富氧燒爐技術(shù)在熱風(fēng)爐中的應(yīng)用

張旭輝， 劉文文， 趙新民， 鄭 偉， 鄭 毅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

富氧燒爐技術(shù)在熱風(fēng)爐中的應(yīng)用

張旭輝， 劉文文， 趙新民， 鄭 偉， 鄭 毅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

通過對太鋼熱風(fēng)爐富氧燒爐技術(shù)的實(shí)踐研究，在對不同條件下合理空燃比的探尋中，最終找到富氧率為4%時(shí)，拱頂溫度和廢氣溫度皆在可控范圍內(nèi)，且焦?fàn)t煤氣用量減少43%。

熱風(fēng)爐 富氧率 空燃比

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）5號(hào)高爐（4 350 m3）采用4座新日鐵外燃式熱風(fēng)爐，拱頂溫度維持1 400℃以上，保證高爐使用的風(fēng)溫長期穩(wěn)定在1 250℃左右，在熱風(fēng)爐燒爐前通過預(yù)熱高爐煤氣和助燃空氣，并摻燒部分焦?fàn)t煤氣，降低了高爐固體燃料消耗。在日常生產(chǎn)中，為了保持較高的拱頂溫度，焦?fàn)t煤氣用量占總能源介質(zhì)的比例為3%。由于焦?fàn)t煤氣不僅價(jià)格昂貴，且各工序?qū)ζ湫枨罅勘容^大，公司焦?fàn)t煤氣平衡問題尤顯突出，減少熱風(fēng)爐焦?fàn)t煤氣使用量對公司能源介質(zhì)平衡有著重要的意義。面對這些問題，可從兩方面入手，一是尋找替代焦?fàn)t煤氣的介質(zhì)，二是提高助燃空氣中的氧含量。而許多廠家使用轉(zhuǎn)爐煤氣替代焦?fàn)t煤氣，但太鋼轉(zhuǎn)爐煤氣尚供給不足，而制氧能力卻有較大富裕。因此，有必要開展富氧燒爐技術(shù)而減少焦?fàn)t煤氣的可行性研究和應(yīng)用。

1 熱風(fēng)爐富氧燒爐的可行性研究

1.1 富氧燒爐工業(yè)分析

根據(jù)太鋼5號(hào)高爐熱風(fēng)爐工作特點(diǎn)，在維持理論燃燒溫度不變時(shí)，在不同富氧率下計(jì)算焦?fàn)t煤氣用量、空氣用量、高爐煤氣用量、廢氣量的變化情況見圖1。

圖1 高爐煤氣量、焦?fàn)t煤氣量、空氣量和廢氣量隨富氧率的變化情況

計(jì)算表明，隨著富氧率的提高，空氣用量和焦?fàn)t煤氣用量逐漸減少，高爐煤氣的用量逐漸增大，煙氣量減少的幅度不大。通過計(jì)算可知，當(dāng)富氧率提至4%時(shí)，焦?fàn)t煤氣用量降至5 000 m3/h。

1.2 富氧燒爐特性分析

理論燃燒溫度計(jì)算公式為：

式中，t理為理論燃燒溫度，℃；Vn為單位質(zhì)量燃?xì)獾臒煔怏w積，m3/kg；C產(chǎn)為煙氣比定壓熱容，kJ/（m3·K）；QDW為混合燃料低發(fā)熱值，kJ/kg。

當(dāng)高發(fā)熱值的煤氣減少時(shí)，混合煤氣低發(fā)熱量QDW將降低，若維持理論燃燒溫度不變，需要減少生成物的量［1］。

燃?xì)馔耆紵龝r(shí)，理論煙氣量為：

式中，Vy為理論燃燒產(chǎn)物的生成量，m3/m3；nCO、nH2、nCO2、nN2、nH2O、nO2為高爐煤氣中各成分體積分?jǐn)?shù)；VO2為空氣中氧含量，%。

助燃空氣經(jīng)過富化后，氧濃度提高，同等燃燒條件下（燃燒相同煤氣量、產(chǎn)生燃燒熱量不變），燃燒所需空氣量減少，生成物的量也將減少，理論燃燒溫度將保持不變［2］。

2 熱風(fēng)爐富氧燒爐技術(shù)的實(shí)施

助燃空氣通入一定量的氧氣來提高空氣含氧量，需要設(shè)計(jì)富氧管道系統(tǒng)和對助燃空氣管道進(jìn)行改造。根據(jù)工藝要求，太鋼氧氣總管壓力1.2 MPa經(jīng)富氧管道系統(tǒng)中壓力調(diào)節(jié)閥和管徑變化調(diào)低至20 kPa，之后進(jìn)入助燃空氣管道，經(jīng)過空氣換熱器，富化的助燃空氣溫度可預(yù)熱至150℃，在燃燒器中參與燃燒反應(yīng)。

