霍紅艷 高 遠(yuǎn) 周小軍 武東光

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司)

邯鋼8號高爐高效、低排放停爐技術(shù)的應(yīng)用

霍紅艷 高 遠(yuǎn) 周小軍 武東光

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司)

空料線停爐是高爐大、中修的前提操作，高效、安全是空料線降料面的基本要求，隨著環(huán)保要求日益提高，控制放散量和減少噪音成為核心任務(wù)，邯鋼8號高爐通過安全保護(hù)氣技術(shù)、風(fēng)水匹配控制、憋壓出鐵等綜合技術(shù)應(yīng)用，大大減少了對空放散時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了降料面過程的安全、高效、環(huán)保。

高爐 停爐 低排放 高效

AbstractBlowing off with discharging is the premise operation of overhauling and mid-repair in blast furnace, and the efficient and safe operation is a basic requirement in lowering charge level. With the increasing demand for the environmental protection, how to reduce diffusion and noises has become the core task in the operation. The exhaust-time to the air has been reduced and a efficient, safe and environmentally-friendly lowering charge level is realized by the application of the comprehensive technology such as inert gas protection, matching of blast volume and water spraying, raising top pressure during tapping in No. 8 blast furnace of Han Steel.

KEYWORDSblast furnace shutdown low emission high efficiency

0 引言

邯鋼煉鐵部8號高爐有效爐容3 200 m3，于2009年7月6日開爐，2015年底出現(xiàn)銅冷卻壁大量破損，爐型不規(guī)則，高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)大幅下降，并且經(jīng)常出現(xiàn)爐皮冒蒸汽現(xiàn)象，威脅高爐生產(chǎn)安全，公司定于2017年2月28日停爐更換銅冷卻壁?？紤]到環(huán)保需求，在滿足安全條件快速降料面，減少殘料扒除工作量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化方案，改進(jìn)停爐各項(xiàng)控制參數(shù)，壓減對空放散時(shí)間，降低噪音污染。

1 壓減對空放散時(shí)間技術(shù)分析

空料線停爐是安全順利停爐的核心和關(guān)鍵步驟，當(dāng)前空料線停爐技術(shù)日益成熟，但是空料線停爐后期，隨著煤氣溫度控制、H2、O2含量上升不能滿足安全要求必須對空放散，對空放散產(chǎn)生大量粉塵、煤氣以及噪聲污染，因此控制降料面污染的關(guān)鍵在于壓減放散時(shí)間。從降料面煤氣變化規(guī)律研究可知，料線在高爐軟熔帶之前，H2含量變化不大，降到爐腰位置，出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，明顯上升，隨著料面繼續(xù)下降，H2逐漸上升，到達(dá)爐腹中部，含量最高[1]，從歷史經(jīng)驗(yàn)看，2011年10月26日空料線停爐，也是在料面進(jìn)入爐腹后，H2接近12%，爆震頻繁，被迫切煤氣放散。一旦對空放散，由于控制噪音、粉塵，頂壓、風(fēng)量使用受限，其所耗時(shí)間很難壓縮。因此停爐過程壓減對空放散，必須在控制安全的前提下，在爐身段軟熔帶前高效降料面，縮減停爐時(shí)間，進(jìn)入爐腰盡可能控制煤氣溫度、成分，控制爆震，延后切煤氣時(shí)間，爐腹中段及爐缸段確保停爐安全，穩(wěn)定風(fēng)水使用，實(shí)現(xiàn)爐腹段切煤氣時(shí)間局部轉(zhuǎn)移，達(dá)到壓減煤氣放散時(shí)間的目的。為此，必須做到高效降料面時(shí)期料面降溫打水需求測算、軟熔帶后煤氣成分控制以及T理、出鐵綜合控制，實(shí)現(xiàn)高效、低排放空料線停爐。

2 高效、低排放空料線停爐技術(shù)應(yīng)用

2.1 高效降料面打水量核算

本次降料面前，根據(jù)降料面風(fēng)氧使用情況，核算煤氣量和預(yù)估打水需求量，提前校核打水能力能否滿足。設(shè)定條件如下：打水管進(jìn)水溫度30 ℃,爐頂溫度350 ℃，打水量計(jì)算公式如下：

