高炉热风炉废气加压替代氮气的应用实践

高炉热风炉废气加压替代氮气的应用实践

孟凡双  张荣军

（鞍钢股份有限公司炼铁总厂）

摘要：为缓解公司氧气和氮气不平衡，减少高炉氮气的使用量，拟用高炉热风炉废气加压替代氮气，进行该工艺可行性分析，生产运行实践表明，该工艺系统运行稳定，加压热风炉废气能够满足各部使用的技术条件，有效缓解氮气紧张问题，能够降低炼铁动力成本，年节约成本252万元，对高炉节能减排有一定的贡献。

关键词：热风炉 废气  加压

为缓解鞍钢公司氧气和氮气不平衡，2015年氧气放散率为2.36%，减少炼铁氮气的使用量，研究热风炉废气主要成分为氮气，还含有部分二氧化碳及少量的氧气和一氧化碳，符合氮气使用部位的工艺技术要求。热风炉废气经过冷却，除尘，加压，冷却，供高炉炉顶阀箱罩封，探尺密封，布袋除尘器反吹使用。通过引风机把热风炉废气抽出来，进入离心式加压机，通过三级加压，把热风炉废气加压到0.6mpa，与各部氮气管道接点，并且具备与氮气切换条件，当热风炉废气加压机故障或者热风炉停止燃烧时，切换氮气。热风炉在烧炉时，严格控制废气中的含氧量，控制在5%以下，以保证高炉炉顶高炉煤气安全性。通过实践运行，工艺系统运行比较稳定，热风炉废气加压能够满足各部使用部位的工艺技术条件，有效缓解氮气紧张问题，对高炉节能减排有一定的贡献。

1、替代必要条件

目前鞍钢氧气为18万/小时，氧气放散那率在5%左右，氮气为28万/小时，氮气缺口2万/小时左右。国内其他钢铁企业有使用高炉煤气加压，供炉顶齿轮箱和阀箱使用，替代氮气。由于考虑高炉煤气具有一定的危险性，准备研究热风炉废气加压替代氮气，实践证明热风炉废气加压替代氮气是可行的。

1.1气源条件

由于氮气不含尘、不含水等优越条件，受到用户的青睐。高炉炉顶主要为阀箱、齿轮箱和探尺等部位密封使用。主要要求介质为温度低，无尘、无水。热风炉废气温度在150℃左右，主要成分为氮气，符合高炉炉顶用气条件。热风炉废气主要成分如表1。

表1    热风炉废气成分表

因此，热风炉废气经过加压，冷却后，能够满足高炉炉顶用气的技术条件。

1.2设备条件

一般使用的压缩机有两种形式，即离心式压缩机和活塞式压缩机，两种压缩机均能满足使用要求。离心式压缩机和活塞式压缩机都需要将入口前介质温度降到35℃以下，在入口前安装冷却器和自洁式废气过滤器，需要安装引风机克服冷却器产生的阻力。

图1  压缩机装置图

2、工艺流程

2.1工艺流程

由于热风炉废气经过换热器后，温度在120℃-130℃，因此，经过压缩机前必须经过冷却。热风炉废气通过烟囱排入大气，需要经过引风机引入压缩机进行加压，热风炉使用的高炉煤气含有一定的灰尘，在进入压缩机前，设置一个布袋过滤器，控制废气中的含尘量。热风炉废气加压工艺流程如图2。

图2   热风炉废气加压流程图

2.2操作流程

开车前检查：引风机入口阀、引风机出口阀、废气放散阀、防喘振阀门、压缩机入口阀开，压缩机出口阀关，炉顶废气阀关，通各部除尘器废气手动阀关。热风炉有一座在燃烧，空燃比合理，含氧量满足工艺规程要求。检查循环水箱液位，补满水且无溢流。检查空压机油箱液位是否正常，启动辅助油泵。检查压缩机电机进油及主机回油是否正常，将主油泵放气阀门打开，启动油加热器，将油温加热到35-40℃。打开压缩机入口导叶及防喘振阀门气源，打开密封气气源，调节密封气压力0.01～0.03MPa。打开压缩机各气体冷却器冷却水。按压缩机机组运行方向盘车2圈以上，安装联轴器护罩。确认压缩机主油泵放气管有油溢出。关闭主油泵放气阀，入口导叶调整到微开位置（10度以下），关闭油箱加热器。

启车：启动循环水泵，水压在，流量在，检查循环各部管道无泄漏。启动废气引风机，运行平稳。压缩机条件启动界面满足启车条件，按启动按钮，机组启动。观察空压机机组各项参数是否正常，同时调节冷却后油温保持在35度左右，保持观察。压缩机机组运行1分钟后，关闭辅助油泵，待机组运行稳定后，慢慢打开入口导叶建立流量。打开压缩机废气出口阀，缓慢关闭防喘振阀门后打到自动位，调解时，必须保证机组工作点大于防喘振点。同时观察机组运行参数，及时调节冷却后油温。压缩机机组运行稳定，废气压力大于0.5Mpa,逐步给炉顶和各部除尘器送废气，同时停氮气。

2.3注意事项

热风炉工应随时调整空燃比，保证废气中含氧量在2%以内。压缩机室和废气引风机室含氧量低于19.5%时，应及时开启室内换气扇。进入压缩机室和废气引风机室点检时，必须佩带便携式氧气报警仪，报警时及时通知主控室调整。

2.4应急处理

压缩机事故停机，岗位应关闭通网炉顶的废气电动阀门，开启氮气电动阀门保产。汇报专业点检查找原因，如果30分钟内恢复不了，专业点检把除尘系统倒氮气保产。废气含氧量超过2%，导致空压机放空，岗位应把炉顶废气立即倒为氮气，并调整热风炉烧炉空燃比，及时把含氧量控制下来，恢复炉顶供气。

3、运行效果及效益分析

3.1运行效果

热风炉废气加压机，从2015年11月开始稳定运行，出口废气主要参数指标见表2。

表2  热风炉废气加压参数表

3.2效益分析

现在主要使用在高炉炉顶阀箱、探尺和布袋除尘器，目前的介质参数能够满足用户的需要，可以节约氮气使用量3000m3/h，废气的主要运行成本为0.1元m3，比氮气降低0.1元/m3，年可节约成本252万元。

4、待解决问题

4.1废气含水量

热风炉废气加压后，与氮气相比含水量仍然有3%，在输送过程中，造成水凝结，冬季应该做好防冻工作。因此，在工艺上还应该考虑怎样脱水问题，增加脱水设备。

4.2废气点腐蚀

由于热风炉高炉煤气中含有少量的硫，经过热风炉燃烧后，形成硫的氧化物。热风炉废气经过加压机加压后，硫的氧化物溶解在冷凝水中，冷凝水呈酸性（PH值在3.6），水中主要的阴离子为SO₄2-。压缩机在压缩气体以后，气体中的饱和水蒸气会凝结成水，与燃料中的硫元素燃烧时生成的SO₂、SO₃附在管路内壁，形成点腐蚀。

建议把压缩机冷却器和部分管路，更换成耐腐蚀钢种。

5、结语