我國鋼鐵企業(yè)煉鐵高爐現在運行的熱風(fēng)爐絕大部分都是用高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)進(jìn)行充壓換爐，在真實(shí)的操作中，當打開(kāi)充壓（均壓）閥時(shí)，高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)壓將突然降低，會(huì )造成高爐風(fēng)壓、風(fēng)量、爐內氣流、透氣性指數、爐頂壓力等指標波動(dòng)，影響高爐爐況穩定，這會(huì )導致高爐能耗增加、產(chǎn)量降低，同時(shí)也會(huì )降低熱風(fēng)爐風(fēng)溫和縮短常規使用的壽命。河南省豫興熱風(fēng)爐工程技術(shù)有限公司（下文簡(jiǎn)稱(chēng)豫興公司）自主創(chuàng )新研發(fā)的專(zhuān)利技術(shù)——一種使用獨立供風(fēng)系統的無(wú)波動(dòng)換爐技術(shù)及其方案，經(jīng)過(guò)高爐生產(chǎn)實(shí)踐證明，這種無(wú)波動(dòng)換爐技術(shù)能穩定高爐爐況、增加產(chǎn)量、提升熱風(fēng)爐風(fēng)溫、穩定熱風(fēng)爐熱負荷、延長(cháng)熱風(fēng)爐壽命，增加鋼鐵企業(yè)利潤，擁有非常良好的節能增產(chǎn)效果。

  在煉鐵高爐生產(chǎn)實(shí)踐中，采用最廣泛的方法是把高爐鼓風(fēng)機鼓出的風(fēng)鼓入高溫蓄熱的熱風(fēng)爐蓄熱體進(jìn)行換熱，再將高溫熱風(fēng)鼓入高爐進(jìn)行冶煉。實(shí)踐證明，鼓入風(fēng)溫越高節省的焦炭越多，節能增產(chǎn)的效果就越好，因此高風(fēng)溫一直是高爐工作者的追求。蓄熱式熱風(fēng)爐就是為高爐提供持續、穩定高風(fēng)溫的關(guān)鍵設備。實(shí)踐中高爐熱風(fēng)爐常用的配置及運行方式主要有2種：即配置3座熱風(fēng)爐實(shí)施兩燒一送，配置4座熱風(fēng)爐實(shí)施兩燒兩送。其運行方式由燃燒轉換為送風(fēng)過(guò)程必然有一個(gè)換爐環(huán)節。換爐前蓄熱（燃燒）的熱風(fēng)爐爐內壓力為低壓（微正壓），而熱風(fēng)主管、冷風(fēng)管道內則是高壓（壓力在 0.4MPa~0.5MPa）；冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥靠熱風(fēng)爐側為低壓，靠近熱風(fēng)主管、冷風(fēng)管道側為高壓，這樣就會(huì )造成冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥兩側壓力相差幾十倍，沒(méi)辦法打開(kāi)，因此必須對蓄熱（燃燒轉送風(fēng)）的熱風(fēng)爐進(jìn)行高壓充壓，使冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥兩側的壓力相等，冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥才能打開(kāi)進(jìn)行換爐送風(fēng)。中國鋼鐵企業(yè)現在運行的熱風(fēng)爐絕大部分都是用高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)進(jìn)行充壓，在實(shí)踐操作中當打開(kāi)充壓（均壓）閥時(shí)，由于均壓時(shí)分流了部分鼓風(fēng)機冷風(fēng)，又因熱風(fēng)爐的容積較大，使高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)壓突然降低，會(huì )造成高爐風(fēng)壓、風(fēng)量、爐內氣流、透氣性指數、爐頂壓力等指標波動(dòng)，這樣對高爐的穩定運行造成破壞。為降低波動(dòng)，有的采用高爐鼓風(fēng)機風(fēng)量預留15%~25%的富余量用于充壓；有的將高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)均壓閥門(mén)開(kāi)小，以小流量進(jìn)行均壓，這種操作均壓時(shí)間很長(cháng)，雖然波動(dòng)減小，但是縮短了熱風(fēng)爐的有效燒爐時(shí)間，降低了熱風(fēng)爐的使用效率。

