仲 园

（上海梅山钢铁股份有限公司，江苏南京 210039）

【摘 要】 梅钢4#高炉有效容积3 200 m³，采用外燃式热风炉结构。2019年热风炉燃耗72.2 kgce/t，燃耗偏高。主要原因是热风炉漏风、燃烧参数设置不合理、高炉煤气压力波动大、空气换热器劣化严重。为此逐步 实施了各项整改措施。实施后，2020年4#高炉热风炉累计燃耗降低4.8%，节能效果显著。

【关键词】 热风炉；燃耗；漏风；煤气压力

前言

热风炉是高炉重要配套设备。炼铁过程中，热风炉主要燃烧高炉煤气加热炉内蓄热体，以保证高炉热风供应。提高风温有助于降低焦比、增加产量。热风炉消耗高炉煤气约占高炉副产煤气 33%，因此提高热风炉热效率对降低能耗具有重大意义^[1-2]。

1 4#高炉热风炉现状

1.1 设计参数

梅钢4#高炉于2009年5月12日投产，有效容积 3200 m³，高炉利用系数 2.2 t/(m³·d)。其热风炉设计 参数见表1。

1.2 燃耗对标

梅钢 2#、4#、5#高炉热风炉燃耗差距较大：2019年 2#高炉热风炉燃耗 68.3 kgce/t，4#高炉热风炉72.2 kgce/t，5#高炉热风炉65.4 kgce/t，高炉工序吨铁耗 煤 气 68.1 kgce。 宝钢股份各基地对标数据见表2。

从各基地对标来看，梅钢燃耗在四基地处于劣势，仅5#高炉热风炉燃耗处于基地平均值水平。而4#高炉热风炉燃耗较 2#、5#高炉均高，因此迫切需要降低4#高炉热风炉燃耗。

2 燃耗优化改进

热风炉燃耗偏高原因主要是：热风炉漏风、自动燃烧参数设置不合理、高炉煤气管网压力波动大、空气换热劣化严重。针对上述原因制定针对性整改措施。

2.1 漏风治理

（1）漏点统计梳理和消缺

建立4#高炉热风炉漏点治理动态档案，制定处理计划，对新检查的漏点动态更新，持续推进漏点治理。2020 年 5 月梳理热风炉跑风点 23 处，截至 7月底，处理10处、新发现4处、在漏点17处。

经调查，现场主要漏风点为法兰和阀门盘根：法兰跑风原因主要是法兰应力比较大，造成法兰焊缝容易开裂跑风；盘根跑风主要原因为盘根使用材质和更换工艺有问题。除了对热风炉漏风处法兰部位打包焊接、对焊缝处泄漏部位重新补焊外，针对不同部位法兰采取加强强度和释放应力等措施；对盘根主要采取油浸盘根改为石墨盘根，将盘根45°斜切改为30°斜切。采取上述措施后，热风炉现场跑风声音明显减少。后续待高炉休风定修后，继续处理其它跑风点。

（2）效果验证

热风炉漏风率测量存在困难，采用氮气平衡来反推热风炉漏风率，计算原理如下：

N_2收入=鼓风量×氮气含量；

N_2支出=煤气发生量×煤气中N₂含量-高炉均压等带入N₂量；

N_2损失率=1-（N₂支出/N₂收入）

绘制热风炉漏风修补前后漏风率单值控制图如图1，整改后漏风降低明显，漏风率均值1.16%，符合漏风率低于1.5%的设计要求。

2.2 燃烧模型优化

（1）控制参数调整

优化热风炉燃烧模型，设定空燃比、残氧量目标值，来调整控制助燃空气流量。先大火烧拱顶温度到 1 350℃，再烧废气，使废气温度保持在 350℃，即采用先加热拱顶，后加热烟气的烧炉方式。

热风炉正常运行中3个阶段 ：① 燃 烧 期103 min，通过燃烧煤气对蓄热室进行蓄热；②焖炉期17 min，燃烧期与送风期之间，在蓄热室内完成燃烧热的传递以及蓄热；③送风期120 min，蓄热室对进入冷风进行加热。目前除了高炉休风、复风和热风炉故障外，模型投用率达到100％。

（2）效果验证

2020年7月对燃烧模型残氧控制、空燃比、燃烧拱顶温度、燃烧废气温度参数重新设定（见表3），并调整燃烧模型岗位规程，效果明显（见表 4）。实现了顶温控制 ± 5℃ ，废气温度控制在 ± 3℃以内 。

2.3 稳定高煤管网压力

4#高炉热风炉以高炉煤气为主要燃料。根据设定空燃比来跟踪调节助燃空气的流量，由于调节动作存在滞后，会造成不完全燃烧或者空气过量。高炉煤气管网目标压力控制在 9±1 kPa具体压力控制见表 5。压力大于 12 kPa 时启用煤气放散，短时间高煤总管压力可冲到 16 kPa，高炉煤气压力波动对热风炉高炉煤气的流量造成极大波动，高炉煤气流量可从正常烧炉的 10万 m³ / h 瞬间升到12万 m³ /h。

