高炉机前富氧节能改造技术

1 富氧鼓风

富氧鼓风是目前广泛应用的高炉生产工艺。其作用主要有：

ü提高喷煤比、降低焦比：风口前理论燃烧温度高，喷煤量增大，置换焦炭从而降低焦比；

ü活跃炉缸：提高风口前理论燃烧温度，加快还原反应；提高炉缸温度，促进高炉稳定顺行；

ü提高间接还原度：提高鼓风氧浓度，从而提高煤气中CO浓度，促使高炉间接还原度提高，降低焦比，从而降低吨铁成本。

富氧与喷煤相结合，可使高炉冶炼保持良好状态（稳定顺行、高产低耗），从而实现强化冶炼、增产降耗。

2 传统机后富氧——粗放生产模式下的无奈选择

一般情况下，高炉富氧主要来源于空分装置。空分装置为满足转炉用氧需求（压力>2MPa），需采用氧压机将分馏塔出口的常压氧（15~30kPa）压缩至2MPa以上，然后输送至炼钢工段用于转炉吹氧。送至高炉的氧气需经调压站降压至0.6MPa以下，再接入高炉鼓风机送风管道。

简单来说，机后富氧方式需制氧站采用氧压机对氧气进行加压输送，到高炉又减压使用，可谓吃力不讨好。更大的问题是，该过程存在大量的能量浪费。

3 机前富氧——精细化生产推动工艺能效优化

近年来，随着企业对节能降耗的不断重视，机前富氧改造成为优化高炉富氧鼓风、降低系统能耗的必由之路。

机前富氧的基本思路是将转炉用高压氧与高炉用常压氧从源头分离开。转炉用氧仍采用氧压机进行压缩输送，而高炉用氧直接接自分馏塔出口，利用出塔的15～30kPa的压力直接送至高炉鼓风机入口，混合后的富氧空气经高炉鼓风机压缩后送至高炉。

改造后，制氧站停运约一半数量的氧压机，所带来的直接经济效益体现在氧压机电耗、冷却水耗的大幅下降，随后的案例介绍里会具体分析。

4 安全性问题和措施

节能改造带来的经济效益最多影响钞票，但安全问题牵涉的是无数基层工人的生命，以及企业的命脉。毕竟涉及氧气管道改造，决策者和使用者最关心的问题有：

1 氧气管道安全性怎么样？

2 高炉风机安全性怎么样？

3 运行控制安全性怎么样？

到底安不安全？怎么保证？我们一条一条分析：

• 氧气管道安全性：

在机前富氧系统管道设计过程中，主管和支管管道流速一般低于10m/s，远远小于杂物燃烧临界流速，保证管道安全。另外，在管道安装前，需进行脱脂处理；输氧管道在运行过程中保持正压，防止冷风窜入输氧管道而带入油脂或其它杂物；在运行、检修过程中严格按照操作规程进行操作，防止不正当操作过程中带入油脂等杂物，从源头上防止氧气管道产生燃烧或爆炸。总之，机前富氧管道压力低、流速低，规范施工、规范运行的情况下，安全性是能得到保证的！
 

• 高炉风机安全性：

轴流压缩机作为高炉供风系统的关键设备之一，工作介质为空气，当高炉采用富氧空气时，由于空气中氧气比例增大，单位体积空气中含氧量增加，使空气分子量、比热等物理特性发生略微变化，理论上空气特性的这些变化对轴流压缩机高效运行和安全性会有一定程度的影响。

另外，与传统的机后富氧比较，在同样冶炼强度的条件下，机前富氧工艺必然会引起压缩机机流量的增加，当流量增加较大时，风机运行可能会偏离高效运行区域；风机入口管道上增加混匀装置，风机入口负压也会相应增大，风机性能发生变化，原有喘振线将有一定偏离，很难判断原有防喘振线是否能起到保护风机安全的作用。

陕鼓作为压缩机专业制造厂家，在冶金市场领域具有广泛的业绩，多来年一直致力于冶金企业节能降耗工作，有实力和能力从冶金高炉鼓风系统角度考虑，为冶金企业的节能降耗提供安全可靠的系统解决方案。

 

• 运行控制安全性：

陕鼓在机前富氧控制安全方面做了大量的工作，提出了更安全、更经济、更可靠的控制方案：

富氧自动控制系统可采用轴流风机控制系统硬件扩展的方式，将富氧控制系统集成到已有风机控制系统里面。利用现有风机PLC系统，将信号引入相应的风机控制通道，并在风机控制程序中增加前富氧控制和监控功能。

相比于单独配置PLC系统，本方案具有以下优势：

• 利用现有风机PLC通道，不需要单独配置PLC硬件系统，节约该项费用；
• 风机控制系统配置较高，运算能力、速度、安全性和可靠性高于单独为机前富氧配备的PLC硬件；
• 连锁信号不需要通过电缆连接，而是从系统内部直接调用，不仅节约施工经费和时间，更减少信号故障的几率，连锁功能更安全完善。

6 经济效益

说了那么多，机前富氧节能改造到底能给企业带来多大的经济效益？

下面以某钢铁企业1×630m3+1×1260m3高炉机前富氧节能改造项目为例：

该企业原有2×5000Nm3/h+1×10000Nm3/h氧气压缩机，其10000Nm3/h氧压机电机功率约1800kW。2座高炉总富氧量约为11000Nm3/h

进行机前富氧节能改造后，原有2×5000Nm3/h氧压机继续供转炉高压用氧；10000Nm3/h氧压机停机，可以降低电功率约1800kW。另外，氧压机级间冷却和末级冷却共使用循环水约250t/h，停机后循环水泵电耗降低约40kW。按循环水补水率1.5%计算，可节约水量约3万吨/年。

经济效益分析总结如下：

电费0.65元/kWh，水费3元/吨，年运行时间8000h。

节能项	效果	年经济效益/万元
10000Nm3/h氧压机停机	降低电耗1800kW	936
氧压机循环冷却水系统停机	降低电耗40kW	20.8
	降低水耗3.75t/h	9
经济效益回收总计		965.8

根据多个项目实施经验，高炉机前富氧节能改造项目的投资回收期基本都在1年以内。