  一是利用高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)進(jìn)行充壓換爐會(huì )影響高爐爐況，降低高爐產(chǎn)量，增加消耗。高爐在正常運行時(shí)，會(huì )形成塊狀帶、軟熔帶、滴落帶、風(fēng)口帶等五帶。其中軟熔帶對冶煉過(guò)程最為關(guān)鍵，也是影響高爐爐況順行和高產(chǎn)低耗的關(guān)鍵。若不采用其他技術(shù)措施，而在高爐滿(mǎn)負荷生產(chǎn)的條件下對熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓，高爐鼓風(fēng)壓力會(huì )產(chǎn)生60kPa以上的壓力降，這種壓力降會(huì )破壞高爐內W型或倒V型軟熔帶，高爐一定要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運行才能形成新的W型或倒 V型軟熔帶，如此必然會(huì )增加高爐消耗，降低高爐產(chǎn)量。

  二是采用將高爐鼓風(fēng)機留出12%以上富余量，以降低換爐時(shí)對高爐爐況的波動(dòng)。以河北某廠(chǎng)1號高爐為例，正常生產(chǎn)時(shí)鼓風(fēng)量為5250Nm3/min，風(fēng)量富余率13%，則高爐鼓風(fēng)機風(fēng)量為 6000Nm3/min，風(fēng)壓為440kPa，鼓風(fēng)機需配電機38000kW，實(shí)踐操作中60分鐘換一次爐。高爐鼓風(fēng)機配有變頻器（理論富余量節電率為40%），則每小時(shí)鼓風(fēng)機電機將浪費2964kWh的電能，實(shí)踐中變頻器基本達不到節電40%的目標，因此實(shí)際浪費的電能將超過(guò)3000kWh。即便如此，該廠(chǎng)1號高爐在充壓3分鐘時(shí)，高爐風(fēng)壓依然降低了26kPa，還會(huì )對高爐爐況產(chǎn)生較大影響，如果要逐步降低這種影響就必須進(jìn)一步提升鼓風(fēng)機富余量，浪費的電量也將會(huì )更多。

  三是均壓換爐時(shí)間受高爐值班室限制。由于高爐生產(chǎn)的全部過(guò)程中要求風(fēng)量和風(fēng)壓處于相對來(lái)說(shuō)比較穩定狀態(tài)，因此熱風(fēng)爐換爐操作受到高爐值班室的嚴控，操作人員在進(jìn)行熱風(fēng)爐換爐操作前需發(fā)一信號至高爐和燃氣部門(mén)，得到認可后才可以進(jìn)行。工作人員在進(jìn)行換爐操作時(shí)需按照既定程序根據每次換爐時(shí)的不一樣的情況準確控制多個(gè)閥門(mén)的開(kāi)合程度，包括調節風(fēng)機靜葉開(kāi)度、調節均壓閥開(kāi)度、觀(guān)察熱風(fēng)爐內壓力變化控制充壓時(shí)間、開(kāi)關(guān)冷熱風(fēng)閥門(mén)等多個(gè)步驟以完成換爐操作。

  四是容易造成設備故障。一方面均壓時(shí)風(fēng)機負荷提升，容易對機械及電氣系統造成沖擊，造成電網(wǎng)波動(dòng)；另一方面換爐操作時(shí)需頻繁調整靜葉和防喘閥，造成靜葉磨損大和防喘閥易損壞，影響高爐生產(chǎn)，在出鐵前換爐還會(huì )造成風(fēng)口倒灌事故。

