摘要：本文介绍合同能源管理在高炉煤气湿法改干法除尘的工程实例，合同范围包括干法除尘系统、减压阀组系统、喷雾系统、TRT系统、煤气阀门及管网的改造、投运及日常的运行维护，阐述了合同能源管理的运营模式、存在的问题及解决的办法。

　　关键词：合同能源管理；高炉煤气；干法袋式除尘；煤气减压阀组；TRT系统；喷雾系统

　　高炉煤气袋式除尘技术作为当前冶金行业的一项新技术，较湿法除尘相比较，具有节电、节水、污染少、除尘效率高、综合社会效益好、节约资金多种优点，由于高炉大型化的趋势，袋式除尘技术也在向大型化方面发展。目前国内已经投产多座5000m3的高炉，譬如首钢京唐1#高炉、安钢3#高炉等。伴随干法除尘逐步取代湿法除尘，对应的干式TRT也取代了湿式TRT，发电量提高了30%左右，具有极高的经济效益。

　　目前国内普钢产量严重过剩，新建高炉的预期越来越小，而国内尚有早期投产的许多大中型高炉，其煤气净化采用的是湿法除尘。针对旧高炉湿法改造这一领域，江苏瑞帆环保装备股份有限公司率先提出了合同能源管理的运营模式，并在安阳钢铁(集团)有限公司1#2200m3高炉、2#2800m3高炉高炉成功实施，成为钢铁企业高炉煤气除尘湿法对于合同能源管理模式的首次应用，使设备厂家与钢铁企业实现双赢。

　　由合同能源管理公司作为总包方对业主的湿法除尘进行投资改造，内容包括新建干法除尘系统、减压阀组系统、喷雾系统、干式TRT系统(发配电系统进行升级)。在整个系统改造投产后，系统的运行管理、设备维护亦由合同能源管理公司负责。合同能源管理公司的投资从钢厂TRT新增发电量的效益中几年内全部收回。

　　合同能源管理的优点：

　　(1)业主无需投资，无资金压力，所承担风险极低。

　　(2)项目投产运行后，在合同分享期内，无需配置设备维护人员，大大降低了人员配置数量。

　　(3)系统改造完毕后，由湿法除尘改成了干法袋式除尘，煤气中的粉尘量大大降低，保护了环境，提高了煤气热值。

　　(4)粉尘量的降低利于延长整个系统管道的使用寿命。

　　(5)干式TRT取代湿式TRT，提高发电量30%~50%，产生了显著的经济效益。

　　(6)合同能源管理公司作为投资方、运营方，项目投资回报率较高。

　　合同能源管理的不足：

　　(1)合同能源管理公司作为投资方，项目前期资金压力较大。

　　(2)作为改造项目，设计难度、施工难度及相应工作量均远远大于新建项目，存在一定的工程风险。

　　(3)合同能源管理公司需要做大量的组织管理工作，工作庞杂，存在一定的管理风险。

　　综上，合同能源管理模式的经济效益、社会效益是比较显著的。

　　江苏瑞帆环保作为全国首家能源合同管理的专业公司，率先在安钢1#2200m3高炉、2#2800m3高炉湿法改干法项目上运用了合同能源管理的运营模式，在该领域获取了宝贵经验。

　　1工艺介绍

　　1.1系统组成及改造范围

　　安钢1#高炉与2#高炉的改造内容基本相同，下面以2#2800m3高炉的改造为例进行分析说明。炉顶压力200KPa~220KPa，煤气流量39万Nm3/h~46万Nm3/h，炉顶温度190℃~250℃。

　　改造前，系统组成(按煤气流向)：高炉—毕肖夫—湿式TRT—外围低压管道；改造后，系统组成(按煤气流向)：高炉—干法袋式除尘—干式TRT(或减压阀组)。

　　改造范围：拆除毕肖夫，新建干法袋式除尘系统、减压阀组系统、喷雾系统；将湿式TRT改造成干式TRT系统(升级发配电系统)；相应管道及附属件的改造或新建。

　　1.2干法袋式除尘

　　除尘器箱体由12个DN4800箱体和1个DN4800大灰仓组成，单筒体滤袋数量293条，滤袋规格φ160x8000，总过滤面积14132m2，滤袋采用P84复合滤料(P84含量15%~17%)制作，具有耐高温、过滤风量大、使用寿命长、除尘效率高、耐酸碱、耐腐蚀、化学稳定性好等多种优点。每个箱体设喷吹包1个，设置19个淹没式电磁脉冲阀(6个3英寸，13个4英寸)；箱体花格板上设置DN800人孔1个、DN600人孔一个(考虑冬季人员进出筒体)，导流装置上部设置DN600人孔1个；箱体出口、入口均设置了气动蝶阀、全封闭电动插板阀、顶部气动放散装置、安全泄放装置，可将某个箱体切换出系统，方便单独处理煤气并进行检修。在1个箱体喷吹、1个箱体检修的情况下，仍能保持适当的过滤风速。

