熱風(fēng)爐富氧燒爐實(shí)踐

李晉東

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠，山西太原030003）

熱風(fēng)爐富氧燒爐實(shí)踐

李晉東

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠，山西太原030003）

針對太鋼煉鐵廠5號高爐熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)的介質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，利用單價(jià)較低的氧氣替代單價(jià)較高的焦?fàn)t煤氣進(jìn)行新的熱風(fēng)爐燃燒工藝的探索，提高熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)的能源可用結(jié)構(gòu)范圍，對整個(gè)熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)燃燒過程中的各種介質(zhì)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)分析、自動(dòng)調(diào)整，保證熱風(fēng)爐正常送風(fēng)溫度為1 250℃，保證熱風(fēng)爐安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

熱風(fēng)爐富氧燒爐焦?fàn)t煤氣

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）煉鐵廠5號高爐采用4座新日鐵外燃式熱風(fēng)爐，空氣、煤氣雙預(yù)熱，參燒部分焦?fàn)t煤氣實(shí)現(xiàn)1 250℃的風(fēng)溫。通過分析計(jì)算，將助燃空氣氧含量提高了1%~7%，在維持熱風(fēng)爐的熱效率，保證1 250℃的風(fēng)溫條件下，可增加高爐煤氣消耗量，節(jié)約焦?fàn)t煤氣。進(jìn)而改善整個(gè)熱風(fēng)爐的能源可用結(jié)構(gòu)，減少熱風(fēng)爐的能源可用成本。

根據(jù)太鋼能源平衡，焦?fàn)t煤氣短缺，氧氣富余，5號高爐熱風(fēng)爐改為富氧燒爐后，可節(jié)約焦?fàn)t煤氣，用于硅鋼冷連軋、不銹鋼冷連軋等準(zhǔn)備投產(chǎn)的項(xiàng)目，從而最終減少太鋼購買天然氣的費(fèi)用。因此，該項(xiàng)目的實(shí)施，對太鋼整體的節(jié)能目標(biāo)具有至關(guān)重要的作用。

1 基礎(chǔ)計(jì)算

1）理論燃燒溫度的計(jì)算。理論燃燒溫度的計(jì)算公式如下：

式中：t理為理論燃燒溫度，℃；Q低為燃料低發(fā)熱值，kJ/kg；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）。

由公式（1）可知，在燃料產(chǎn)物比定壓熱容和燃料種類不變的情況下，隨著氧氣體積分?jǐn)?shù)的增加，燃燒化學(xué)反應(yīng)速度加快，煙氣體積量減少，理論燃燒溫度會逐漸提高。因此利用氧氣置換焦?fàn)t煤氣，可保持熱風(fēng)爐出口風(fēng)溫，用氧氣置換焦?fàn)t煤氣在理論上可行。

2）通過計(jì)算得知，隨著富氧率的提高，高爐煤氣的消耗量逐漸增大，空氣消耗量逐漸減少，焦?fàn)t煤氣的消耗比例逐漸減少，熱風(fēng)爐煙氣量減少幅度很小，熱風(fēng)爐的熱效率能夠基本維持在81%的水平。

2 改造措施

根據(jù)5號高爐熱風(fēng)爐現(xiàn)有工藝技術(shù)條件，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際條件進(jìn)行相關(guān)的改造，主要由以下幾部分組成。

2.1 煤氣管路的改造

通過連通管將焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣主管連通，增加電動(dòng)蝶閥及電動(dòng)盲板閥，若采用參燒焦?fàn)t煤氣燒爐，電動(dòng)蝶閥及電動(dòng)盲板閥處于關(guān)閉狀態(tài)；若采用全燒高爐煤氣燒爐，則關(guān)閉原來焦?fàn)t煤氣總管上慢板閥，然后開啟連通管蝶閥及盲板閥，讓高爐煤氣通過連通管進(jìn)入焦?fàn)t煤氣管道進(jìn)行燃燒，具體見圖1。

圖1 煤氣管路改造圖（單位：mm）

2.2 富氧燒爐系統(tǒng)的改造

按最大富氧量10 000m3/h將氧氣富入5號高爐熱風(fēng)爐，新建一套富氧管路系統(tǒng)，主要包括有一級調(diào)壓閥、二級調(diào)壓閥、流量調(diào)節(jié)閥、快速切斷閥、止回閥及富氧插、截止閥等，具體的管路設(shè)計(jì)見下圖2。

圖2 富氧燒爐管路系統(tǒng)圖

O

2.3 控制系統(tǒng)的改造

2.3.1 檢測儀表設(shè)備（見表1）

表1 檢測儀表設(shè)備表

2.3.2 主要控制手段

氧氣流量控制是通過氧氣管道的流量計(jì)進(jìn)行控制；氧含量控制是根據(jù)空氣主管的氧含量檢測儀進(jìn)行控制；比例控制是通過助燃空氣支管流量之和（4個(gè)）以及畫面設(shè)定的富氧比例反算出富氧流量進(jìn)行控制。

