鞍钢鲅鱼圈煤粉系统氮气优化降本实践

侯金龙，孙岳琦，胡绍磊

（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口 115007）

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼铁部（以下简称“鲅鱼圈”）煤粉系统于2008年竣工投产，采用中速磨制粉工艺，其主要由原煤储运系统、制粉系统、喷吹系统、干燥气制备系统以及供气动力系统5部分组成，年平均为鲅鱼圈1#、2#高炉提供喷吹用煤粉100万t，为高炉的稳定顺行提供了有利保障。氮气是鲅鱼圈煤粉系统生产的必需介质，在生产过程中氮气消耗量大会影响喷吹生产，造成生产成本升高，并形成安全隐患。2018年，鲅鱼圈氮气消耗指标波动增大，氮气消耗量居高不下。为了降低鲅鱼圈煤粉系统氮气消耗，分析了影响氮气消耗的因素，并提出了控制措施，应用后效果良好。

1 煤粉系统氮气使用工艺

煤粉制粉系统是钢铁企业的重大风险点，政府部门主要监管对象之一。由于在制粉生产以及粉尘爆炸要素中，只有氧含量是唯一可控因素，也是粉尘爆炸条件中的一个重要环节，因此日常主要控制手段是控制系统氧含量。主要控制措施有两种：一种是利用燃烧炉产生的高温烟气与高炉热风炉的低温废气混合形成的较低温、低氧的惰性气体控制磨煤机入口的氧含量及对原煤进行干燥。另一种是利用中、低压氮气为磨机、制粉收集系统及布袋脉冲提供惰性保护气体，确保氧含量≤12%；利用喷吹系统所使用的高压氮气输送煤粉，由于喷吹系统内部的煤粉含量极大，基本不具备悬浮状态，也远远高于煤粉爆炸极限的上限，因此，高压氮气以发挥煤粉输送功能为主，气体惰化为辅的效能。结合工艺特点在制粉喷吹系统现场合理设置多个固定式氧气报警仪，避免由于氮气泄露造成巡检作业人员窒息事故，同时利用磨机入口、磨机出口、布袋箱出口氧分析仪，为系统高效安全运行提供数据支撑。

鲅鱼圈煤粉喷吹系统采用全氮气喷吹，氮气消耗量大，氮气消耗成本是煤粉生产成本中的重要组成部分。煤粉系统氮气使用工艺流程如图1所示。

图1 煤粉系统氮气使用工艺流程Fig.1 Process Flow of Nitrogen Utilization in Pulverized Coal System

由图1看出，煤粉系统用氮气分为低压保安用氮气，1#、2#高炉煤枪环冷风用高压氮气（高炉煤粉分配器），高炉喷吹、倒罐冲压用高压氮气，煤粉布袋除尘用中压氮气等5部分。其中，低压保安氮气一部分供给磨机入口、磨机和磨机出口，一部分作为布袋箱保安氮气，还有一部分用于燃烧炉炉顶元件冷却和管道吹扫。1#、2#高炉煤枪环冷风用氮气属于高压氮气，一旦煤枪停煤，则开启环冷风对煤枪进行冷却，这部分氮气消耗量较大。1#、2#高炉喷吹、倒罐冲压用氮气属于高压氮气，主要包括喷吹罐冲压、底部和锥体流化、喷吹二次补气风，其中喷吹罐冲压和二次补气风用量较大。煤粉布袋除尘用氮气属于0.5 MPa的中压氮气，用于4台布袋箱和2台仓顶布袋的氮气脉冲。

2 存在问题

2016-2018 年氮气月消耗量变化如图2所示。

图2 2016-2018年氮气月消耗量变化Fig.2 Changes of Monthly Nitrogen Consumption from 2016 to 2018

由图2可以看出，2018年鲅鱼圈氮气消耗指标波动增大，氮气消耗量居高不下。

在生产过程中氮气消耗量大会带来很多危害：①影响喷吹生产。保持稳定的氮气总管压力是喷吹系统稳定生产的必要条件，正常氮气总管压力在1.4～1.5 MPa，生产中氮气消耗量大，将造成氮气总管压力下降，当氮气总管压力降低到喷吹罐设定罐压附近，煤粉喷吹无法继续只能停煤，严重影响高炉的生产顺行。②造成生产成本升高。在鲅鱼圈所有工序中煤粉系统是氮气消耗的大户，氮气消耗是煤粉生产成本中的一个重要指标，氮气消耗量大会导致煤粉生产成本升高。③形成安全隐患。煤粉区域有很多阀门由于年久失修存在外漏或内漏现象，当某区域出现氮气的泄漏并大量聚集，易导致人员氮气窒息或伤亡事故的发生。因此，需要采取措施控制氮气消耗的升高。

3 影响氮气消耗因素及控制措施

3.1 低压保安用氮气

低压保安氮气主要作用是控制磨机、布袋箱等部位的氧含量，当氧含量超标时，立即启动保安氮气降低氧含量；在制粉系统启动和停止期间对磨机出口冲氮降氧降温；为防止磨机入口积煤自燃，定期对磨机入口进行氮气吹扫；另外，燃烧炉炉顶元件冷却和管道吹扫也均采用低压保安氮气，炉顶元件冷却需要连续使用24 h，氮气消耗量较大。其中，制粉系统启停冲氮和磨机入口氮气吹扫属于常规作业，燃烧炉管道吹扫仅在检修作业时使用，可以忽略。

