高爐煤氣放散塔點(diǎn)火裝置改造

摘 要：原有點(diǎn)火燃燒技術(shù)在運(yùn)行中局部存在問題，采用目前工藝先進(jìn)的高爐煤氣點(diǎn)火伴燒的高爐煤氣放散塔點(diǎn)火裝置技術(shù)。所選用的設(shè)備為武漢維特拉自動(dòng)化電氣工程有限公司W(wǎng)ZGLF-III高爐煤氣自動(dòng)放散點(diǎn)火裝置，該裝置具有使用低熱值煤氣（600 KJ/Nm3左右）點(diǎn)火伴燒和燃燒穩(wěn)定的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高爐煤氣；放散塔點(diǎn)火裝置；伴燒；燃燒器

中圖分類號：TQ542.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）3-0172-02

昆鋼本部共有四座高爐：其中二座為400 m3，一座為

1 000 m3，一座為2 000 m3。其副產(chǎn)品高爐煤氣供煉鐵、煉鋼、軋鋼、焦化用戶，剩余高爐煤氣供發(fā)電鍋爐用。煤氣系統(tǒng)隸屬動(dòng)力能源分公司燃?xì)廛囬g管轄。高爐煤氣系統(tǒng)共配置三座煤氣放散塔，分別建于第六煤氣加壓站、第五煤氣洗滌塔站和第一煤氣加壓站，放散壓力分別為12 KPa、12 KPa和11 KPa。高爐煤氣放散塔是煤氣系統(tǒng)的重要設(shè)施，其作用是在系統(tǒng)超壓時(shí)進(jìn)行煤氣燃燒放散，確保煤氣系統(tǒng)的安全。

1 原有高爐煤氣放散塔點(diǎn)火裝置工藝簡介

第一煤氣加壓站的高爐煤氣放散塔，使用焦?fàn)t煤氣長明火點(diǎn)火、伴燒，從DN600焦?fàn)t煤氣總管引一根DN80的焦?fàn)t煤氣伴燒主管至高爐煤氣放散塔塔頂，在放散塔塔頂分支為四根DN25的焦?fàn)t煤氣伴燒支管，并通過兩個(gè)電子點(diǎn)火器點(diǎn)燃焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣又點(diǎn)燃高爐煤氣。焦?fàn)t煤氣連續(xù)燃燒（長明火）。年消耗量約17.52 萬 m3（約112.6 t標(biāo)準(zhǔn)煤）。

2 高爐煤氣放散塔點(diǎn)火裝置存在的問題分析及對策

2.1 存在的問題及原因

原有點(diǎn)火燃燒技術(shù)在運(yùn)行中局部存在問題。首先，此技術(shù)需要點(diǎn)火裝置處于持續(xù)燃燒的狀態(tài)，在不放散高爐煤氣的時(shí)段，點(diǎn)火伴燒氣（焦?fàn)t煤氣）連續(xù)燃燒，浪費(fèi)了大量焦?fàn)t煤氣。其次，在暴雨、大風(fēng)天氣，或者當(dāng)焦?fàn)t煤氣壓力低時(shí)，會造成點(diǎn)火裝置熄火，高爐煤氣擴(kuò)散入空氣中，存在很大的隱患。同時(shí)，因?yàn)榻範(fàn)t煤氣中含有焦油，焦油長期聚集在點(diǎn)火裝置的盤管中會引起火嘴堵塞，所以每半個(gè)月都需要對點(diǎn)火裝置管道進(jìn)行蒸汽吹掃，焦油堵塞嚴(yán)重時(shí)，還需要進(jìn)行管道疏通，消耗了人力物力。

2.2 改造內(nèi)容

采用目前工藝先進(jìn)的高爐煤氣點(diǎn)火伴燒的高爐煤氣放散塔點(diǎn)火裝置技術(shù)。

2.2.1 主要設(shè)備特點(diǎn)

所選用的設(shè)備為武漢維特拉自動(dòng)化電氣工程有限公司W(wǎng)ZGLF-III高爐煤氣自動(dòng)放散點(diǎn)火裝置，該裝置具有使用低熱值煤氣（600 KJ/Nm3左右）點(diǎn)火伴燒和燃燒穩(wěn)定的特點(diǎn)。