　　氮气系统以安钢制氮站输送的1.0MPa氮气为气源，新建2个10m3氮气储罐专供干法除尘系统使用。氮气经降压、调压后分别供脉冲反吹系统、输灰系统、气动系统、清堵置换系统使用喷吹系统采用淹没式电磁脉冲阀，针对滤袋长度较长(8m)、单个脉冲阀所带滤袋数量大(19条)的情况，部分电磁脉冲阀采用了4英寸的口径、喷吹压力提高到0.45MPa、袋口加装文氏管引导气流，种种措施保证了脉冲清灰效果。袋式除尘采用外滤式氮气脉冲反吹启动脉冲清灰程序，在线模式下筒体出口蝶阀始终开启，离线模式下关闭出口蝶阀，离线模式较在线模式能得到更好的清灰效果。正常生产中随着过滤过程的不断进行，滤袋上的粉尘越积越多，过滤阻力不断增大，筒体出口、入口差压增大，当差压增大到一定值(3000Pa)或达到设定时间(根据生产实践)时，PLC控制系统自动控制电磁脉冲阀启动，进行脉冲喷吹清灰，清理的灰尘落入灰斗，并进入下部稀相输灰管道。清灰方式可选差压清灰或定时清灰，定时清灰模式下清灰间隔可调，脉冲时间一般0.1S~0.2S，脉冲间隔3S~5S。氮气包上19个电磁脉冲阀依次动作，以保障氮气包压力的恢复。

　　各箱体出口支管上设有在线粉尘浓度检测仪，净煤气总管上设有进口品牌在线粉尘浓度检测仪，用来监控各箱体的除尘效率。目前在线检测仪监测数据与取样分析检测结果相近，可作为日常生产参考，且在使用过程中根据含尘量骤然增大的现象，可准确判断滤袋破损及掉袋事故，并可及时进行处理。

　　输灰系统采用稀相气力输灰方式，输灰系统用氮气压力为0.05MPa~0.15MPa，氮气损耗量700m3/h~1900m3/h。为减缓输灰管道磨损，采用双排输灰管道，管道材质厚壁无缝钢管，内部镀4mm刚玉。弯头处经过特殊处理，选用大半径弯头(弯曲半径是管道通径的10倍以上)，外侧进行打包处理。尽量减少输灰管道的现场焊接处，焊缝内壁亦要确保刚玉镀层的存在，在现场施工过程中只需进行安装作业，有力地延长了管道使用寿命。卸灰系统设置2路，一路是卸灰半球阀+电动星形卸灰阀+加湿机，另一路是卸灰半球阀+气力输送管道+散装机。

　　1.3减压阀组系统

　　安钢2#高炉系统配套设置1套减压阀组，可在TRT长期停机期间或TRT启动、停机短时间内，确保高炉炉顶煤气压力稳定。减压阀组由1×DN600/PN6+3×DN900/PN6组成，减压阀组安装在隔音罩内。

　　工艺条件如下：阀前设备设计温度250℃，设计压力0.25MPa；阀后设计温度250℃，设计压力15KPa。

　　阀门采用三偏心金属硬密封蝶阀，密封座采用德国进口硬质合金堆焊，阀座堆焊后硬度不小于45HRC，阀门内部喷涂碳化钨耐冲刷材料，同时具备防氯腐蚀功能，轴端采用自润滑轴承，润滑脂采用德国进口，半年加油一次，耐磨性能好，关闭严密，打开迅速。确保阀门使用寿命不少于一代炉龄(>15年)，配套设备应能适应高炉作业率大于99%的要求，满足安装场所的环境条件要求和功能要求。

　　4台蝶阀在主控室远程操作和现场操作，并具备根据炉顶压力自动调节功能。阀门密封性能均要求至少满足GB/T13927-2008中B级要求(不低于FCI/ICI CLASS VI)，阀门最大开启压差为0.25MPa，阀门开度：0°~90°，在15°~75°区间内流量调节曲线近似等分比，能在0°~90°范围内任意角度调节并锁定，角度调节精度±0.2°，启闭灵活。

　　减压阀组4台蝶阀中，1台DN600蝶阀为小流量调节阀，1台DN900蝶阀为大流量调节阀，其余2台DN900蝶阀为快开阀(具备1s内快速打开至指定角度的功能，同时具有流量调节功能)，驱动油缸采用伺服油缸。

　　在TRT控制高炉炉顶压力时，减压阀组所有阀门全部关闭。当TRT停止运行时，减压阀组投入使用，控制高炉炉顶压力，操作方式为手动、自动方式两种，要求有就地阀位显示以及现场操作装置，在控制室有连续阀位显示、连续调节、阀位高低开度(10%、70%)报警功能，并进入高炉炉顶计算机系统。

