高炉鼓风机前富氧技术的应用初探

摘 要：高炉鼓风机前富氧是高炉富氧鼓风方式的一种，相比于传统的机后供氧，机前供氧方式具有燃烧充分，热效率高以及节能环保等诸多优点。在当前钢铁行业竞争日益激烈，节能减排压力日渐增大的情况下，越来越多的钢铁企业开始采用机前富氧技术对高炉富氧鼓风进行改造，取得了良好的经济效益和环境效益。本文对机前富氧技术在高炉鼓风机中的应用进行了探讨。

关键词：高炉鼓风机；机前富氧技术；应用初探；效益分析

长期以来，大多钢铁企业在高炉鼓风中多采用的是机后富氧的方式，即利用氧气压缩机对氧气进行增压、调压后，再送至炼铁高炉鼓风机机后风管，以供高炉富氧鼓风，这种富氧方式显然其电能消耗是比较大的，一定程度上造成了能源的浪费。在钢铁行业不景气，吨铁利润不断下滑的情况下，机后富氧方式已不适用，更为节能的机前富氧技术也因此应运而生，并在越来越多的钢铁企业逐渐得到推广应用。

1 高炉富氧鼓风技术分析

现代高炉生产中，富氧鼓风技术是发展方向之一，通过富氧鼓风可以有效增加鼓风中的氧气浓度，从而使炉内燃料燃烧更加充分，热效率更高，提高高炉冶炼强度；同时，富氧鼓风还可提高高炉风口温度，对高炉进行热补偿，为高炉增加喷煤量创造条件。高炉富氧鼓风的方式包括机后富氧和机前富氧，其中机后富氧是很多钢铁企业较多采用的方式。机后富氧即在鼓风进入高炉后对高炉进行的氧气供送，由于鼓风机机后风管压力高，因此，机后富氧必须利用压缩机将低压氧气增压到一定程度后，才能使其克服机后风管压力带来的阻力，进入到高炉内。机后富氧需要先将氧气增压至2.5MPa，然后再经过两次调压至0.6MPa才能送至鼓风机机后风管，这个过程中必须要消耗大量电能用于压缩氧气，因此也造成了电能浪费。

机前富氧即直接采用从吸附塔出来的低压氧输送到风机前吸风口吸入的一种供氧方式。机前富氧在不改变鼓风机风量的情况下，直接将制氧站15kP的低压氧送到鼓风机前与空气混合，并通过鼓风机风压送至高炉内。相比于机后富氧，机前富氧省去了氧气压缩环节，无需配备氧气压缩机，降低了成本投入，在保证富氧效果的同时，也节省了相应的电能消耗。因此可以说机前富氧是一种低成本、低能耗的富氧方式，有助于企业的节能降耗。

2 高炉鼓风机前富氧技术的可行性分析

机前富氧技术中氧气是依靠风机自然吸力进入到高炉内的，因此氧气输送压力较低，流速较慢，易出现氧供应不足，燃烧不充分的问题，该问题可通过增大供氧管道直径，提高氧流量的方法予以解决。同时为了使風机吸风口吸入的氧气与空气充分混合，避免局部氧含量过高而引起爆燃事故，可在风机进口处加装氧气分配器，并使分配器尽量远离高炉鼓风机进气口，以到达富氧均匀和安全供氧的目的。

以1280m3高炉为例，冷风量约为150000Nm3/h，富氧量为5500Nm3/h，氧含量约为23%左右，在30%的安全范围内。此方案设计低压氧压力15kPa，主管道采用Φ630×6钢制，设计流速5m/s，理论压损小于2kPa，机前氧气压力大于13kPa，满足工艺要求。根据理论分析和一些钢铁企业运行实际，该机前富氧方案可行。

3 机前富氧的安全控制

无论是机前富氧还是机后富氧，氧气输送过程中的安全问题都是不容忽视的，如果含氧量过高，那么在阀门开启时，大量氧气的瞬间涌入很容易引发火灾和爆炸事故，因此，在氧气供送中必须要严格控制氧气浓度。工业实验证明，高炉富氧量控制在30%以下时是安全的，为了使氧气始终控制在安全范围内，并且在风机故障时可以及时停止氧气供送，我们可以通过设置富氧比自动控制装置和采取必要的安全保护措施来实现。通过设置富氧比控制装置，我们可以实时监控风机富氧量，对富氧量进行自动调节，而当装置失灵或是风机故障时，安全保护装置可以立即停止供氧，熄灭火焰，确保生产安全。

机前富氧安全控制系统采用独立的PLC进行控制，实现对各项工艺参数的实时监控和自动停氧、充氮控制。工作时，由氧传感器对鼓风氧含量进行监测，并实时将氧含量数据传输至PLC控制单元。在设定的氧含量固定值下，由受控于控制系统的压力调节阀和流量计对氧流量进行精确调节，保证富氧量误差不超过设定值的1%，确保机前供氧压力的稳定。在鼓风机故障或是异常时，系统控制气动切断阀及快速开启阀快速切断氧气，停止氧气供送，同时进行充氮保护；此外还应在风机后加装煤气监测系统，当煤气量超标时，自动向控制单元发送信号，使安全保护装置快速启动切断氧气，从而保证了机前富氧的安全性。

4 机前富氧应用实例及效益分析

以某钢铁企业对高炉鼓风进行的机前富氧改造为例，三座高炉富氧总量为13000Nm3/h，改造前总能耗4300kW/h，改造后总能耗为2100kW/h，实际节能2200kW/h。按全年8000h计算，年节约电能消耗约为14500000kW/h，按每度电0.55元计算，全年可节省电费790余万元。根据以上分析，高炉机前富氧应用技术上可行，并且经济效益明显，在采取必要的安全保障措施后，高炉富氧的安全稳定运行是有保障的。在当前钢铁行业竞争激烈，节能降耗压力与日俱增的情况下，机前富氧技术是一项值得推广应用的高炉鼓风富氧技术。

参考文献：

[1]杨旭.高炉鼓风机机前富氧的实际应用[J].大科技，2016（5）.

[2]张冰成，贺辉，王舒芬.高炉鼓风机前富氧技术的应用[J].工程技术（引文版），2016（3）：00213-00213.

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