2.2.2 主燃燒器工作原理及特點(diǎn)（如下圖1所示）

主燃燒器是整個(gè)高爐剩余煤氣放散系統(tǒng)中最關(guān)鍵的設(shè)備。該裝置摒棄了傳統(tǒng)的補(bǔ)充高熱值氣體助燃的方法，即使在惡劣的工況（短時(shí)超負(fù)荷、放散量特別小、煤氣含水量過高、大風(fēng)、大雨等）下，在“煤氣伴燒火焰噴射器”的伴燒下，就能使大量低熱值的放散氣體得以充分燃燒，從而將大大降低對環(huán)境的污染。燃燒器內(nèi)布置有“空氣預(yù)熱器”和“伴燒煤氣預(yù)熱器”利用放散煤氣的燃燒產(chǎn)生的熱能將伴燒“高爐煤氣火焰噴射器”所需的空氣和煤氣預(yù)熱，使伴燒更加穩(wěn)定。由于高爐煤氣中的CO2，N2既不參與燃燒產(chǎn)生熱量，也不能助燃，相反，還吸收大量的燃燒過程中產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致高爐煤氣的理論燃燒溫度偏低。所以燃燒器的2次燃燒室能將15%～30%放散煤氣的燃燒熱量儲存，用以引燃后續(xù)放散煤氣，以達(dá)到放散煤氣的持續(xù)燃燒、由燃燒產(chǎn)生的“熱風(fēng)引射效應(yīng)”在煤氣放散口形成熱負(fù)壓區(qū)，使放散煤氣直接以旋切形式進(jìn)入燃燒器。由于通過蓄熱室預(yù)熱的氣體量多，因此蓄熱室、小煙道和分煙道的廢氣溫度都較低。

整過的燃燒過程采用由PLC S7-200為主要控制核心的“燃燒器控制系統(tǒng)（BCS）和燃燒安全系統(tǒng)（FSS）”進(jìn)行監(jiān)控。

燃燒器控制系統(tǒng)（BCS）和燃燒安全系統(tǒng)（FSS），可對燃燒器內(nèi)運(yùn)行的主要參數(shù)和輔機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測并對伴燒火焰噴射器進(jìn)行管理，在操作人員來不及處理的危機(jī)情況下，將燃燒系統(tǒng)置于安全狀態(tài)，從而保證燃燒器及所有附助設(shè)備的安全。

2.2.3 煤氣伴燒火焰噴射器工作原理（如下圖2所示）

燃燒反應(yīng)能夠發(fā)生的另一條件是氣體分子間能夠發(fā)生有效碰撞，即擁有足夠能量的相互之間能夠發(fā)生氧化反應(yīng)的分子間發(fā)生的碰撞，由于高爐煤氣有大量的C02、N2的存在，減少了分子間發(fā)生有效碰撞的幾率，宏觀上表現(xiàn)為燃燒速度慢，燃燒不穩(wěn)定，運(yùn)用“回流區(qū)分級著火燃燒技術(shù)”，以及“預(yù)混引射技術(shù)”的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)開發(fā)的“高爐煤氣伴燒器”，通過強(qiáng)化燃燒的基本原理和方法解決高爐煤氣因熱值較低，作為伴燒長明火時(shí)燃燒不充分和易熄火的問題。噴射器的燃?xì)鈬娮觳捎迷O(shè)計(jì)獨(dú)特的環(huán)形和牛百頁式蓄熱設(shè)計(jì)方式，具有至少一層環(huán)形的薄層燃?xì)馍淞?，在每一層環(huán)形燃?xì)馍淞鞯膬蓚?cè)則均為環(huán)形的空氣射流。燃燒器內(nèi)部的牛百頁式蓄熱內(nèi)燃?xì)夂涂諝饽苎杆佼a(chǎn)生強(qiáng)烈而均勻的摻混，穩(wěn)定的煤氣壓力（通過伴燒管道管道煤氣穩(wěn)壓器）和可以持續(xù)的高頻點(diǎn)火方式（能連續(xù)點(diǎn)火1萬h）及自吸式配風(fēng)能確?；鹧鎳娚淦鞯幕鹧娉掷m(xù)穩(wěn)定燃燒。由于采用熱負(fù)壓自吸風(fēng)方式所以燃?xì)馀c空氣的摻混迅速劇烈，噴射器能得到比普通燃?xì)馊紵鞲叩幕鹧鏈囟?，保證在大風(fēng)、大雨等惡劣環(huán)境的狀態(tài)下穩(wěn)定燃燒。