富氧燒爐的關(guān)鍵控制在于助燃空氣富氧率的控制，在助燃空氣支管流量計(jì)精確的條件下，可采用助燃空氣流量控制。根據(jù)燃燒4個(gè)支管的空氣量自動(dòng)調(diào)整富氧量。因?yàn)闊犸L(fēng)爐在控制過程中經(jīng)常要進(jìn)行換爐而且在整個(gè)燃燒過程中根據(jù)計(jì)算機(jī)的控制燃燒的煤氣量會不斷變化，所以富氧量也要隨之變化，才能保證燃燒控制的穩(wěn)定。

3 項(xiàng)目實(shí)施

5號高爐熱風(fēng)爐富氧燒爐工程于2014年9月開工建設(shè)，經(jīng)過各方努力，于2014年12月30日完成設(shè)備安裝，同時(shí)在2015年3月16日于5號高爐休風(fēng)期間，與生產(chǎn)系統(tǒng)配合，進(jìn)行了富氧燒爐系統(tǒng)的調(diào)試以及導(dǎo)入相關(guān)的控制程序，并在高爐送風(fēng)后，富氧燒爐系統(tǒng)隨之投產(chǎn)。富氧率從最初的0.5%逐級調(diào)整，通過不斷觀察、不斷試驗(yàn)、試驗(yàn)再觀察，并最終在2015年8月份把富氧率提高到4%，目前穩(wěn)定運(yùn)行在4%下。

4 效果

通過本項(xiàng)目的研究、實(shí)施和應(yīng)用，太鋼4 350m3高爐熱風(fēng)爐獲得了良好的能耗指標(biāo)，特別是在2015年8月份把富氧率穩(wěn)定在4%后，效果更加明顯，具體見表2。

表2 富氧燒爐投產(chǎn)前后能耗對比表

根據(jù)表2對比，結(jié)合目前太鋼各個(gè)能源介質(zhì)單價(jià)，每年可為太鋼節(jié)約630萬元，該項(xiàng)目為太鋼創(chuàng)造節(jié)能型企業(yè)做出了貢獻(xiàn)，同時(shí)令4 350m3高爐熱風(fēng)爐各項(xiàng)指標(biāo)在同類型熱風(fēng)爐中名列前茅。該項(xiàng)目在太鋼的成功應(yīng)用后，一定會有更廣闊的應(yīng)用前景。

5 目前存在的問題及工作方向

5.1 存在的問題

1）富氧燒爐后，高溫區(qū)擴(kuò)大，對熱風(fēng)爐耐材的影響還需要長時(shí)間細(xì)致觀察，短時(shí)不能盲足增加富氧率。

2）熱風(fēng)爐采用交錯(cuò)并聯(lián)燒爐，在換爐期間，煤氣系統(tǒng)關(guān)閉，由于自動(dòng)控制系統(tǒng)的延遲性，導(dǎo)致熱風(fēng)爐系統(tǒng)瞬時(shí)氧氣量上升，對熱風(fēng)爐的安全操作不利。繼續(xù)提高富氧率，需要合理解決該問題。

5.2 工作方向

1）全面觀察富氧情況下對熱風(fēng)爐耐材的影響，為下一步提高富氧率做準(zhǔn)備。

2）從工藝方面或設(shè)備控制方面采取措施解決在換爐期間氧氣含量瞬時(shí)上升的問題，積極探索更高富氧率工況下熱風(fēng)爐系統(tǒng)各參數(shù)的變化趨勢。

（編輯：苗運(yùn)平）

Practice of Oxygen Enriched Combustion Furnace for Hot Blast Stove

LI Jindong

（Iron-making Plant of TISCO,Taiyuan Shanxi030003）

The structure of combustion system of hot blast stove in No.5 BF of TISCO iron works is adjusted.New combustion process in hot blast furnace at the lower oxygen instead of the higher price of coke oven gas is explored to improve energy available structure range in blast furnace combustion system.All parameters in combustion process of hot blast stove combustion system are automatically analyzed and adjusted,ensuring the normal air temperature for hot blast furnace is 1 250℃,and safe,stable,high efficientoperation of hotblast furnace.

hotblast stove,oxygen enriched combustion furnace,coke oven gas

TF578.3

A

1672-1152（2017）02-0055-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.20

2017-02-15

李晉東（1977—），男，1999年畢業(yè)于太原理工大學(xué)液壓傳動(dòng)與控制本科專業(yè)，現(xiàn)在太鋼煉鐵廠設(shè)備能源科從事技改項(xiàng)目的工程技術(shù)工作，工程師。