高炉煤气用在回转窑中的节能改造及效果

在回转窑生产过程中，通过添加高炉煤气降低燃料成本，是降低能源消耗的有效途径。高炉煤气用量需在一个合理的范围内波动，用量不宜过少，也不易过多。高炉煤气用量较小时，煤粉用量较大，能耗降低效果不明显。另一方面过多的高炉煤气又会带走火焰热量，降低火焰温度，影响生产工艺。通常采用较高热值燃料与高炉煤气搭配使用的方法。通常有“焦炉煤气+高炉煤气”，“喷煤+高炉煤气”等方式。

一、存在问题

生产过程中，由于各煤气生产及使用单位共用煤气管网。生产及使用单位的工艺调整，导致煤气压力呈现波动；高炉煤气总管网压力波动一般在6~25kPa之间，偶尔也能高达30kPa。这种无规律的波动严重影响煤气使用量，危害生产安全。特别大幅无规律的频繁波动，使工艺制度失常、失控，直接影响产、质量。对生产影响尤甚。

生产过程中，煤气压力低于10000Pa时，由于距离较远管道压力较小，只能被动使用，即便将阀门开到大，煤气流量仍然不足。此时表现为用量较少。流量不能满足使用。通过增加煤粉用量维持工艺热量消耗，由于煤粉价格较高，使燃料成本较高。

煤气压力高于10000Pa时，管网压力偏高，流量过大。当高炉煤气压力高时，存在以下不利影响：过多的高炉煤气携带大量的氮气从烧嘴喷射出来，不仅不能燃烧，还会带走烧嘴的热量。导致烧嘴火焰温度降低，燃烧不稳定，不定时熄火，事故发生率高。燃烧不充分，废气温度高，能耗高。需尽快降低高炉煤气流量。此时只能通过关小阀门，降低高炉煤气流量，维持稳定生产。

由于总管网压力波动频繁，存在如下不利影响：

①高炉煤气利用不足：单座回转窑设计的高炉煤气流量为：8000m³/h。在管网压力无规律波动的情况下，每座回转窑能够使用的流量为：5000m³/h左右，存在3000m³/h的缺口。两座回转窑的总缺口约：6000m³/h左右。这部分能耗缺口只能通过多用煤粉来弥补。

②煤气安全方面：煤气压力无规律波动，会造成安全阀频繁动作，对生产威胁较大。尤其石灰厂管道较长，末端用户压力很低。电厂、竖窑等其他用户都装备有抽气装置。在管网低压、煤气不足且安全阀故障的情况下，回转窑烧嘴极易产生回火，发生事故。

综上所述，管网压力波动一方面煤气的平均用量较低，另一方面常常操作不及时，导致热工参数波动频繁，稳定生产难以保障。为充分利用高炉煤气，消除不安全因素，确保安全生产。建议在管网进口端增加煤气稳压站。

二、改善措施

采用三台罗茨风机作为稳压设备，单台流量5800m³/h，三台总流量17400m³/h。罗茨风机为定容风机，风机每转的流量固定，偏差小于5%。在工艺系统中具备稳定压力及流量计量两种功能。对如下两种情况产生稳压作用：

①当总管压力低时，为避免由于压力低使回转窑用户的煤气流量突然减小，改变生产参数。加压站的罗茨风机主动旋转，仍然输出指定流量的高炉煤气。此时，耗电量略大（可实际观察电流表）。弥补压力低时，回转窑用户流量不足的情况。

②当总管压力高时，为避免由于压力高使回转窑用户的煤气流量突然增大，改变生产参数。加压站的罗茨风机被动旋转，仍然输出恒定流量的高炉煤气。此时，耗电量很小（可实际观察电流表）。

即：管道进口压力低时起增压作用，管道进口压力高时起减压作用。

生产操作控制方面，管网流量采用变频调节，回转窑主控室及加压站均可根据生产需求调整流量。为了管道安全，避免总管气源不足时，产生负压的情况。总阀设定当压力低于2000Pa时加压站停机，保证管网的基础压力。在实际改造过程中，经历了使用量增加，供应量不足，补充备用风机两个阶段。

初期稳压站采用“三用三开”的配置模式，未考虑备用风机。投入使用后，经过喷煤的实践、调整情况，石灰厂的高炉煤气利用比例已超过预期水平。可以通过进一步增加高炉煤气用量，降低燃料成本。在原基础上补充增加一台加压风机及配套的阀门、电控设备。采用4台罗茨风机，总流量23200m³/h，满足生产需求。

三、使用效果

安全方面：煤气稳压站投用之后，有效抵消了煤气管网压力波动。均衡回转窑用户的使用压力，消除了生产中的不安全因素。

经济效益：四台风机投入运行后，回转窑的高炉煤气用量由原来的平均5000m³/h，增加至9000m³/h以上。两座回转窑每小时增加高炉煤气使用量8000m³/h。

高炉煤气热值：800kcal/Nm³，煤粉热值：6000kcal/kg。

由于稳压站罗茨风机在进口压力低时起增压作用，耗电量较大；进口压力高时起减压作用，耗电较小。都会相应增加每吨石灰的用电成本。稳压站投入运行后，8000m³/h高炉煤气相当于1066.67kg/h煤粉的发热量。相当于增加的高炉煤气每小时置换1.066吨煤粉。

回转窑通过增加高炉煤气用量，优化燃料比例，置换价格较高的煤粉消耗。可以有效降低燃料成本。球团投产之前主要燃料为焦炉煤气+高炉煤气，基本不用喷煤。球团投产之后喷煤量大幅增加燃料结构为煤粉+焦炉煤气+高炉煤气。通过稳压站建设即投入运行，增加高炉煤气比例，减少煤粉比例，达到降低能耗的目的。煤气加压站投用之后，有效抵消了管网压力波动。均衡回转窑用户的使用压力，消除不安全因素。

通过稳压站的投入运行，为回转窑的生产运行主要带来两方面效益：①有效抵消了煤气管网压力波动。均衡回转窑用户的使用压力，消除了生产中的不安全因素。②通过稳压站增加的高炉煤气流量部份，置换煤粉1.066吨/小时，全年通过高炉煤气置换煤粉节约的燃料费用：399.168万元/年。

由此可见：相对于仅仅依靠总管道自身压力，利用高炉煤气的方式。效率更高，更加节能，生产更安全。不足之处：①煤气稳压站增加了维护、检修人员的投入。②考虑到罗茨风机与回转窑型号通用，罗茨风机数量较多，效率偏低，将来可以通过加大单机功率减少风机数量，提高运行效率。