式中：Q——打水量，t/h；

j煤氣出口——不同煤氣溫度下煤氣出口熱焓；

j煤氣.350——0.465 MJ/m3；

V煤氣——出口煤氣量，m3/h；

t水——打水進(jìn)水溫度，取30 ℃；

i汽.350——0.546 MJ/m3；

i汽.100=0.108 MJ/m3；

q——水汽化熱，取2.253 MJ/kg。

各部位出口煤氣熱焓取值和打水量測算結(jié)果分別見表1、表2。

邯鋼8號高爐爐頂打水10個(gè)霧化噴嘴，單根打水量>15 t/h，總水量150 t/h以上，氣密箱溢流水量25 t/h，滿足峰值打水要求，停爐前對各噴嘴檢查并進(jìn)行處理，噴嘴檢查及處理情況見表3。

表1 煤氣熱焓取值

表2 打水量測算結(jié)果

表3 噴嘴檢查及處理情況

2.2 降料面期間風(fēng)量、打水量匹配

郭燕昌等撰文指出，停爐過程中，煤氣H2含量是爆震的主要原因之一，料面下降到爐腰時(shí)，水煤氣反應(yīng)加劇，因此進(jìn)入停爐后期，正常穩(wěn)定、均勻的打水，結(jié)合與此匹配的風(fēng)量，避免爆震爐[1]。此次降料面制定爐頂打水控制原則：前期頂溫超限首先增大氣密箱溢水流量，達(dá)到上限后，頂溫如不受控，分步慢開爐頂打水噴嘴；前期高風(fēng)量、料層較厚時(shí)期，可維持大水量加快降料面速度；隨著料層減薄、風(fēng)量降低，逐步降低打水，掌握早調(diào)、少調(diào)，避免大幅度調(diào)整打水量；在實(shí)際停爐過程中，為了延長回收煤氣時(shí)間，在進(jìn)入爐腹后，送風(fēng)比控制在0.4～0.7左右，通過小風(fēng)小水控制爆震，延長回收煤氣時(shí)間，減少對空放散。切煤氣后，進(jìn)入爐缸區(qū)之前，在安全、環(huán)保受控的條件下，加大風(fēng)氧使用，增加大水量，利于提高風(fēng)速多燒爐缸中心焦炭。停爐風(fēng)量水量及料線情況如圖1所示。

2.3 減風(fēng)節(jié)奏與風(fēng)氧匹配

降料面過程為了使風(fēng)量水平與料層厚度匹配，降料面各階段必須主動調(diào)整風(fēng)量使用水平。首鋼把降料面過程分成正常料期和焦炭料期兩個(gè)階段5個(gè)時(shí)期[2]，正常料期控制風(fēng)量為正常的90%～80%，焦炭料期使用風(fēng)量逐步遞減為70%、50%、40%；寶鋼在空料線停爐時(shí)掌握減風(fēng)節(jié)奏與打水量匹配，按照前期較長時(shí)期采取高風(fēng)量較高頂壓，爐腰、爐腹風(fēng)水量采用較低水平控制H2原則，繪制減風(fēng)計(jì)劃曲線[3]。邯鋼煉鐵部在總結(jié)歷次降料面停爐經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，按照高效、低排放降料面要求，制定“前期快，中期穩(wěn)，后期慢”總體原則。

