降低高炉工序能耗实践

摘 要：主要通过某钢铁厂一号高炉的生产实践，在维持高炉炉况稳定顺行的前提下，通过增加高炉鼓风量和富氧量，提高高炉鼓风动能，提高BFG生成量来降低高炉工序能耗。

关键词：炉腹煤气量；鼓风动能；工序能耗

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2013）15-0185-02

1 概述

高炉炼铁是高能耗、高资源消耗型的生产单元。随着炼铁原燃料价格的不断上涨，高炉炼铁成本也在不断上涨；特别在受2008年底席卷全球的金融危机影响下，钢铁企业正面临更加严峻的生产经营形势。高炉的“节能、降耗、减排”是目前炼铁工艺的重中之重。目前，炼铁系统的能源消耗占整个钢铁厂总能耗的70%左右，而高炉炼铁工序能耗占总能耗的48%～58%，因此如何降低高炉工序能耗是我们亟须解决的问题。在高炉工序能耗中，支出项主要是焦炭和煤粉；回收项主要是高炉煤气和余压发电等回收的能量。

因此，通过分析影响BFG发生量的因素，找出提高BFG发生量的措施，可以降低高炉工序能耗。

2 影响BFG发生量的因素

2.1 炉腹煤气量的概念

从影响BFG发生量的因素分析，高炉煤气发生量主要来自炉腹发生的煤气。炉腹煤气的发生量基本来自焦炭煤粉的燃烧。炉腹煤气的发生量与多种因素有关。在正常高炉生产中，一般都采用喷煤降焦比的生产方式，可采用下式简便计算炉腹煤气量VBG：

通过上式，并结合一号高炉的气流分布状况，应采取提高鼓风量和富氧量的措施。这样既能提高BFG发生量，降低工序能耗，又能提高鼓风动能，吹透中心。

2.2 鼓风动能的概念

鼓风动能是指高炉某一风口单位时间内鼓风所具有的能量，其大小表示鼓风克服风口前料层阻力、向炉缸中心穿透的能力。鼓风动能如果过小，就会导致气流吹不到炉料中心，容易造成炉缸堆积，炉缸的热均性、死料柱的透气性和透液性变差，铁水环流加剧，渣铁不易出尽，难以打泥封堵铁口，冷却壁温度上升、炉芯温度下降，炉缸侵蚀严重，使炉龄降低。合理的鼓风动能，对高炉的炉况顺行十分重要。

现今新建高炉发展趋势为大型化，故炉缸直径较大，对鼓风动能的要求也在不断提高，以保持良好的炉缸工作状况。而新开炉的一号高炉炉缸直径较大，达14.5米，鼓风动能不能过低，以免出现中心吹不透的情况。如果不考虑喷吹燃料在风口内的气化及燃烧，鼓风动能的计算公式如下：

2.3 影响鼓风动能的因素

（1）富氧率。理论上，富氧率越高，鼓风动能越小。同样冶炼强度下，高炉富氧时，氧气加快了风口前端焦炭、喷吹煤粉的燃烧速度，减少了鼓风的冲击力，因而鼓风动能减小。但高炉实际生产时，一般不是单纯提高富氧率，而是在提高富氧率的同时，往往伴随着风量的变化，而鼓风量对鼓风动能的贡献更大，因此，实际生产出现的反而是同向对应关系。

（2）高炉鼓风量。上式中，鼓风量值最大，同时又与鼓风动能成三次方关系，因此，它对鼓风动能影响是最大的；同时，由三次方函数的特点可知：鼓风量增加时，鼓风动能增大，并且随鼓风量的增加，鼓风动能的增幅逐步减小；当鼓风量减小时，鼓风动能减小，并且随鼓风量的减小，鼓风动能的迅速减小。当然，鼓风量增加，风压也会增加，但其幅度远小于风量的影响。

（3）鼓风温度、湿份。风温、湿份通过对鼓风体积的影响而间接影响鼓风动能。同样鼓风量，风温增加，鼓风体积膨胀，鼓风动能增大；而湿份可导致鼓风含氧量的变化，计算表明，1kg湿份相当于干风2.963。由上式可以看出，鼓风动能与鼓风温度成二次方关系，与鼓风湿份成二次方倒数关系，但由于高炉风温一般>800℃，而湿份一般

（4）风口面积。同样鼓风条件下，风口总面积越大，单位时间内风口截面通过的风量越少，也即平均鼓风速度越低，鼓风动能就越小。

（5）燃原料条件。在送风条件一定的条件下，高炉燃原料冶金性能越好，则高炉透气性越好，风压越低，气流越易扩散，鼓风动能越大；反之则鼓风动能越小。当燃原料条件达到一定标准时，它对鼓风动能的影响不明显。

