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鞍钢高炉煤粉喷吹氮气回收技术的开发与应用

王振东，马克，王安嘉

(鞍钢股份公司炼铁总厂， 辽宁省 鞍山 114021)

摘 要：国内现有高炉煤粉氮气回收技术均采用三罐并列式喷吹工艺，此种技术初始设计要求高，模式十分固定，可参考借鉴性差，无法被国内各大钢铁厂改造利用。本文通过对鞍钢高炉煤粉喷吹氮气回收技术进行阐述，旨在对鞍钢氮气回收技术的开发与应用进行全面介绍，并提出氮气回收技术的改进方向。

关键词：鞍钢；煤粉喷吹；氮气；回收；节能

技术背景

国内大型钢铁厂煤粉工艺中主要的氮气回收技术是采用并列3罐式单管路加分配器技术。此种技术能够在单罐喷吹结束后将喷吹罐内的一半氮气回收至等待充压的喷吹罐内，以此节约大量氮气。但此种工艺需要在设计初期就将喷吹工艺设计为三罐并列式喷吹形式[1]，受初始设计影响大，因此很难被各大钢铁厂借鉴利用。鞍钢煤粉作业区根据2个喷吹罐均压回收一半氮气的工作原理，结合自身工艺特点，在现有的喷吹工艺基础上大胆创新，设计出一套适合多系列并罐喷吹工艺的氮气回收技术。

1 喷吹工艺简介

鞍钢二制粉负责为新4#高炉和新5#高炉两座容积为2580m³高炉喷吹煤粉，设计小时最大喷吹煤量60t/h，最大煤比220kg/t。单座高炉喷吹系统采用4罐并列双主管加双分配器的直接喷吹工艺，两个分配器分别对应15根支管，所有支管采用等长设计，配合阻损补偿技术，确保炉前喷吹均匀。煤粉主管采用变径技术和分级补气的技术，有效保证小时煤量。

喷吹罐采用上出料方式，单个喷吹罐有效容积19.5m3，最大装载煤粉量10t，倒罐周期12~25分钟。喷吹罐充压、补压及流化均采用氮气，系统喷吹风、吹扫风采用压缩空气[2]。系统设计400m3氮气球罐，避免管道氮气压力波动对喷吹产生影响影响。整个喷吹流程采用人工计算机操作，岗位根据高炉煤量需求，在0.6~0.9MPa调节喷吹压力，并根据喷煤速度调节喷吹风量，改变风粉固气比，以此完成准确喷吹。工艺流程如图一所示。

E-1煤粉仓；E-2喷吹罐；E-3 分配器；V-1补压阀；V-2充压阀；V-3球阀；V-4放散阀；V-5喷吹罐流化阀；V-6 底部流化阀；V-7切断阀；V-8 喷吹风阀。

图1 喷吹系统工艺流程图

2 氮气回收工艺设计

鞍钢二制粉系统共有8个并列的喷吹罐组，其中4个负责为新4#高炉喷煤，另外4个为新5#高炉喷煤。根据此设备布局，设计以下氮气回收方案。

在每个喷吹罐至放散阀的管道上加装分支管道，在分支管道上安装一个切断阀（如图2中V-1阀），然后利用一根通用管道将8个切断阀的出口管道联通在一起，并且在新4#高炉与新5#高炉卸压联通管道中间加装一个联络阀。此种设计方案相当于将8个喷吹罐全部并联起来，理论上每个喷吹罐都可以根据实际情况为其余7个罐组充压。

实际运行中，通常情况下1#-4#罐组有2个罐组为新5#高炉喷煤，5#-8#罐组为新4#高炉喷煤。以1#罐为新5#高炉单系列喷煤，3#罐为新5#高炉双系列喷煤，5#罐为新4#高炉单系列喷煤，7#罐组为新4#高炉双系列喷煤为例，当1#罐组喷煤结束后，就可以为4#、6#、8#罐组中的任何一个喷吹罐充压，即该喷吹罐可以给除本系列外其余三个系列中任意一个等待充压的喷吹罐充压，而此3个等待充压的喷吹罐的本质相当于三罐并列喷吹系统中的3个“第三个喷吹罐”，充分利用了设备布局，极大的提高了系统的回收氮气的灵活性。具体氮气回收工艺流程见图2。