　　液压系统是与高炉调压阀组配套使用的完整液压控制系统，包括动力站、液压阀台及相关辅助元件，每阀一站，分别用于控制4台液动金属硬密封调节蝶阀(2台液动硬密封快开阀和2台液动硬密封调节蝶阀)。液压站包括电机、油泵、油箱、蓄能器、过滤器、液位计、液温计、压力继电器、电加热器、冷却器，以及控制阀门的伺服阀、电磁阀、伺服控制器等，每台液压站均采用双电机双油泵配置(一用一备)，另每台液压站配置手动泵一台，要求与伺服系统完全独立，便于检修调试，液压站内所有配管均采用不锈钢无缝钢管。

　　减压阀组4台蝶阀在高炉中控室和现场均能操作控制，能在0°~90°范围内任意角度调节并锁定，角度调节精度±0.2°。现场设置控制柜，阀位的控制、液压油泵、加热器的启停均能由控制柜的控制器来实现。调节阀的全行程调节时间不大于10s，控制柜接收来自高炉控制系统的4mA~20mA信号，同时输出4mA~20mA信号用于阀位反馈显示。角位移传感器(或线位移传感器)的电源电压为24VDC，输出为4mA~20mA，精度0.2%。1.4 TRT系统

　　TRT发电装置按专业分为8大系统：大型阀门系统，透平主机系统，液压系统，润滑系统，给排水系统，氮气密封系统，自动控制系统，发配电系统。

　　安钢项目中由湿式TRT改造为干式TRT，改造内容如下：

　　透平主机：透平主机按照以上参数选型设计改造，利旧原机壳、静叶调节机构、润滑动力油系统，新制并更换调节缸、进口圈、密封套、扩压器、转子、静叶承缸、支撑轴承及止推轴承等。

　　联轴器及护罩：改造后由于透平机扩容，联轴器及护罩需重新选型、更换。

　　无刷励磁发电机：原则上按照原TRT配套发电机的基础尺寸进行设计、制造，满足改造后的TRT发电使用。

　　TRT加药装置：高炉煤气中含有微量粉尘，容易在第一级静叶片、第一级动叶片和下机壳等处形成积垢，造成TRT回收效率降低，甚至出现振动、叶片堵塞而停机等问题，给装置带来极大安全隐患和经济损失。针对TRT结垢问题，通过在高炉煤气介质中加入配套专用药剂，成功地解决了TRT结垢的难题。应用该技术可在设备的表面形成一层致密的保护膜，既可以保护设备又可以抑制积盐，不磨损叶片。

　　因为是改造项目，以下设备可以利旧处理以节约投资：润滑油系统、液压伺服系统能够满足改造后的要求，不需改造，进行利旧；氮气密封系统不需改造，进行利旧；循环冷却水系统改造后为干法运行(不包括发电机)；随机一次仪表利旧。

　　1.5喷雾(降温脱氯)系统

　　高炉煤气经过干法除尘及TRT发电装置后的煤气温度有可能超过80℃(经减压阀组装置的煤气温度~250℃)，并且煤气中含有氯离子，对煤气管网会造成腐蚀影响。为了保证煤气管网系统的安全运行，采用煤气喷雾降温脱氯装置使煤气在温度降低的同时降低氯离子含量。

　　煤气喷雾降温脱氯装置系统设计采用了国内先进、成熟的工艺流程，技术和装备可靠实用。产品质量优良、生产成本低、各项消耗指标均达到国内先进水平。设备维护简单，设备长期运行安全、可靠。煤气喷雾冷却脱氯装置由喷雾冷却系统、加碱系统组成。煤气喷雾冷却脱氯装置通过向煤气中喷入含有NaOH的细水雾，将温度较高的煤气冷却到要求的温度范围内，同时降低煤气中氯离子的含量。

　　系统通过实时采集管道出口的煤气温度来精确调节喷雾的水量，从而达到对煤气温度的自动调节。当出口温度高于设定的期望温度时，系统自动增加喷水量；当出口温度低于设定的期望温度时，系统自动减少喷水量，直到出口温度与期望温度的偏差在设定的误差范围之内。

　　2存在的问题及应对措施

　　2.1高炉炉温控制

　　高炉炉顶装设有能够自动进行雾化打水的装置，分两个系列，共10个喷嘴，当炉顶温度到280℃时自动打开A系列打水阀，顶温到330℃时启动B系列打水阀，温度低于280℃自动关闭。

　　炉顶温度过低的应对措施：在冬季生产中，由于北方气温较低，冶强加强后炉顶温度更低。安钢2#高炉顶温平均110℃~120℃(有时80℃~90℃)，由于顶温过低，煤气中水蒸气冷凝，输灰管道凝结，造成输卸灰困难。主要通过调整高炉煤气气流分布来达到袋式除尘所需温度，主要措施如下：

