孟凡双，张荣军

（鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁鞍山114021）

摘 要：为缓解公司氧气和氮气不平衡状况，减少高炉氮气的使用量，对用高炉热风炉废气加压替代氮气进行了可行性分析。生产实践表明，该工艺系统运行稳定，加压热风炉废气能够满足技术条件要求，有效缓解了氮气紧张问题，降低了炼铁动力成本，年节约成本252 万元。

关 键 词：高炉；热风炉;废气;氮气；加压

目前鞍钢氧气产量为18万m³/h， 氧气放散率在2%左右，氮气产量为27万m³/h，氮气缺口1 万m³/h 左右。为解决氧气与氮气不平衡问题，减少炼铁氮气的使用量，开展了热风炉废气替代氮气研究。热风炉废气主要成分为氮气，还含有部分二氧化碳及少量的氧气和一氧化碳， 符合氮气使用的工艺技术要求。热风炉废气经过冷却、除尘、加压、冷却，供高炉炉顶阀箱罩封、探尺密封、布袋除尘器反吹使用。通过引风机把热风炉废气抽出来，进入离心式加压机，再通过三级加压，把热风炉废气加压到0.6MPa，与各氮气管道接点，并要求具备与氮气切换的条件。当热风炉废气加压机故障或热风炉停止燃烧时，切换为氮气。热风炉在烧炉时，严格控制废气中的含氧量在5%以下，以保证高炉炉顶煤气安全性。此前国内其他钢铁企业有使用高炉煤气加压替代氮气供炉顶齿轮箱和阀箱使用，但考虑到高炉煤气具有一定的危险性，因此，鞍钢股份有限公司炼铁总厂开展了热风炉废气加压替代氮气的研究。

1   热风炉废气替代氮气必要条件

1.1   气源条件

由于氮气不含尘、不含水等优越条件，受到用户的青睐。氮气主要用于高炉炉顶阀箱、齿轮箱和探尺等部位密封。气源条件主要要求介质为低温（40℃以下）、无尘、无水。而热风炉废气温度在150℃左右，主要成分为氮气，热风炉废气成分符合高炉炉顶用气条件。热风炉废气主要成分见表1 所示。

由表1可知，热风炉废气经过加压、冷却后，能够满足高炉炉顶用气的技术条件要求。

1.2   设备条件

一般使用的压缩机有两种形式， 即离心式压缩机和活塞式压缩机， 两种压缩机均能满足使用要求。离心式压缩机和活塞式压缩机都需要将入口前介质温度降到35℃以下，在入口前安装冷却器和自洁式废气过滤器进行降温，为克服冷却器产生的阻力，需要安装引风机。

考虑热风炉废气含有一定的灰尘，对活塞式压缩机有一定磨损，因此，采用离心式压缩机。在紧凑型压缩机设计中，SVK8-3S 是3级、带有2个级间冷却器和1个末级冷却器的整体齿轮增速型离心压缩机。压缩机由电机来驱动，并通过大齿轮轴端的膜片联轴器与电机相联接。压缩机本体、2个中间气体冷却器、润滑油站及电动机组装在同一底座上。底座框架、齿轮箱、冷却器容器为焊接结构；SVK8-3S 设计点流量为8000 m³/h，压比为6.9。压缩机具有以下结构特点：

（1）使用德马格技术制造的，带有轴向推力盘的单斜齿齿轮；

（2）半开式设计的三元叶轮具有高的气动特性；

（3）设计的进口导叶具有广泛的工作范围和经济性控制；

（4）使用整体润滑油装置和板式油冷却器；

（5）管壳式冷却器可以有效地在压缩机级间做级间冷却；

（6）采用整体撬装布置方式，压缩机、2 个中间气体冷却器、润滑油系统和电机组装在同一底座上；

（7）采用铸造的单体压缩机蜗壳；

（8）采用自动就地/远程控制的控制盘；

（9）采用可倾瓦轴承可提高转子的稳定性。压缩机装置见图1 所示。

2   工艺流程和操作流程

2.1   工艺流程

由于热风炉废气经过换热器后，温度在130~150℃，因此，经过压缩机前必须先经过冷却。冷却后经过引风机引入压缩机进行加压。热风炉使用的废气含有一定的灰尘，在进入压缩机前，设置一个布袋过滤器，控制废气中的含尘量。热风炉废气加压工艺流程如图2 所示。