（6）喷吹燃料及燃烧率。上式没有考虑喷吹燃料在风口内的气化及燃烧。理论上认为：高炉喷吹燃料时，约有25%～40%的燃料在风口内燃烧，喷吹燃料气化、分解使理论燃烧温度降低的同时，燃烧产生大量气体，增加炉腹煤气量，放出大量热，使鼓风体积膨胀。喷吹燃料越多，燃烧率越高，炉腹煤气量越多，鼓风动能越大。但从1BF实践看：大喷煤后，大部分煤粉在靠近风口处燃烧，风口循环区变短，主要表现为边缘气流发展，冷却壁热负荷增加，而中心略显不足，也即实际鼓风动能反而有降低趋势。

（7）炉顶压力影响。在风量一定时，增加炉顶压力，则相应风压升高，煤气流速亦降低，鼓风动能降低；反之，则鼓风动能增加。

（8）装入制度。焦炭、矿石装入炉内的批重、料线、布料模式等称为高炉的装入制度，它是高炉上部调剂的手段。上部调剂主要通过影响煤气流的二次分布、三次分布和软融带的位置、形状而对下部调剂产生影响。

3 高炉操作实践

从主要因素分析可以看出，目前一高炉风温、湿分、富氧率基本稳定，风温一般维持在1250度，湿分一般在大气湿度基础上留出2～4g余地，富氧率3%～4%左右；风口面积只有在临时休风或者定修时才可以改变，但目前高炉定修周期一般在3个月左右，可以调剂的灵活性不够；顶压一般维持在250KPA左右；批重、料线、布料模式对于一高炉来说在经过长时间摸索后，批重基本维持在140t左右，料线在0.8米左右，档位调整幅度较小，同时，上部调剂也会对鼓风动能产生一定影响，二者相互影响。总之，以上因素对于鼓风动能的影响可以看成稳定的。

从入炉原燃料条件看，由于上游大宗原燃料价格大幅度上涨，原燃料理化性能劣化，从操业实绩看，在目前的原燃料条件下，提高矿焦比、PCR来提高鼓风动能，降低工序能耗存在一定的难度。只有适当提高鼓风动能以吹透中心，才能利于其他操业指标的改善。因此，自2月中旬开炉起，结合炉况，采取加大风量操业实践（见图1）。

同时，跟踪大风量操业方针效果、炉腹煤气量变化，对于实行大风量操业，风量在6900M3/MIN左右；同时，考虑到风压压差变化制定应对预案，ΔP≯190kPa，超过制限可早让风100～300m3/min，TP连续冒尖，或BP急拐也要及时让风200～500m3/min；TP冒尖时，及时调整，防止放散阀冲开。FR按485±2kg/t-p左右控制，PT：1515±5℃，[SI]0.35±0.05%参考，C/S：1.22±0.02，（Al2O3）≤152%；强化出铁，45分钟见渣，掌握好开口时机，先开后堵，小喷堵口，打泥400公斤控制，确保打泥量。

4 效果

通过采取大风量操作，选择合适的风量，氧量。一号高炉在4-7月份炉况稳定、顺行。获得了良好的技术经济指标，如FR（燃料比）、[Si]（铁水含硅量）、ηCO（煤气利用率）、成本、BFG发生量都得到了提高。也就使高炉工序能耗得到了降低，见下图：一号高炉4-7月份气流分布趋势图、BFG趋势图。

较大的风量、氧量，对应的合适的鼓风动能，将使煤气在整个炉缸圆周截面上的分布更加均匀合理，炉缸热均性、死料柱的透气、透液性改善，测壁温度稳定，炉芯温度上升，炉缸工作就更加活跃。铁口打泥良好，渣铁易出尽，铁次稳定，重叠减少（见图4）。

5 结论

（1）气流分布对高炉生产稳定顺性十分重要，而鼓风动能对风口前燃烧带的大小、炉缸初始煤气流分布、炉温的分布和炉料下降都有较大的影响，鼓风动能合适与否，对整个高炉的稳定顺行有着基础性的重要意义。鼓风动能合适，则初始煤气流分布合理，燃烧带大小、形状得当，再配合相应的布料调节，使二次气流的分布也趋于合理。

（2）一号高炉通过鼓入较大的风量实践，获得较大的炉腹煤气量，提高了BFG生成量。合适的气流条件，将高炉的透气性、热负荷、下料、软融控制在适合生产的状态中，使得高炉工序能耗得到了降低，节约了成本，最终获得良好的技术经济指标。

参考文献

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[3]项钟庸，王筱留等.高炉设计—炼铁工艺设计理论与实践[M].北京：冶金工业出版社，2007，1.