首钢长钢炼铁厂喷煤系统节能改造生产实践

彭晓东，陈秀江，李迎辉

（首钢长治钢铁集团有限公司炼铁厂，山西 长治 046031）

首钢长治钢铁集团有限公司（全文简称“长钢”）炼铁厂新区的喷煤系统于2009年6月正式投产，开产至今，一直是炼铁厂氮气、煤气、用电等能源介质的消耗大户。2020年4月，长钢公司启动“学巴登钢厂，促长钢发展”活动，并于同年9月下发“学巴钢经验，促指标提升”工作实施方案，分体系、分层级开展各项指标的提升攻关。

喷煤作业区本着“不做耗能大户，要做节能大户”的工作思路，从分析历史数据入手，找准目标，制定措施，最终取得了阶段性良好效果，使作业区的节能降耗管理工作上了一个新台阶。

1 工艺流程设计

目前，长钢制粉喷吹系统工艺流程主要为：原煤仓—全封闭皮带式给煤机—EM65型中速磨机—收粉器—星型给料器—煤粉振动筛—煤粉仓—喷吹罐—高炉。整个制粉工艺采用负压操作，由主排粉风机提供动力。

原煤磨成煤粉过程中水分析出的流程为：高炉热风炉烧炉后产生的废气（150℃左右）通过高温引风机抽至烟气炉处，与烟气炉燃烧煤气产生的高温气体（700~1 000℃）混合，形成300℃左右低含氧量的热烟气，热烟气被主排粉风机从磨机下部侧面抽入磨机，再从风道喷出，将磨好的煤粉吹起，沿磨机中心管道上升，合格的煤粉被抽入收粉器，大颗粒煤粉被系统隔离后返回磨机。

2 针对生产实际的节能改善措施

2.1 降低喷煤系统氮气消耗

喷煤区域氮气消耗量约占全厂氮气用量的50%，日常能源管理仅侧重于对管路跑冒滴漏的被动治理，在工艺管控方面的工作有所欠缺，因此需要进一步提高认识，转变思路。2020年前五个月喷煤系统的平均氮气消耗量为386.47万m3/月，用量较大，没有达到炼铁厂的氮气消耗控制目标要求。

2.1.1 实际生产中存在的主要问题

1）主动节约能源的意识不强，职工参与积极性不高。操作工操作时主要以喷吹顺畅为目标，喷吹气量控制较大，存在一定意义上的能源介质浪费现象。

2）设备装备水平低，不能满足精细化操作要求。收粉器反吹系统压力调节靠机械式调压阀，通过手动进行调压，不仅调节精度差，而且费时费力。

3）系统运行状态预知预控不及时，调控措施滞后。喷吹气量超标时，缺乏预警装置，操作工不能第一时间发现，并采取相应控制措施，导致部分时间段存在氮气过渡使用现象。

4）脉冲阀内泄，造成氮气损耗增加。收粉箱体反吹系统共有168个脉冲阀，每8 min循环吹扫一次，脉冲阀发生故障，一般不易发现，极易导致氮气的长期泄漏。

5）工艺控制参数设定过度追求稳妥，余量较大。布袋收粉器反吹压力仍然执行原旧区喷煤系统的标准，设定值趋于保守。

2.1.2 采取的具体措施

1）引入氮气消耗排名考核制度，以班组为单位进行奖励，引导激励职工主动控制喷吹气量，在确保小时喷煤量达标的前提下，尽可能减少喷吹氮气的使用量，从而达到降低氮气消耗的目的。

2）将机械式调压阀升级改造为电子式气动薄膜调节阀，既可提高调节精度，又可实现远程自动控制，省时省力，能有效避免氮气过量使用。

3）在操作室配电柜内设置声光报警器，通过相关模块连接喷吹气量参数，当喷吹气量超过设定值时，可发出声光报警信号，以提醒操作人员及时采取调控措施。

4）在反吹氮气管路上，增设流量检测仪表，当脉冲阀因故障不能正常关闭或关不严时，可以通过检测氮气流量变化，在第一时间发现问题，及时进行故障处理，避免氮气大量浪费。

5）布袋收粉器反吹压力现行规定为0.4~0.55 MPa，经考察对标，借鉴兄弟单位经验，将布袋收粉器反吹压力调整为0.3~0.4 MPa，减少反吹氮气使用量。

2.1.3 改善效果

实施相关措施后，喷煤系统氮气消耗量稳步降低。从气固比（每千克煤粉消耗的氮气量）统计数据上分析，攻关前（2020年5—9月）喷煤气固比平均为0.129 m3/kg，改善措施实施期间（2020年10月—2021年3月）喷煤气固比平均为0.112 m3/kg，成果固化期间（2021年4月—2021年12月）喷煤气固比平均为0.103 m3/kg。按照每月喷煤2.6万t，氮气费用0.14元/m3计算，改善后每年可节约氮气费用113万元，在降本增效层面发挥了积极作用。喷煤氮气消耗统计分析图如图1所示。