熱風(fēng)爐富氧燒爐的控制形式有以下三種：按氧氣流量控制，通過氧氣管道的流量計(jì)進(jìn)行控制，范圍為：0～10 000 m3/h；按氧含量控制，通過空氣主管的氧含量（體積分?jǐn)?shù)）檢測儀進(jìn)行控制，范圍為：20%～30%；按比例控制，通過助燃空氣支管流量之和（4個(gè)）以及畫面設(shè)定的富氧比例（0～7%）反算出富氧流量進(jìn)行控制。

3 熱風(fēng)爐富氧燒爐技術(shù)應(yīng)用效果

3.1 富氧燒爐對廢氣溫度的影響

太鋼5號(hào)高爐熱風(fēng)爐爐箅子設(shè)計(jì)溫度小于400℃，因此，富氧燒爐后廢氣溫度必須小于爐箅子設(shè)計(jì)溫度，經(jīng)計(jì)算可知：當(dāng)單獨(dú)使用高爐煤氣燒爐時(shí)，富氧率7%的條件下，廢氣溫度大于410℃，對熱風(fēng)爐安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。實(shí)際運(yùn)行過程中，廢氣溫度與富氧率的變化趨勢見圖2。從圖2中可知，富氧率4%時(shí)，廢氣溫度已經(jīng)升至368℃，比不富氧時(shí)提高33℃，此廢氣溫度下，熱風(fēng)爐可安全運(yùn)行。

圖2 不同富氧率燒爐條件下廢氣溫度變化情況

3.2 富氧燒爐對煤氣消耗的影響

如圖3所示，隨著熱風(fēng)爐富氧率不斷提升，高爐煤氣用量和焦?fàn)t煤氣用量也有著明顯的變化。當(dāng)富氧率提至4%時(shí)，焦?fàn)t煤氣用量降至3 700 m3/h，較不富氧時(shí)降幅為43%，而高爐煤氣用量增加25%，可看出焦?fàn)t煤氣降低的幅度遠(yuǎn)大于高爐煤氣的升高的幅度。而就目前太鋼高爐煤氣及焦?fàn)t煤氣價(jià)格體系來看，兩種介質(zhì)價(jià)格相差27倍，經(jīng)耦合計(jì)算，在富氧率4%條件下，每年可節(jié)約500萬元。

圖3 不同富氧率燒爐條件下高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣用量

3.3 富氧燒爐對空燃比的影響

在不同的富氧率的條件下，需要調(diào)整高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的空燃比，以達(dá)到所需的拱頂溫度滿足高爐的要求，根據(jù)理論測算和實(shí)際生產(chǎn)中拱頂溫度和殘氧量的限制，尋找不同富氧率條件下的合理空燃比。在不富氧的情況下，太鋼5號(hào)高爐熱風(fēng)爐的焦?fàn)t煤氣空燃比為6.1，高爐煤氣空燃比為0.58。而在富氧燒爐后，空燃比的變化情況見圖4所示。富氧率提升至4%時(shí)，高爐煤氣空燃比下降12.06%，焦?fàn)t煤氣空燃比下降14.75%。

圖4 不同富氧率下的空燃比

4 結(jié)論

1）太鋼5號(hào)高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用富氧燒爐技術(shù)，為保證風(fēng)溫長期保持在1 250℃左右，且拱頂溫度和廢氣溫度安全可行，富氧率應(yīng)穩(wěn)定在4%左右。

2）在生產(chǎn)實(shí)踐中，隨著富氧率的提高，焦?fàn)t煤氣逐漸減少。當(dāng)富氧率為4%時(shí)，焦?fàn)t煤氣用量比不富氧條件節(jié)約43%。

3）通過實(shí)踐不同富氧率條件下合理高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣空燃比，富氧率4%時(shí)，高爐煤氣空燃比0.51，焦?fàn)t煤氣空燃比5.2。

［1］ 宋文剛，林成城.寶鋼高爐熱風(fēng)爐新技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用［J］.煉鐵，2005（9）:64-66.

［2］ 孟凡雙，周振龍.富氧燃燒對熱風(fēng)爐操作的影響及評(píng)價(jià)［J］.工業(yè)加工，2011（3）:15-18.

（編輯：苗運(yùn)平）

Application of Oxygen Enrichment Oven Technology in Hot Stove

ZHANG Xuhui，LIU Wenwen，ZHAO Xinmin，ZHENG Wei，ZHENG Yi
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

Through practical research on oxygen enrichment oven technology in TISCO hot stove，this paper explores reasonable air-fuel ratio under different conditions，finally finds when oxygen enrichment rate is at 4%，the dome temperature and exhaust gas temperature are within the controllable range，and the amount of coke oven gas is decreased by 43%.

hot stove，oxygen enrichment rate，air-fuel ratio

TF544

A

1672-1152（2016）05-0064-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.24

2016-10-14

張旭輝（1987—），男，現(xiàn)于太鋼煉鐵廠5號(hào)高爐作業(yè)區(qū)從事煉鐵技術(shù)管理工作，助理工程師