的问题。

3 节能改造应用效果分析

节电效果明显，通过除尘操作更进一步优化和配电排风系统改造，既能满足除尘效果，又能节约电能，一举两得。4#高炉改造后的2012年比改造前2011年电单耗低电节约0.06k W·h/t·F e。3#高炉改造后的2012年比改造前2011年电单耗低电节约0.04k W·h/t·F e。

节约蒸汽和氮气效果显著，4#高炉通过氮气气源控制改造、喷煤改造、蒸汽管网优化改造后，蒸汽8个月（各含2个冬季月）改造后2012年比改造前2011年节约966t，氮气吨铁单耗节约10m3，效果明显。3#高炉通过二均系统改造、膨胀罐改造、水冷氮风改造等优化改造后，改造后的2012年比改造前的2011年单耗节约15m3，效果明显。

4 结束语

通过在3#、4#高炉区域实施以节约气体介质和电能为主的节能综合改造，3#、4#高炉区域的气体消耗和电能消耗明显降低，带动了其他能源介质节能水平的提高。使3#、4#高炉区域能源介质消耗处于较好水平，有效地满足了高炉生产节能的要求。