圖1 降料面期間風(fēng)水使用圖

本次降料面從2月27日9:00停止上料，到28日2:00休風(fēng)停爐結(jié)束，僅用時(shí)17 h。根據(jù)總體控制要求，在降料面前期煤氣穩(wěn)定期，加大風(fēng)氧使用加速降料面，風(fēng)量從5 700 m3/min增到6 000 m3/min，氧量從4 000 m3/h增到10 000 m3/h，根據(jù)頂溫水平爐頂氣密箱溢水開展，爐頂打水逐步增加0～100 t/h，同時(shí)降低風(fēng)溫，增加加濕用量平衡T理不超過2 250 ℃；11:00后料線13 m進(jìn)入爐身中部以下，風(fēng)量使用水平控制在5 500 m3/min～5 000 m3/min，根據(jù)頂溫水平打水量增加到100 t/h～120 t/h；料面繼續(xù)下降，12:00料線降至16.5 m，進(jìn)入爐身中下部以后，隨著礦石層減少，料面溫度升高，煤氣溫度及成分控制難度加大，進(jìn)一步控制風(fēng)量5 000 m3/min～4 500 m3/min，停止富氧，打水量增加到120 t/h～150 t/h；14:00料線降至19.2 m，進(jìn)入爐腰，按爐容送風(fēng)比1.0為基準(zhǔn)調(diào)整，控制風(fēng)量3 500 m3/min～3 000 m3/min，打水量逐步控減至100 t/h～120 t/h，控制H2在7%以內(nèi)，減少爆震，延長煤氣回收時(shí)間；17:00料線降至22.2 m，進(jìn)入爐腹后控制風(fēng)量≤3 000 m3/min，打水量控減至50 t/h～100 t/h；19:00由于H2含量快速攀升至10%以上，控減風(fēng)量至1 000 m3/min，仍然未能控制H2上升，同時(shí)出現(xiàn)頻繁小爆震，19:08切煤氣放散，此后適當(dāng)加風(fēng)富氧，風(fēng)量≤3 500 m3/min，頂壓≤15 kPa，減少噪聲污染。停爐過程中風(fēng)氧使用趨勢如圖2所示。

圖2 停45爐過程風(fēng)氧趨勢

2.4 安全保護(hù)氣技術(shù)

停爐過程中，煤氣H2、O2含量是爆震的主要原因之一。8號高爐由于銅冷卻壁破損，大量安裝點(diǎn)式冷卻器，爐皮開孔達(dá)200處以上，局部強(qiáng)度下降，因此有效控制爆震顯得尤為重要。為此，在8號高爐開發(fā)應(yīng)用新的保護(hù)氣停爐技術(shù)，在停爐全過程向爐內(nèi)充入氮?dú)猓♂尰旌厦簹庵蠬2、O2等易爆氣體成分，減少爆震風(fēng)險(xiǎn)，其主要做法是：

(1) 降料面開始前排查靜壓氮?dú)夤艿?，開展氮?dú)忾y門，增大爐身三段靜壓吹掃氮?dú)饬浚?/p>

(2) 降料面開始后增大爐頂氣密箱氮?dú)饬髁?，? 500 m3/h逐漸提高到3 000 m3/h；

(3) 開始爐頂打水后，打開閥箱氮?dú)饬髁恐? 200 m3/h；

(4) 降料面到17.5 m(爐身中部)，停氧、打開一個(gè)二均氮?dú)饬髁?0 000 m3/h；

(5) 降料面到爐腹后開兩個(gè)二均，二均流量到27 000 m3/h，總充入氮?dú)饬髁?不算靜壓氮?dú)?達(dá)到31 000 m3/h，占煤氣含量的10%左右，有效降低煤氣中H2含量，始終保證煤氣中H2含量上限7.0%以內(nèi)的較為安全的范圍，如圖3所示。

圖3 停爐過程煤氣成分趨勢圖(切煤氣前)

2.5 出鐵控制

降料面期間出鐵控制原則一是確保撇渣器安全，出鐵間隔不大于8 h，二是根據(jù)風(fēng)氧使用情況控制爐內(nèi)積存鐵量不超400 t；同時(shí)為了在爐內(nèi)保留一定鐵量，把爐缸焦炭浮起便于多燒焦碳，減輕殘料扒除量，一般在料面進(jìn)入爐腰后，停止出鐵，也可以從料柱鐵料生成總量控制剩余鐵量，根據(jù)停爐前側(cè)算8號高爐降料面開始時(shí)總料柱生成鐵量在1 200 t～1 300 t，由此推算在正常出鐵基礎(chǔ)上，從降料面開始出鐵量累計(jì)1 000 t時(shí)，應(yīng)該停止出鐵，爐內(nèi)積存量保持在200 t～300 t，確保最后一次出鐵撇渣器安全。

