1 前言

   随着炼铁事业的发展，高炉各项指标不断进步。燃料消耗降低的空间越来越小，高炉辅助系统的动力介质消耗在成本控制中越来越突出。因此，在能源紧张的形势下，提高热风炉系统能源利用率，降低能源损失对炼铁工序节能降耗也极为重要。如热风炉烟道的烟气温度为300-400℃，烟气量很大，携带的热量相当可观，所以高炉热风炉余热回收在节能减排方面具有重大意义。

   2 承钢3号高炉热风炉节能环保技术的应用

   2.1 细化煤气预热器在生产中的使用，提高煤气预热器的热效率

   增加煤气预热器前，3号高炉热风炉煤气温度在26℃左右，造成煤气中水分大，热风炉难烧，煤气切断阀侵蚀严重。根据现场实际情况，在3号高炉安装使用煤气预热器。

   增加煤气预热后，消除了煤气中水分对煤气切断阀的侵蚀及因水分过多造成热风炉燃烧困难的现象，延长烧嘴的使用寿命。但煤气预热器在使用过程中存在一定的问题，主要是因为煤气温度提高后，理论燃烧温度升高，煤气燃烧的反应激烈程度增大、火焰长度发生变化，严重的燃烧脉动可能会导致炉顶裂缝和炉墙开裂。因此在煤气预热器使用初期，煤气预热温度从低到高逐渐提高，摸索出合适的煤气预热温度。具体的煤气预热温度及煤气消耗见表1。

   遵循节能降耗的原则，3号高炉增加煤气预热后，停用2座预热炉后，每天煤气消耗降低23万m³，而风温稳定在1200℃左右，烟气余热回收利用效果显著。

   2.2 优化热风炉烧炉，实现更加科学合理的烧炉

   第一步：优化传统的烧炉方法，充分利用助燃风机能力的富余，自动调整空煤比，实现科学合理快速烧炉。

   按高炉所需风温经过计算，设定合理的拱顶温度，调整烟道温度，进行快速烧炉操作。即缩短升温期，控制升温期时间由20-25min降低为6-10min，并且热风炉针对不同的煤气压力通过调整掺混转炉煤气比例、煤气预热温度、固定煤气量、自动调节空气量的方法，进行合理快速的烧炉。对比在一定煤气压力下，传统手动调整空煤比烧炉与自动调整空煤比快速烧炉的煤气实际消耗情况（手动调整空煤比实际消耗统计：煤气消耗543136m³，空气消耗451264m³；自动调整空煤比实际消耗统计：煤气消耗509608m³，空气消耗441584m³）可知，固定煤气、自动调整空煤比方法烧炉节省煤气33528m³，节省空气9680m³。因此，在煤气压力较稳定的条件下，固定煤气、自动调整空煤比快速烧炉方法既可以节约煤气、降低成本，还能在煤气压力较低的情况下提供较高风温。

   第二步：进一步优化烧炉操作，取消手动燃烧操作控制，将烧炉建立数学模型，并对基础自动化系统进行燃烧控制优化。将操作画面增设切换按钮，可将手动操作切换至优化烧炉控制，设定烧炉参数（风温、烧炉时间、烟气温度、拱顶温度），启动优化烧炉程序，系统会根据热风炉状态自行调整煤气消耗量，并将风煤比值调整到最佳。

   ①手动操作改为优化智能控制。②数据优化控制通过数据采集处理，在燃烧过程不断采集数据并建立数据库，使用智能控制技术，实现优化燃烧，自动修正功能。③残氧控制。热风炉烟气通过残氧探头分析，将数据经显示器转换至PLC传输至电脑操作程序，通过自动优化燃烧控制系统数学模型计算后，作为自动优化燃烧控制系统的条件。当顶温发生变化时，自动烧炉优化智能控制系统将启动残氧控制模型，优化自动燃烧控制系统就会根据烟气中残氧的过剩数值进行判断，系统优化到最佳风煤比值后重新设定，实现自动优化调整功能。④自动控制烧炉实施效果。相比手动烧炉，优化后的烧炉控制是通过计算模式进行自动调整风煤比值，实现自动烧炉，根据风温使用合理分配煤气消耗量，同时以烟气残氧为反馈环节，合理调节风煤比值，操作更具先进性和适用性。3号高炉今年5月开始应用此技术，将其指标与2013年指标对比，见表2、表3。

   优化烧炉操作较手动控制平稳，使煤气流量波动大幅度降低，减小对煤气管网的压力冲击，提高煤气管网的安全性；降低燃料消耗效果明显；不用人工调节操作，有效提高工作效率。优化烧炉操作使用至今，氧化锆氧量分析仪运行良好，烟气含氧量控制、空燃比自动调节系统运行良好，热风炉烟道废气氧含量平均值在0.7%左右，降低煤气消耗3%左右。

   2.3 优化热风炉工艺操作制度，节能提效

   1）燃烧时间与送风时间的合理选择。现在的热风炉燃烧时间为125min，送风时间65min。针对换炉期间，风压波动大，换炉时间长的特点，进行补压换炉技术。即当需要换炉时提前与风机联系，在换炉期间进行补压，使高炉在换炉期间风压保持不变，换炉时间大大缩短。成功实现了12min换炉，从而延长了烧炉时间。为提高换炉次数，缩短送风时间提供保障。

   2）规范热风温度的使用，合理控制烟道、拱顶温度。根据高炉所需风温，经计算设定合理的拱顶温度；烟道温度由360-370℃调整为340-350℃。合理设定烧炉参数，快速烧炉在8-15min把拱顶温度烧到规定值，达到缩短升温期、增加恒温期、提高风温的目的。