高爐煤氣中的惰性氣體約占60%以上。因而火焰較長便于形成伴燒所需的正向旋轉(zhuǎn)火球。

2.2.4 工程及工藝流程描述

①結(jié)構(gòu)敘述

從高爐煤氣主管網(wǎng)上的放空閥處引一根管道（DN1 400）到放散塔頂部平臺。放散口處直接與武漢維特拉自動(dòng)化電氣工程有限公司的防回火裝置和全天候儲熱燃燒器（火炬頭）相接。高爐煤氣自標(biāo)高為36.8 m的火炬排出，并用伴燒煤氣（高爐煤氣）點(diǎn)燃。

②煤氣放散管路

高爐放散氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥、水平工藝管、放散管筒體、阻火器、旋流片至主燃燒器燃燒放散；水平工藝管上設(shè)壓力變送器，當(dāng)放散管放散時(shí)將檢測信號傳送至PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)打開伴燒閥門，執(zhí)行自動(dòng)點(diǎn)火操作。

③脫水器

伴燒煤氣經(jīng)伴燒電動(dòng)閥通過管道進(jìn)入“脫水器”脫水后延管道垂直上升到頂層平臺的伴燒煤氣環(huán)管后直接進(jìn)入伴燒煤氣系統(tǒng)。

脫水器具備自動(dòng)恒溫功能，確保冬季不結(jié)冰保證設(shè)備的正常運(yùn)行；

脫水器具備自動(dòng)排水功能，確保容器水位不溢到煤氣出口處；

脫水器具備沖洗功能，保證對容器內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)行定期排除；

④管道煤氣穩(wěn)壓器（調(diào)壓器）

布置在伴燒煤氣電動(dòng)閥前的“管道煤氣穩(wěn)壓器”是保證伴燒煤氣穩(wěn)定燃燒的必須裝置。

⑤WZKZL-3型點(diǎn)火控制主柜

WZKZL-3型點(diǎn)火控制主柜主要監(jiān)控對象：3臺伴燒火焰噴射器、1臺伴燒煤氣閥、1套主燃燒器火焰燃燒工況、3臺伴燒火焰噴射器的火焰燃燒工況、脫水器的穩(wěn)定控制。

控制核心為西門子S7-200，并預(yù)留點(diǎn)對點(diǎn)和通訊接口與新增用戶自備的PLC系統(tǒng)連接。

3 高爐煤氣放散塔點(diǎn)火裝置改造后效果

本項(xiàng)目改造前采用焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火伴燒，焦?fàn)t煤氣消耗量約20 m3/h，年消耗焦?fàn)t煤氣量17.52萬 m3，合112.6 t標(biāo)準(zhǔn)煤。購買焦?fàn)t煤氣費(fèi)用約42萬元。還出現(xiàn)時(shí)有熄火燃燒不穩(wěn)定的情況。

投入45萬元進(jìn)行改造，改造后的放散塔點(diǎn)火成功率100%，燃燒穩(wěn)定，無未燃燒的煤氣放散，沒有煤氣放散對大氣的污染，也沒用對周圍設(shè)備人身安全的威脅，社會效益顯著。預(yù)計(jì)一年即可收回投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié) 語

通過對以上高爐煤氣放散塔焦?fàn)t煤氣伴燒的弊端和高爐煤氣自動(dòng)放散點(diǎn)火裝置的介紹，使用高爐煤氣自動(dòng)放散點(diǎn)火裝置能有效防止伴燒火焰熄滅而引起的焦?fàn)t煤氣擴(kuò)散到大氣中的弊端，并減少焦?fàn)t煤氣的使用，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均十分可觀。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈瓊，王樹忠.高爐煤氣放散塔火炬系統(tǒng)的改造實(shí)踐[J].冶金動(dòng)力，2010，（6）.