  為克服上述熱風(fēng)爐換爐技術(shù)的弊端，豫興公司研發(fā)了“一種熱風(fēng)爐無(wú)波動(dòng)換爐高效轉化裝置及操控方法”的專(zhuān)利技術(shù)專(zhuān)利號為CN0.7）。該技術(shù)使用一套獨立的供風(fēng)系統，由獨立的高壓氣罐、空壓機、調壓閥組及相關(guān)管道閥門(mén)組成。采用這種換爐技術(shù)，熱風(fēng)爐換爐充壓不用高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)，而另加一臺空壓機對熱風(fēng)爐進(jìn)行充壓，空壓機的風(fēng)與鼓風(fēng)機的風(fēng)同屬壓縮空氣，充壓介質(zhì)的性質(zhì)沒(méi)發(fā)生改變。改造時(shí)，只需將壓縮空氣管連接在冷風(fēng)支管上（冷風(fēng)閥與熱風(fēng)爐之間），原管道及系統不做調整，在管道上增加一個(gè)液動(dòng)或氣動(dòng)閥門(mén)，即可滿(mǎn)足用壓縮空氣進(jìn)行充壓的要求，熱風(fēng)爐原工藝不做改變。

  這種無(wú)波動(dòng)換爐技術(shù)除了換爐時(shí)不引起高爐鼓風(fēng)壓力波動(dòng)外，還具有以下特點(diǎn)：

  一是可避免風(fēng)口倒灌。采用高爐鼓風(fēng)機的風(fēng)充壓換爐會(huì )引起高爐鼓風(fēng)爐壓突然降低，如果鐵水罐不到位，高爐快出鐵時(shí)，爐壓突然降低會(huì )引起風(fēng)口倒灌，因此目前熱風(fēng)爐換爐必須受高爐值班室控制。如采用無(wú)波動(dòng)換爐后，熱風(fēng)爐換爐時(shí)不可能會(huì )引起高爐熱風(fēng)壓突然降低而保持無(wú)壓力波動(dòng)狀態(tài)，從而避免風(fēng)口倒灌事故的發(fā)生。

  二是可實(shí)現全自動(dòng)無(wú)人操作，穩定熱風(fēng)的熱負荷，延長(cháng)熱風(fēng)爐壽命。采用無(wú)波動(dòng)換爐后，熱風(fēng)爐換爐不可能會(huì )引起高爐爐壓波動(dòng)，熱風(fēng)爐保證高爐的風(fēng)溫即可?；祜L(fēng)調節閥和風(fēng)量調節閥可以由高爐值班室直接控制。熱風(fēng)爐能采用定時(shí)或定溫全自動(dòng)換爐，因此熱風(fēng)爐可實(shí)現全自動(dòng)無(wú)人操作。熱風(fēng)爐如能保證按時(shí)換爐，也就穩定了熱風(fēng)的熱負荷。比如高爐要求1250℃的風(fēng)溫，拱頂溫度燒到1350℃，開(kāi)始送風(fēng)時(shí)混風(fēng)閥自動(dòng)開(kāi)大，保證1250℃的風(fēng)溫，在運行中混風(fēng)閥自動(dòng)關(guān)小，當混風(fēng)閥全關(guān)閉而不能夠滿(mǎn)足1250℃的風(fēng)溫時(shí)將自動(dòng)換爐。這確保了送風(fēng)末期1250℃風(fēng)溫底溫，不會(huì )發(fā)生延時(shí)換爐把底溫降低到1200℃甚至更低的情況。因此無(wú)波動(dòng)換爐穩定了熱風(fēng)的熱負荷，延長(cháng)了熱風(fēng)爐壽命。

  三是可以提高風(fēng)溫。對于滿(mǎn)負荷的高爐，原來(lái)的換爐技術(shù)換爐充壓會(huì )占用13分鐘~15分鐘，縮短了熱風(fēng)爐燒爐時(shí)間，也就降低了其蓄熱能力。采用無(wú)波動(dòng)換爐后，能延續燒爐時(shí)間，或適當縮短送風(fēng)時(shí)間，可提高送風(fēng)溫度。