   3）改进大型旋流顶燃式热风炉燃烧器结构，延长热风炉的寿命，增加热风炉运行的安全性。取消了烧嘴的套筒结构，改造成每件烧嘴只通过一种气体介质（空气或煤气），分别通过两种介质的烧嘴呈交叉间隔式布置方式。分别从两件不同烧嘴通过的助燃风、煤气到燃烧室后才进行混合燃烧，从而避免了在烧嘴出口处燃烧损坏拱顶砌体现象的发生。改造的新型烧嘴全部由堇青石莫来石组合砖砌筑而成，结构稳固、使用寿命长，它的应用将彻底解决热风炉烧嘴外部炉皮温度过高的问题，同时对进一步提高热风温度，降低燃料消耗起到积极作用。

   4）操作制度的优化。在现有操作制度上进行高风温烧炉制度的摸索，通过缩短热风炉燃烧期、送风期和换炉时间等手段，增加换炉次数，如换炉次数由原来的每班6次增加到现在每班7次以上，特殊情况下换炉8次等，不断提高热风炉的风温，确定了不同风温情况下的热风炉优化操作制度，满足了高风温烧炉工艺的需要。强化人员陪训，实现标准化操作；加强设备利用率，重点设备实行重点监护，助燃风机、液压系统实行两小时巡检一次并作记录。

   2.4 对热风炉生产中造成能源损耗的设备进行改造

   1）助燃风机变频改造。在实际生产中，热风炉烧炉受管网煤气压力变化的影响，需要调节助燃空气量，来达到一定的空煤比，使煤气充分燃烧。原助燃风机压力主要通过手动调节变频来实现风压的改变，往往造成风压波动较大，助燃风量不稳，不利于稳定烧炉，常造成煤气使用量增加。通过优化电脑控制程序，把风机变频与设定压力连接，使助燃风机变频压力控制实现自动调节，从而减少了风压的波动，使热风炉烧炉过程平稳，节约煤气效果明显。炼铁厂针对热风炉风机不能全部满负荷运转的情况，在3号高炉热风炉使用的两台风机上加装了变频装置，实现了变频运转，并且针对风机一备一用的使用现状，为降低成本，采用了“一拖二”的方式，两台风机只安装了一套变频装置。风机运行控制改为变频控制后，电流平均下降10A左右，一年可节省用电3.33万kWh，达到了节能降耗的目的。

   2）优化热风炉煤气燃烧阀、空气燃烧阀开阀顺序。原来先开空气燃烧阀，空气燃烧阀打开后再煤气燃烧阀，通过优化计算机控制程序，达到了空气燃烧阀、煤气燃烧阀同时开阀，每次节省开阀时间1.5s，可提高使用风温2℃。

   3）冷风管道保温。针对冷风管道较长，冷风温度从风机出口至热风炉阶段温度降低较多现状，将冷风管道进行保温，提高冷风温度65℃左右。

   4）煤气换热器排污安装脱水器。3号高炉煤气换热器在使用过程中，当煤气通过换热器内的热管时，煤气中含有水及一定的化合物，遇到高温产生酸性物质，腐蚀热管，影响热管寿命，且排污阀位置距地面约15m高，存在安全隐患，不利工人及时进行排水。在排污阀处加装脱水器，能够及时排除热管中产生的水，降低对换热器热管的腐蚀，延长了换热器的使用寿命，消除了人工排水时存在的安全隐患。

   2.5 研发热风炉废气出口消音器降低噪音污染

   热风炉作为提供热源的辅助装置要经过由送风期向燃烧期的转换，转换前需要将热风炉内剩余的高压鼓风排放至大气中，炉内废气压力较高，一般在0.2-0.5MPa，废气排放过程中气流压力高、流速快，造成较大噪音污染。目前采用的消音器主要有扩散式全抗性消音器和阻抗复合式消音器两种，扩散式全抗性消音器以内部填充料时通过改变气体流动方向及降低气体流动速度来实现降低气体排放的噪音，但其内部填充料容易损耗，随着时间的推移降噪效果逐渐减弱。阻抗复合式消音器结构过于复杂，制作难度较大，不适合广泛推广。

   承钢炼铁部技术人员研发了一种热风炉废气出口消音器，获得了国家实用新型专利，新型的耐火小球形成迷宫式的气体通道，大大降低了声能，气体再通过消音气孔排出，又起到降低噪声的效果。新型消音器具有结构简单、加工简便、造价低廉、降噪效率高的优点。

   3 结语

   1）细化煤气预热器的相关操作，通过从低到高逐渐提高煤气预热温度，摸索出合适的煤气预热温度为160℃。

   2）分阶段完成热风炉自动烧炉操作。确定合理的自动烧炉操作控制参数，如风煤比、残氧值等，完善了自动烧炉优化智能控制系统，将烟道废气氧含量平均值控制在0.7%左右，热风系统煤气消耗降低了3%左右，在很大程度上提高了热风炉的风温和生产效率。

   3）完善热风炉工艺操作制度，选择合理的燃烧时间与送风时间，合理控制烟道、拱顶温度，改进后大型旋流顶燃式热风炉燃烧器结构，缩短热风炉燃烧期、送风期和换炉时间，增加换炉次数。

   4）通过助燃风机变频改造、优化热风炉煤气燃烧阀、空气燃烧阀开阀顺序、冷风管道保温、煤气换热器排污安装脱水器等热风炉系统设备改造、优化的措施，使热风系统节能效果明显。

   5）通过使用研发的热风炉废气出口消音器，降低噪音污染。 （朱建秋）