图1 氮气消耗统计折线图

2.2 降低磨煤系统用电费用

长钢公司电网峰、平、谷时段电价分别为0.71元/（kW·h）、0.47元/（kW·h）、0.25元/（kW·h），按目前设备装机水平测算，磨煤系统吨煤电耗约为25 kW·h，区域内设备一直执行无差别用电。为深入细化对标挖潜，进行降本增效工作，充分、合理利用“峰、谷、平时段差别电价”政策，通过精细优化调整、合理组织生产等措施，做好“避峰填谷”用电工作。

2.2.1 采取的具体措施

结合自身工艺实际生产情况及设备维护状况，综合考虑磨机启停时间，尽量在用电峰时段停磨机运行，进行工艺检查和设备维修；制定磨机运行“列车时刻表”，优化生产组织流程，如图2所示；停磨后逐步减小主排风机开度，将清理振动筛杂质时间控制在15 min以内，15 min之后将主排风机开度降低到5%；启动磨机后高效磨煤，要求磨机入口温度控制在285~305℃，磨机出口温度控制在70~80℃；加强原煤质量监督，确保原煤成分合格（烟煤水分不超10%，长焰煤水分不超12%）。

图2 喷煤磨煤机节电运行时间表

2.2.2 改善效果

通过优化工艺操作和生产组织流程，采取将每日用电峰时段的2 h磨煤时间调整到谷时段进行等措施，每年可以节约电费支出约41.4万余元。

2.3 降低烟气炉煤气消耗

长钢炼铁喷煤卧式封闭烟气炉于2019年4月对9号高炉进行大修时配套新建。原设计为燃烧高炉煤气，并采取焦炉煤气伴烧。但根据现场设施条件，只能采用全高炉煤气燃烧烧炉，这将必然导致烟气炉高炉煤气消耗量的增加。如何在确保烟气炉安全运行情况下降低煤气使用量，成为喷煤相关技术人员必须攻克的一个难关。

2.3.1 采取的具体措施

通过对设备进行改造，实现全高炉煤气安全稳定操作。增设储热墙，让烧嘴处煤气流直接喷射在储热墙上，利用储热墙温度点燃煤气流，确保高炉煤气稳定燃烧（见图3）；增设点火阀门，确保点火时煤气调节在可控范围内（见图4）。

图3 增设储热墙

图4 增设点火阀门

利用烟气炉出口（磨机入口）管道热烟气CO浓度参数，判断烟气炉煤气燃烧情况，进一步指导操作工调节煤气、空气配比优化操作，降低煤气消耗，确保系统安全（见图5）。

图5 设置CO自动检测装置

增设烟气炉空气自动调节阀（见图6），实现煤气、空气在CO浓度数据指导下的远程调节，节约煤气使用量。

图6 增设空气自动调节阀

2.3.2 改善效果

1）实现烟气炉全高炉煤气稳定燃烧后，减少了焦炉煤气的危险源，有利于喷煤粉尘区域的安全运行。

2）实现在CO浓度数据指导下的煤气、空气远程操控，精准烧炉，确保制粉系统运行过程中CO浓度远低于爆炸区间，实现制粉系统安全运行。

3）烟气炉煤气使用量由380万m3/月降低至340万m3/月以下，月节约高炉煤气40万m3，每年可实现降本38.4万元。

3 目前存在的问题及改善方向

管道保温效果差，喷煤烟气炉用废气温度低。烟气炉使用的废气从热风炉空气、煤气双预热系统后引出，目前输送管道外保温采用保温效果差、污染性强的岩棉材料，到达烟气炉时废气温度仅为120℃左右，热量损耗较大。因此考虑使用硅酸铝涂抹材料，以提高保温效果。

喷吹系统采用人工控制方式，喷吹稳定性和喷煤准确率波动较大。考虑对喷吹系统采用计算机自动控制，实现自动稳定喷吹罐罐压，自动调节喷煤量，以达到节能、均匀、稳定喷吹的效果。

主排风机工频运行，调节阀调节挡板折损20%~30%的风机能量。考虑增设高压变频系统，根据实际运行工况实现对电机转动速度的升降调整，以达到风机节能的目的。

4 结语

节能降耗是今后我国钢铁工业发展的主要目标，也是钢铁企业提高自身竞争力的必由之路，而高炉喷煤工艺在炼铁工序的节能降耗中占有重要地位，长钢炼铁厂喷煤系统在节能降耗方面虽然取得了一定的进步，但也并没有满足于现状，后续还会继续在高压电机的变频改造、提高热风炉废气温度、改善反吹箱体收粉效果等方面进行节能改造攻关。总之，长钢将始终按照公司“已经实现的指标不降低、已经达到的水平不后退、已经取得的成绩不丧失”的总要求，持续做好喷煤工序的降耗工作。