2.3.1 稳压措施

为稳定高炉煤气管网压力采取以下措施：

(1)高炉煤气发生量监视。加强系统监视，通过在EMS终端上调用高炉煤气发生量曲线、热风炉煤气使用量曲线、高炉煤气总管压力曲线，便于发现异常趋势，及时进行处理。13.5万 m³、30万 m³ 高煤柜挂网运行，通过气柜“吞吐”高炉煤气来实现稳定高炉煤气管网压力的目的。

(2)临时性失衡的调整。对于热风炉换炉、轧钢生产节奏变化、轧钢机组故障引起的波动，可以通过改变电厂使用量、改变热轧加热炉燃料组合模式以及化工管式炉燃料方式来调整，如果煤气过剩时用户来不及调整，可以通过手动燃烧放散以确保系统安全。

(3)突发性失衡的调整。对于电厂一台机组跳机等引起高炉煤气大量过剩，应立即进行燃烧放散;随后进行热轧和化工燃料方式调整，若电厂有用气能力则将煤气负荷转移到其他机组，视机组恢复时间可令焦炉全烧高炉煤气。

(4)高炉休风、复风期间加强协调。热风炉送风定时：2#、4#、5#高炉热风炉换炉时间为每小时第10分、30分、55分；3座高炉热风炉需错峰换炉，避免对煤气管网造成严重冲击；煤气调度和热风炉保持对时机制，发现偏离设定时间及时修正。

2.3.2 效果验证

强化煤气发生量监视、制定失衡调整预案、加强高炉休风、复风期间协调，达到稳定高煤总管压力目的，高煤总管压力波动明显改善，见图2。

2.4 动态监控指标

为实现4#高炉热风炉能耗管理受控，对其能耗指标进行动态监控。依托梅钢能源管理信息化平台自动生成能源日生产管控报表，对各单元的消耗建立基准（目前为月度预算），系统按颜色显示消耗水平。其中重要消耗指标数据，在各单元的首页显示。发现超设定目标的异常消耗，系统自动发送责任人邮箱提示。同一消耗指标5次异常则系统自动发送责任领导邮箱提示。提醒关注燃耗异常情况，实现对4#高炉热风炉燃耗异常的日跟踪，见图3。

2.5 空气换热器更换

4#高炉热风炉空气换热器已投运11年，换热器老化严重，空气预热温度低，预热效果衰减 71%，基本失去预热空气效果 。 空气换热器技术指标见表6。

(1) 空气换热器更换

2020年 12月 4#高炉中修更换空气换热器。整体将空气换热器更换成新型列管式换热器，见图4。

新型换热器主要考虑衰减周期长、施工周期短、高温可靠连接。为便于检修清理，在空气换热器空气、烟气进出口、集气箱设有检修入孔。为防止烟气侧积灰，烟气走管外空气走管内，换热管束垂直布置方便灰尘沉降。同时换热管采用20G低中压锅炉用无缝钢管作为空气管内扰流子。

换热器施工方面有以下经验：换热器设备分节运抵现场对接组焊，缩短施工周期；做好内保温，确保表面温度低于 50℃；为减小换热管束热膨胀应力，在换热本体设膨胀节吸收膨胀；集气箱与烟气箱体连接处采用双面焊并做外保温；设备制作完进行气密试验，试验压力 0.03 MPa，保压 2 h，泄漏率< 0.1%^[4]。

(2)效果验证

空气预热终温从 70℃升至 170℃以上。按照2019 年 4#高炉热风炉高炉煤气消耗132 637 万 m3、转炉煤气 5 938 万 m3，空燃比 0.65，空气温差提高100℃计算，年经济效益为：

Q=C×V×α×△t

Q=1.3×（132 637+5 938）×10 000×0.65×100＝117 095 875 000 kJ

式中：Q——空气预热后回收潜热；

C——空气比热；

V——煤气体积；

Α——空燃比；

△t——温差。

节约高炉煤气量

V=Q÷ε

=117 095 875000÷10 000÷770.87÷4.18

=3633万m³ 

式中：V——节约高炉煤气体积；

Ε——高炉煤气低热值；

高炉煤气价格0.17元/m³。

年经济效益=0.17×3 633=617万元。

3 高炉燃耗优化效果

各项改进措施逐步实施前后，4#高炉热风炉燃耗见表7。

热风炉燃耗指标得到逐步改进，2020年平均燃耗 68.4 kgce/t，较 2019年燃耗 72.2 kgce/t降低 4.8%，效果显著。

4 结语

梅钢 4#高炉外燃式热风炉燃耗偏高。通过漏风治理、调整自动燃烧控制参数、稳定高炉煤气总管压力、更换劣化严重的空气换热器后，燃耗逐步 降低，节能效果显著。

[ 参考文献 ]

[1]  杨文光,张银鹤,毕传光 . 梅钢4号高炉中修后低燃料比生产实践[J].炼铁,2018,37(3):43-46.

[2]  崔晓江,贾秀龙 . 外燃式热风炉在 5 号高炉的使用效果[J]. 梅山科技,2018(3):9-14.

[3]  刘云彩.现代高炉操作[M].北京:冶金工业出版社,2016:321-322.

[4]  周传典 . 高炉炼铁生产技术手册[M]. 北京:冶金工业出版社, 2005:313.