　　在炉况允许的条件下扩大矿批、降低料速，以利于提高顶温；适当提高生铁硅含量；提高喷煤量，通过增加高炉煤气量来提高顶温；增加中心焦量、适当发展中心气流。以上措施有一定作用，但会牺牲一点高炉经济技术指标。另外，为了减少后续管道的温降，同时采取管道内部喷涂和外部保温的措施。这样既可减少干法输灰管堵塞的可能，亦能提高进入TRT的煤气温度以增加发电量。

　　2.2脉冲喷吹时间过长

　　安钢2#高炉系统干法袋式除尘运行最初两个月，出现脉冲喷吹周期多长的问题，主要原因是喷吹补气速度不够，需要将喷吹间隔设置在8S~10S才能缓解。经过技术人员及操作人员的仔细排查分析，应该有以下两方面原因：一是氮气喷吹管道上减压阀存在缺陷；二是电磁脉冲阀存在内漏现象。随后按此思路更换了新的减压阀，并将箱体单独切换出来进行脉冲阀排查，的确发现部分脉冲阀存在内漏问题(主要是安装质量问题引起)。经过逐项处理，后期脉冲喷吹间隔恢复到3S~5S之间，氮气补气充足。2.3高炉煤气系统酸性腐蚀

　　氯离子对煤气系统的影响：如果煤气中含有大量CL-离子，会对厂区煤气管网(特别是波纹补偿器部位)产生腐蚀，还会在TRT叶片、阀门、烧嘴等部位形成结垢。

　　CL-离子的防止措施：生产时减少氯离子进入高炉。氯离子来源主要有：熄焦用水、烧结矿中配加的湿法除尘污泥、烧结喷洒CaCl2、接触过海水的外矿等，这些在生产中要严格控制。

　　波纹补偿器材质选用更好的。可以采用双层、多层、加气体保护、特殊材料涂层等，但效果不好验证。还有一种方式就是选用进口的Incoly825不锈钢代替254SMo，但造价是原来的三倍。控制煤气温度。CL-离子是在煤气温度低于70℃才发生的。另外就是管道、补偿器要做保温，可控制热量损失。喷洒阻垢剂抑制TRT叶片结垢(结垢主要成分是氯化物)。阻垢剂能够吸收氯离子形成少量溶液，经排水器排出。

　　2.4施工难度较大

　　改造项目不同于新建项目，改造项目均存在场地狭小、地下地上情况复杂、利旧设备情况不明等诸多问题。重点做好以下几点以降低不利影响：①加强现场测绘及地质勘探；②做好预放线及试探打桩工作，弄清地下管道及构筑物；③施工场地区域原布置图应仔细研究，新施工图设计人员应紧密结合好现场，以免与实际情况脱离；④加强与钢厂相关人员沟通，了解利旧设备运行情况，以确保利旧设备满足干法改造后的使用条件。

　　3合同能源管理模式的效益

　　3.1经济效益

　　安钢2#高炉原毕肖夫加湿式TRT运行每小时发电量8600KW.h，干法除尘改造后，由干法袋式除尘加干式TRT运行每小时发电量为13000KW.h，即每小时干法袋式除尘较毕肖夫湿法除尘增加发电量4400KW.h，按每KW.h电0.5元计，运行一个月增加收入4400x24x30x0.5=158.4(万元)。

　　干法袋式除尘运行后，原毕肖夫拆除，减少了煤循水的使用，水量1300t/h，以目前每1000t水600元计，一个月节约水费1300x24x30x0.6=56.16(万元)。

　　在不考虑停机检修的前提下，安钢2#高炉经过湿法改干法后，安钢一个月将新增收入158.4+56.16=214.56(万元)。

　　3.2社会效益

　　干法袋式除尘系统故障降低后，系统运行稳定，降低煤循水消耗、水泵电耗、水处理药剂消耗，提高发电量的同时，降低了炼铁工序能耗，具有清洁、节能、减排、创效的综合社会效益。

　　3.3互利共赢性质

　　合同能源管理模式是一种互利共赢的工程管理、运行模式，降低了钢厂升级改造的风险、提高了能源管理公司的投资回报、减少了环境污染，并带来了巨大的经济效益。

　　4结论

　　“合同能源管理”模式是一种全新的工程管理、设备运行维护及效益分享模式。合同能源管理公司是项目的投资方和总承包商，也是项目投产后的运营服务商，需要有成熟的技术水平和雄厚的资金实力作为项目支持。项目投资和利润在项目改造后钢厂新增效益中逐年返还，钢厂无需承担巨大的工程风险和资金压力，投资方亦能在数年的分享期内获得较高的投资回报，这种模式在当前国内冶金行业具有较好的推广前景。