低压保安氮气消耗的控制措施：

（1）控制制粉系统氧含量，减少冲氮频次。① 及时查缺补漏，保证系统的密封性能；② 在仓顶布袋出口管道安装止回阀，防止空气进入系统；③ 定期校对氧分析仪，保证氧分析仪的准确性；④ 合理调节生产操作，调整好系统废气用量；⑤ 磨机排石孔闸门改进为自动化运行，定期排出煤矸石，生产期间闸门关闭。

（2）燃烧炉炉顶元件冷却改用压缩空气，将燃烧炉阀门与压缩空气管道和氮气管道联网，在管道上增加联络阀门，正常情况下采用压缩空气冷却，一旦出现异常改用氮气冷却。

3.2 中压布袋除尘用氮气

布袋除尘用氮气为中压氮气，为煤粉1#～4#布袋箱除尘器和1#、2#仓顶布袋除尘器提供脉冲氮气，每个除尘器都设有1台氮气风包，用于储存氮气和调节氮气压力。氮气脉冲压力过高会造成布袋脱落，氮气消耗增加；过低则起不到脉冲效果，造成布袋粘附煤粉，留下着火隐患。

通过长期生产实践证明，0.25 MPa的氮气压力不但可以降低氮气消耗，还可以有效清除布袋粘附的煤粉。此外，要求每月对布袋箱检查两次，主要检查布袋箱脉冲管和脉冲阀工作情况，一旦出现脉冲阀膜片漏风，及时联系设备人员处理，降低氮气泄漏量。

3.3 高压煤枪环冷风，喷吹、倒罐冲压用氮气

3.3.1 煤枪环冷风用氮气

1#、2#高炉煤枪环冷风用氮气属于高压氮气，当某颗煤枪因风口或其他原因停煤时需要对煤枪通氮气冷却，两座高炉72支煤枪每天都有煤枪停煤，每支煤枪冷却需要氮气量在500 m3/h左右，氮气消耗量巨大。因此，停止对长时间不能喷煤的煤枪的氮气冷却，关闭煤枪的弯管阀门和枪阀后，将煤枪回退，以降低氮气消耗。

3.3.2 喷吹、倒罐冲压用氮气

喷吹罐罐压、二次补气风量与氮气消耗量呈正比关系，合理的喷吹罐罐压和二次补气风量不但可以节约氮气消耗，而且可以提高喷煤的准确性。

在长期的生产实践中，逐渐摸索出来根据不同的喷煤量，调节喷吹罐罐压和二次补气风量，喷吹系统各参数设定如表1所示。在满足条件的情况下，实现浓相喷吹（喷吹煤粉浓度大于40 kg/m3认可为浓相喷吹[1]），将二次补气风量控制在850～1 200 m3/h。

表1 喷吹系统各参数设定Table 1 Parameters Setup for Injection System

3.4 系统阀门泄漏

制粉、喷吹系统个别阀门由于磨损等原因出现内漏或外漏现象，大量氮气从阀门及管道泄漏，当此处有人作业易发生氮气窒息事故。磨机充氮阀门曾出现泄漏现象，造成磨机检修人员无法进入，影响生产进度。

为了杜绝上述现象的发生，采用强化岗位巡检的方式，针对此类阀门，及时发现及时更换。此外，喷吹系统个别阀门用风为氮气，逐步将喷吹系统所有阀门用风改为压缩空气，降低氮气用量。

4 实施效果

鲅鱼圈于2019年开始采取降低氮气消耗相关措施。2018、2019年氮气月消耗量变化见图3。

图3 2018、2019年氮气月消耗量变化Fig.3 Changes of Monthly Nitrogen Consumption in 2018 and 2019

由图3可以看出，采取措施后，氮气消耗指标明显改善，氮气月消耗量降低，波动减小。2018年氮气月平均消耗量为106.516 m3/t，2019年下降至99.053 m3/t，氮气月平均消耗量降低了7.463 m3/t，2019全年节约氮气成本147.98万元。氮气总管压力稳定在1.4 MPa以上，为煤粉喷吹生产提供了有效保证，为下道工序高炉生产提供优质服务。改进后，阀门泄漏现象得到有效控制，氮气泄漏导致窒息的隐患彻底消除，岗位人员作业环境及安全环保指标得到了优化和提高。

5 结语

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司炼铁部通过对氮气的各个支路进行分解，分析了影响氮气消耗的因素。通过采取控制系统氧量，减少充氮频次；燃烧炉冷却改用压缩空气；停煤煤枪停氮气，煤枪退出炉膛；合理设定喷吹罐压和二次补气风量；布袋用脉冲氮气压力设定为0.25 MPa，定期检查布袋箱相关设备，降低氮气泄漏；及时更换处理泄漏氮气的阀门，将喷吹系统阀门用风由氮气改为压缩空气等措施，氮气月平均消耗量降低了7.463 m3/t且波动减小，保障了煤粉生产顺行，全年节约氮气成本147.98万元，具有可观的安全环保效益。