降料面到風(fēng)口后，直接全切煤氣，關(guān)閉放散、手動調(diào)整放風(fēng)閥開度，讓風(fēng)量絕大多數(shù)從放風(fēng)閥直接放出，僅僅保持高爐內(nèi)一定的壓力，促進(jìn)出鐵提速，同時(shí)也能減少放散排放，待出鐵無流后，通過放風(fēng)閥開度降低爐頂壓力后，打開爐頂放散轉(zhuǎn)入長期休風(fēng)操作。

2.6 其他參數(shù)控制

煤粉控制原則是根據(jù)爐溫和停爐負(fù)荷料下達(dá)情況停止噴煤，提前做好噴煤量估算，停止噴吹后，清空噴吹罐；加濕控制原則回收煤氣前期可加濕平衡理燃，理論燃燒溫度小于2 300 ℃，減少風(fēng)口破損，煤氣放散或者料線降到爐身下部停止加濕，減少煤氣H2含量，手動閥關(guān)閉；風(fēng)溫控制原則總體控制在1 100 ℃～800 ℃之間，根據(jù)爐溫狀況進(jìn)行調(diào)整，總體使用原則是逐步降低風(fēng)溫使用，停止噴煤后，風(fēng)溫<1 050 ℃，料線降到爐腰后風(fēng)溫<950 ℃，降到爐腹后，風(fēng)溫按800 ℃～850 ℃控制。

3 高效、低排放空料線停爐技術(shù)應(yīng)用效果

(1)本次降料面自27日9:00開始，28日2：00結(jié)束，歷時(shí)17 h，成功降料面降至風(fēng)口下沿，料面中心僅有直徑4 m，高度2 m左右的凸起焦堆，實(shí)現(xiàn)了高效、安全將料面降至指定位置，減少了爐缸殘料扒除量。整個(gè)降料面期間高爐未出現(xiàn)一次大的爆震，僅僅料面在爐腹時(shí)有3次頂壓上升低于9 kPa的小爆震。

(2)本次降料面前期快、中期穩(wěn)定、后期慢，鑒于環(huán)保的特殊要求，采取了保護(hù)氣安全停爐技術(shù)，并量化爐頂打水控制保持合理頂溫，全過程未發(fā)生一次大的爆震。爐頂放散時(shí)間大大縮短，達(dá)到了安全、環(huán)保停爐要求。與同高爐以往降料面相比，料線深度多降了1.6 m，對空放散時(shí)間減少200 min，占比40%，對比情況見表4。

4 結(jié)語

邯鋼8號高爐對壓減降料面放散時(shí)間的技術(shù)應(yīng)用深入分析，通過打水量核算和均勻打水、細(xì)化風(fēng)水匹配、制定各階段風(fēng)氧使用細(xì)則、開發(fā)使用保護(hù)氣技術(shù)、憋壓出鐵等技術(shù)綜合運(yùn)用，保證了降料面期間安全、平穩(wěn)，延長了煤氣回收時(shí)間，降低了爐缸殘料扒除工作量，取得了較好效果。

表4 8號高爐兩次降料面放散時(shí)間對比

[1] 郭燕昌,金鎮(zhèn).高爐停爐過程中煤氣成分的變化規(guī)律[J].煉鐵，1995(5)：46～48.

[2] 張賀順,馬洪斌,任建.首鋼高爐降料面停爐技術(shù)的定量化分析[J]，鞍鋼技術(shù)，2011(1)：48～51.

[3] 朱仁良.寶鋼大型高爐操作與管理[M].北京冶金工業(yè)出版社，2015：356～360.

APPLICATIONOFHIGHEFFICIENCYANDLOWEMISSIONSHUTDOWNTECHNOLOGYINNO.8BFOFHANSTEEL

Huo Hongyan Gao Yuan Zhou Xiaojun Wu Dongguang

(HBIS Group, HanSteel Company)

2017—5—5

聯(lián)系人：霍紅艷，大學(xué)，助理工程師，河北.邯鄲(056003)，河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼煉鐵部生產(chǎn)技術(shù)科；