高爐機前富氧的設(shè)計及應(yīng)用

蘇軍旗

摘 要：目前，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能過剩，利潤下滑，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，高爐機前富氧應(yīng)運而生。本文首先闡述高爐機前富氧技術(shù)的基本原理與可行性，然后探討安全保障措施，最后對實際應(yīng)用案例情況進行說明，旨在提升我國鋼鐵企業(yè)的經(jīng)濟效益，為我國經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻。

關(guān)鍵詞：高爐富氧;設(shè)計;應(yīng)用

中圖分類號：TH44文獻標識碼：A文章編號：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)濟危機以來，我國GDP增速放緩，社會生產(chǎn)結(jié)構(gòu)開始轉(zhuǎn)型，特別是在過去幾年中，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?，F(xiàn)象，導致鋼材利潤率大幅下降，大型鋼鐵企業(yè)虧損嚴重，而小型鋼鐵企業(yè)則紛紛倒閉，國內(nèi)鋼鐵行業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。在此背景下，為了實現(xiàn)持續(xù)健康發(fā)展，鋼鐵企業(yè)必須不斷降低成本，實現(xiàn)節(jié)能減排，而高爐機前富氧作為一種節(jié)能技術(shù)，應(yīng)被廣泛應(yīng)用到日常生產(chǎn)當中。

1 高爐機前富氧基本概述

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

高爐機前富氧則是將制氧機出口的低壓氧氣從高爐鼓風機機前吸入，同時維持高爐鼓風機風量不變，使鼓風中的含氧量增加，以達到高爐富氧鼓風的目的。此項技術(shù)最早在寶鋼企業(yè)中被廣泛使用，因為相關(guān)設(shè)備為國外進口，所以運行效果良好。相較于傳統(tǒng)富氧工藝，機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，節(jié)約電能。而被代替的氧壓機則可以作為備用氧、氮壓機使用，從而保障生產(chǎn)穩(wěn)定進行。

2 高爐機前富氧設(shè)計的可行性

國內(nèi)相關(guān)機構(gòu)的試驗表明，當富氧空氣中的氧含量為30%時，一般鼓風機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)上述分析及國內(nèi)鋼廠的實際運行經(jīng)驗可知，機前富氧是可行的。

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33 800Nm3/h左右。采用傳統(tǒng)機后富氧方式，使用1臺20 000Nm3/h透平氧壓機為3#、4#、5#高爐供給氧氣，以及3臺5 200Nm3/h活塞氧壓機為1#、2#、6#高爐供給氧氣。根據(jù)現(xiàn)場實際工況設(shè)計，高爐鼓風機機前低壓氧氣壓力應(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，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)計氧氣總管流量最大為25 000Nm3/h，進口壓力15kPa，主管道采用DN1 200mm，設(shè)計流速V1為5.8m/s，當量距離L1為1 000m，包含20個90°彎頭，設(shè)計理論壓損[ΔP1]為835Pa。

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

3 高爐機前富氧的設(shè)計安全措施

高爐機前富氧采用的是機前混合工藝，純氧應(yīng)在距鼓風機吸入口三倍管道內(nèi)徑的距離，通過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。盡管有上述工業(yè)試驗驗證，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，檢測改造系統(tǒng)的閥門閥位、氧氣流量、氧氣壓力、含氧量和高爐風機。通過檢測含氧量，該裝置可以依據(jù)預(yù)設(shè)富氧率自動調(diào)節(jié)氧氣調(diào)節(jié)閥，也可以通過PID跟蹤控制富氧率。該裝置可以長期檢測、儲存實時流量曲線，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)停止使用及檢修時充氮置換管道，而且當高爐鼓風機或是氧氣系統(tǒng)發(fā)生異常情況時，可以快速切斷氧氣供應(yīng)，對管道進行噴氮保護，稀釋富氧，確保生產(chǎn)安全。

3.3 安裝煤氣檢測系統(tǒng)

高爐鼓風機機后加裝煤氣檢測系統(tǒng)后，當煤氣含量超標，會聯(lián)鎖報警并觸動聯(lián)鎖，從而快速打開保護氮系統(tǒng)，切斷氧氣供應(yīng)。此外，根據(jù)國家相關(guān)設(shè)計規(guī)范和標準，還可以在氧氣管道進口加裝過濾器，增加氧氣阻火器，保障生產(chǎn)安全。

4 高爐機前富氧的設(shè)計實例分析

依據(jù)該廠的實際情況，高爐機前富氧改造費用在1 000萬左右。單臺透平氧壓機的配套功率為4 300kW，實際能耗為3 600kW，單臺活塞氧壓機的配套功率為900kW，實際能耗為710kW，總能耗為5 730kW/h。按照全年工作8 000h計算，機前富氧改造完成后，可節(jié)約電耗45 840 000 kW·h，按照電價0.52元/（kW·h），一年可以節(jié)省電費2 383.7萬元，5個月即可收回投資成本。

5 結(jié)論

本文介紹了高爐機前富氧的基本內(nèi)容，并通過具體案例驗證了其具有較高的可行性。雖然高爐機前富氧技術(shù)改造一次性投資高，但可以在短時間內(nèi)收回投資成本，并且長期節(jié)約能耗，經(jīng)濟效益明顯，在經(jīng)濟上也是可行的。在目前鋼鐵企業(yè)的困難時期，高爐機前富氧設(shè)計能有效降本成本，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：

[1]張文龍，王維興，余海萍.科學配備高爐鼓風機促進節(jié)能[J].中國機械，2014（17）：231-232.

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