  四是可以提高產(chǎn)量。采用無(wú)波動(dòng)換爐后爐況穩定順行，可以增產(chǎn)降耗。對于已建成的高爐，如果已滿(mǎn)負荷運行，采用無(wú)波動(dòng)換爐后可將高爐鼓風(fēng)機用于向熱風(fēng)爐充壓的風(fēng)用于煉鐵，充壓使用的風(fēng)量與熱風(fēng)爐的大小、熱風(fēng)爐的座數有關(guān)，一般可增產(chǎn)0.3%~0.5%。對于預留鼓風(fēng)機風(fēng)量富余 15%~25%的高爐，采用無(wú)波動(dòng)換爐后可實(shí)現滿(mǎn)負荷運行，產(chǎn)量可提高15%~25%。

  五是無(wú)波動(dòng)換爐能夠更好的降低投資。對于新建高爐采用無(wú)波動(dòng)換爐，可采用滿(mǎn)負荷設計，高爐風(fēng)機可不留15%~25%的充壓富余量，可選用小一號的鼓風(fēng)機，其設備投資在扣除空壓機費用后，可減少10%以上投資。以河北縱橫豐南1號高爐為例，原方案裝機容量為38000kW，若使用無(wú)波動(dòng)換爐技術(shù)裝機容量?jì)H需33650kW。這樣加上變頻器等配套設備，新方案可節約投資11%以上。

  山西呂梁建龍實(shí)業(yè)有限公司煉鐵廠(chǎng)（下文簡(jiǎn)稱(chēng)呂梁建龍）1800m3高爐及其配套的3座熱風(fēng)爐，在采用無(wú)波動(dòng)換爐系統后，換爐時(shí)間從18分鐘縮短到5 分鐘，風(fēng)溫從1170℃提高到1210℃，高爐爐況運行數據曲線(xiàn)得到全面改善，生鐵質(zhì)量得到明顯提高，每年可增加利潤1000余萬(wàn)元：一是呂梁建龍采用無(wú)波動(dòng)換爐后，延長(cháng)燒爐時(shí)間，可提高風(fēng)溫 20℃，降低焦比0.5%，以目前燃料比520千克/噸計算，燃料比可降低2.6千克/噸；高爐以日產(chǎn)4500噸計，日節焦11.7噸，年節焦4095噸，以焦炭?jì)r(jià)格為2500元/噸計，一年節約焦炭?jì)r(jià)值1023.75萬(wàn)元。二是利用壓縮空氣代替熱風(fēng)爐冷風(fēng)均壓，相當于高爐增加了風(fēng)量，每日可增加生鐵產(chǎn)量44噸，每年可增鐵15400噸，生鐵利潤按照150元/噸，每年增產(chǎn)生鐵利潤為231萬(wàn)元。三是使用壓縮空氣進(jìn)行均壓，每次均壓需要壓縮空氣1600立方米，壓縮空氣成本為0.1元/立方米。每次均壓成本為160元，40分鐘換爐，每年壓縮空氣費用為201.6萬(wàn)元。每年利潤合計為1053.15萬(wàn)元，因此，呂梁建龍工程投資（利舊空壓站）回收期僅需4個(gè)月。

  實(shí)踐證明：采用獨立空壓機充壓的無(wú)波動(dòng)換爐技術(shù)，能夠盡可能的防止高爐爐況波動(dòng)，縮短充壓時(shí)間，提高風(fēng)溫，降低能源消耗，提高生鐵質(zhì)量和生鐵產(chǎn)量；同時(shí)熱風(fēng)爐換爐不受高爐值班室限制，可按時(shí)或按溫度換爐，穩定了熱風(fēng)爐熱負荷，延長(cháng)熱風(fēng)爐壽命。山西呂梁建龍無(wú)波動(dòng)換爐技術(shù)實(shí)踐取得了巨大的經(jīng)濟效益，證明此技術(shù)是一項可行、可推廣的節能增產(chǎn)的好技術(shù)。（劉力銘 劉力源 符政學(xué) 艾水生）

  圖為豫興公司為中鐵裝備公司的3X2500m3高爐熱風(fēng)爐無(wú)波動(dòng)換爐裝置配套的儲氣罐設備。

  圖為由豫興公司建設的遼寧鞍山寶得鋼鐵公司1080m3高爐熱風(fēng)爐無(wú)波動(dòng)換爐裝置配套的儲氣罐設備。

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