2.2   操作流程

2.2.1   开车前检查

（1）引风机入口阀和出口阀、废气放散阀、防喘振阀门、压缩机入口阀处于开位置，压缩机出口阀处于关位置，炉顶废气阀处于关位置，通各台除尘器废气手动阀处于关位置。

（2）热风炉有1 座在燃烧，空燃比合理，含氧量满足工艺规程要求后，检查循环水箱液位，要求补满水且无溢流。

（3）检查空压机油箱液位是否正常，如正常，则启动辅助油泵。

（4）检查压缩机电机进油及主机回油是否正常，如正常，则将主油泵放气阀门打开，启动油加热器，将油温加热到35~40℃。打开压缩机入口导叶及防喘振阀门气源，打开密封气气源，调节密封气压力0.01～0.03MPa范围。打开压缩机各气体冷却器冷却水阀。按压缩机机组运行方向盘车2圈以上，安装联轴器护罩，确认压缩机主油泵放气管有油溢出后，关闭主油泵放气阀，入口导叶调整到微开位置（10°以下），关闭油箱加热器。

2.2.2   启车

（1）启动循环水泵，水压和流量均有数值，检查循环各部管道无泄漏。

（2）启动废气引风机。

（3）压缩机条件启动界面满足启车条件，按启动按钮，机组启动。

（4）观察空压机机组各项参数是否正常，同时调节冷却后油温，保持油温在35 ℃左右，保持观察。

（5）压缩机机组运行1 min后， 关闭辅助油泵，待机组运行稳定后，慢慢打开入口导叶。打开压缩机废气出口阀，缓慢关闭防喘振阀门后打到自动位，调解时，必须保证机组工作点大于防喘振点，同时观察机组运行参数变化，及时调节冷却后油温。压缩机机组运行稳定， 且废气压力大于0.5MPa,逐步给炉顶和各台除尘器送废气，同时停氮气。

2.3   注意事项

热风炉工应随时调整空燃比， 保证废气中含氧量在2%以内。当压缩机室和废气引风机室含氧量低于19.5%时，应及时开启室内换气扇。进入压缩机室和废气引风机室点检时， 必须佩带便携式氧气报警仪，报警时及时通知主控室调整。

2.4   应急处理

压缩机事故停机，岗位应关闭通往炉顶的废气电动阀门，开启氮气电动阀门保产。汇报专业点检查找原因，如果30min内恢复不了，专业点检应把除尘系统转为氮气保产。废气含氧量超过2%，导致空压机放空时，岗位应把炉顶废气立即倒为氮气，并调整热风炉烧炉空燃比，及时把含氧量控制下来，恢复炉顶供气。

3   运行效果及效益分析

3.1   运行效果

鞍钢炼铁总厂热风炉废气加压机从2015年11月开始稳定运行，热风炉废气加压参数指标见表2 所示。

从表2 可知，废气中含水量为3%，在气体输送的过程中，水会在管道中冷凝，因此要在管道沿途增加排水设施，冬季时要对管道进行保温。通过对管道排水的处理后，所有参数都能满足炉顶及除尘器反吹的需要。

3.2   效益分析

热风炉废气目前主要用在高炉炉顶阀箱、探尺和布袋除尘器， 目前的介质参数能够满足用户的需要，可以节约氮气使用量3000m³/h，废气主要运行成本为0.1元/m³，比氮气降低0.1元/m³，年可节约成本252万元。

4   待解决问题

4.1   废气含水量

热风炉废气加压后， 与氮气相比废气含水量仍然为3%，在输送过程中造成水凝结，冬季应该做好防冻工作。因此，在工艺上还应该考虑怎样脱水问题，增加脱水设备。

4.2   废气点腐蚀

由于高炉煤气中含有少量的硫，经过热风炉燃烧后形成硫的氧化物。热风炉废气经过加压机加压后，硫的氧化物会溶解在冷凝水中，冷凝水呈酸性（PH值在3.6），水中主要的阴离子为SO₄^2-。压缩机在压缩气体以后， 气体中的饱和水蒸气会凝结成水，与燃料中的硫元素燃烧时生成的SO₂、SO₃附在管路内壁，形成点腐蚀。

因此，建议把压缩机冷却器和部分管路更换成耐腐蚀钢种。

5   结语

鞍钢公司氮气和氧气不平衡给企业带来巨大浪费。为减少鞍钢股份有限公司炼铁总厂氮气的使用量，研究用热风炉废气加压替代氮气，以充分利用热风炉废气。热风炉废气经过冷却、除尘、加压、冷却，供高炉炉顶阀箱罩封、探尺密封和布袋除尘器反吹使用，取得良好的效果，但在系统设计中也存在一定问题，第一没考虑废气的脱水问题；第二在过滤器和管道的材质选择上，没考虑防腐蚀问题。今后还应采取相应的改进措施。总之，热风炉废气加压替代氮气是可行的，工艺系统运行比较稳定，能够满足工艺技术条件要求，有效缓解了氮气紧张问题， 探索出了一条节能减排技术新路线。