V-1—V-8 卸压阀；V-9 联络阀 ；V-10—V-17 放散阀。

图2 氮气回收工艺图

3 氮气回收工艺操作流程

3.1  氮气回收充压原则

为了便于岗位操作以及充分的回收剩余氮气，在回收喷吹罐内氮气时采取“就近原则”，即卸压时以本高炉系统内喷吹罐为首选，如果本高炉内没有合适的充压罐组，再打开联络阀为另一个高炉系统喷吹罐组充压。

3.2  操作流程

当一个喷吹罐喷煤结束后，操作人员选择合适的待充压喷吹罐，先将该待充压罐组对应的卸压切断阀开启，然后开启待卸压喷吹罐的卸压切断阀开始充压过程。当两个罐组压力基本持平后，先关闭待充压喷吹罐的卸压切断阀，然后关闭待卸压喷吹罐的卸压切断阀，再开启待充压喷吹罐的充压阀，将压力充到设定值。与此同时，开启待卸压喷吹罐的放散阀，就剩余氮气通过布袋放散至大气中，完成整套氮气回收流程，如图3所示。

图3 氮气回收工艺操作流程图

3.2.1  单系统一对一回收方式

在各自的高炉喷吹系统内实现剩余氮气回收，二制粉有两个高炉喷吹系统，每个系统4个喷吹罐，有两个处于工作状态，有两个处于等待状态。当其中一个罐喷吹结束后，将此喷吹罐内的高压氮气“就近”卸压到同高炉系统喷吹罐内。实现氮气回收后，关闭相应的卸压切断阀，然后再进行正常喷吹操作。在一般情况下，此方式为首选，气体回收距离较近，回收率较高，而且更便于操作人员作业。

3.2.2  双系统一对一回收方式

如果处于工作状态的喷吹罐需要卸压时，本高炉系统无等待充压喷吹罐，而另一高炉系统喷吹罐有等待充压喷吹罐，岗位可以开启两个高炉喷吹系统联络阀门，然后开启需要充压的罐组的切断阀进行回收氮气。待回收氮气完毕后，先关闭充压喷吹罐的切断阀，再关闭两个高炉喷吹系统的联络阀，最后关闭卸压喷吹罐的切断阀，完成整个氮气回收过程。

3.2.3  双系统二对二回收方式

如果系统中有两个喷吹罐需要卸压，有两个喷吹罐处于等待充压状态，系统可以进行两个喷吹罐同时放压，用另两个喷吹罐同时进行氮气回收，实现双系统二对二并行回收，进一步节省氮气回收时间。

表1  工艺改造设备材料统计表

4 系统运行情况与效益计算

系统运行方面，该氮气回收工艺自投入使用至今运行情况良好，系统回收氮气灵活性高，容错性强，阀体动作无卡阻，卸压过程流畅。同时，由于工艺设计简洁，管线走向设计正确，涉及阀体较少，因而设备故障率极低。

系统创造效益方面，二制粉单座高炉喷吹系统有4个喷吹罐，按高炉喷吹煤量40t/h计算，喷吹罐压力需设定为0.8Mpa，单个喷吹罐有效容积20m³，每罐装10吨煤，则每小时4个喷吹罐需各倒罐一次。本氮气回收工艺每次倒罐节约一半充压氮气用量，实际回收过程中有氮气损耗，因而利用系数取0.85。因此，单座高炉每天节氮量为：

20×0.8×10×4×0.5×0.85×24=6528m³

二制粉对应两座高炉，则二制粉全天节约氮气量约为13000m³。

若氮气单价按0.3元/m³计算，则二制粉全天节约成本3900元，全年节约成本140余万元，降本增效成果显著。

图4 喷吹罐卸压时压降与时间变化关系            图5 喷吹罐压与卸压时间关系

5 总结与改进方向

该项技术克服了喷吹工艺设计对氮气回收技术的制约，结合鞍钢煤粉喷吹工艺设备现状，创新性的采用了多罐组并联，极大的提高了系统卸压的灵活性和容错性，实际生产中运行情况很好，具有很高的推广价值。

改进方向

由于卸压时氮气中夹带煤粉，对管道弯头冲刷效应大，弯头磨损率较高。在今后的运行过程中，作业区利用高炉年修机会重新优化管道走向，最大程度减少管道上的直角弯，并加大转角处的管道厚度，以增强管道耐磨性，提高设备运转寿命。

参考文献：

[1]吉永业,兑关镇.太钢1800m³高炉喷煤系统设计及运行[J].山西冶金,2009(5)：36-38.

[2]叶才彦.高炉喷煤浓相输送技术的探讨[J].钢铁研究.1995(3)：7-12.