150 t轉(zhuǎn)爐鋼包烘烤器優(yōu)化實(shí)踐

王 彬，趙澤東

引言

隨著生產(chǎn)節(jié)奏的提升，我廠原有單蓄熱鋼包烘烤器因蓄熱能力不足，控制手段落后，存在鋼包烘烤升溫速度慢、烘烤溫度低、煤氣消耗量大等缺點(diǎn)，為滿足生產(chǎn)工藝要求，降低出鋼過程溫降對鋼包烘烤器進(jìn)行雙蓄熱式改造。蓄熱式燃燒技術(shù)又稱新型蓄熱式高溫余熱回收和空氣預(yù)熱技術(shù)，是高溫空氣燃燒技術(shù)（HTAC-high temperature air combustion）的一個(gè)部分，可以分為僅預(yù)熱空氣的單蓄熱式和既預(yù)熱空氣又預(yù)熱煤氣的雙蓄熱式燃燒。對于鋼包烘烤器而言，當(dāng)前鋼鐵企業(yè)對于這兩種預(yù)熱方式均有利用。

1 單、雙蓄熱式烘烤器工作原理概述

單蓄熱烘烤器僅對空氣進(jìn)行預(yù)熱，雙蓄熱烘烤器對空氣、煤氣均進(jìn)行預(yù)熱。單蓄熱主要用于高熱值煤氣，這是因?yàn)楦邿嶂等剂媳旧頍嶂蹈?，燃燒溫度高，僅僅對空氣預(yù)熱就能達(dá)到很高的燃燒溫度；同時(shí)因?yàn)榭杖急却?，煤氣占份額較少，放棄對煤氣預(yù)熱，對烘烤效率影響也較小，所以，為了降低成本，高熱值煤氣可以采用單蓄熱。而對于低熱值煤氣，則需要采用雙蓄熱烘烤方式。一方面因?yàn)槊簹鉄嶂档?，需要空氣、煤氣都進(jìn)行預(yù)熱才能滿足烘烤器的溫度要求；另一方面，低熱值煤氣空燃比很小，煤氣占份額很大，如果放棄煤氣預(yù)熱，將會浪費(fèi)大量煙氣余熱，降低烘烤器效率。

單蓄熱烘烤器有2個(gè)腔室，雙蓄熱烘烤器則必須有4個(gè)腔室。在圖1所示的基礎(chǔ)上，獨(dú)立加裝另外一套同原理換熱系統(tǒng)，2套換熱系統(tǒng)同時(shí)工作，共用一部分蓄熱體，分別對助燃空氣和可燃?xì)怏w進(jìn)行預(yù)熱，回收燃燒煙氣余熱。

與對流式換熱器不同，蓄熱式煙氣與蓄熱體、蓄熱體與燃燒介質(zhì)之間的換熱是接觸式的。這種接觸式換熱效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對流式。所以較之以往的自預(yù)熱式烘烤器，蓄熱式烘烤器回收煙氣余熱更多，烘烤效率更高。同樣，單蓄熱烘烤器與雙蓄熱烘烤器相比，雙蓄熱烘烤器在煙氣余熱回收方面則更占據(jù)較明顯優(yōu)勢，排放煙氣溫度也較單蓄熱烘烤器更低，但為防止蓄熱體內(nèi)水分以液態(tài)存在而影響使用壽命，一般控制排煙溫度在100～150℃之間。

2 對原鋼包烘烤器進(jìn)行改造

圖1 蓄熱式燃燒技術(shù)原理圖

2.1 單預(yù)熱改為雙預(yù)熱

將單對助燃空氣預(yù)熱改造為對助燃空氣與可燃煤氣雙預(yù)熱。目的是助燃空氣管路與可燃煤氣管路分別通過蓄熱體實(shí)現(xiàn)對其燃燒前預(yù)熱，通過優(yōu)化燒嘴實(shí)現(xiàn)燃燒前預(yù)混，保證煤氣燃燒更加充分。

2.2 要有足量蜂窩蓄熱體

蜂窩體是煙氣與燃燒介質(zhì)之間換熱的媒介。燒嘴蓄熱時(shí)，高溫?zé)煔饬鹘?jīng)蜂窩體，將其預(yù)熱至較高溫度，同時(shí)降低至100℃左右排出；一個(gè)周期后，換向，常溫的燃燒介質(zhì)流過高溫的蜂窩體，被加熱至高溫，參與燃燒，同時(shí)，蜂窩體被冷卻。蜂窩體需要有足夠的熱容量，方能充分回收煙氣中的熱量。蓄熱體量不足會產(chǎn)生兩方面問題：一方面是因?yàn)樾顭狍w蓄熱能力不足，空氣、煤氣預(yù)熱溫度很低，大部分熱量還是隨著煙氣排放出去，達(dá)不到節(jié)能效果；另一方面，因?yàn)樾顭崮芰Σ蛔?，煙氣溫度降不下來，高溫?zé)煔鈺龎囊L(fēng)機(jī)、換向閥等設(shè)備。經(jīng)過熱平衡計(jì)算，得出結(jié)論：1000 m3/h的煙氣流量需0.18 m3蓄熱體。

2.3 優(yōu)化布局及安保系統(tǒng)

原鋼包烘烤器為節(jié)省管道，換向閥、引風(fēng)機(jī)等設(shè)備都在包蓋附近，處于高溫區(qū)域，很難保證壽命，改造后的烘烤器換向閥、引風(fēng)機(jī)等設(shè)備都布置在地坪，遠(yuǎn)離高溫區(qū)的同時(shí)便于維護(hù)維修。對于處于高溫區(qū)的元器件，如熱電偶、點(diǎn)火器和火焰檢測器等設(shè)備，都加以保護(hù)罩，并進(jìn)行風(fēng)冷保護(hù)。穿過包口的電纜管內(nèi)均通有冷卻風(fēng)?？纱_保電氣元件安全可靠運(yùn)行。烘烤器設(shè)有低壓保護(hù)、斷電保護(hù)、熄火保護(hù)和CO超標(biāo)保護(hù)，一旦發(fā)生故障則實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動切斷并發(fā)出聲光報(bào)警。

2.4 精密控制系統(tǒng)

（1）精密空燃比控制。烘烤器空氣管道和煤氣管道上均裝有流量檢測裝置和自動調(diào)節(jié)閥?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)空燃比和煤氣流量自動調(diào)節(jié)空氣量。確保了烘烤器在最佳空氣燃?xì)馀浔认氯紵?。避免了人工粗獷調(diào)節(jié)產(chǎn)生的浪費(fèi)，同時(shí)也消除了烘烤過程中煤氣壓力波動對燃燒的影響。

（2）合理的控制曲線。烘烤器具備按給定的流量曲線自動烘烤的功能。通過觸摸屏設(shè)定和選擇曲線，烘烤器可以自動調(diào)節(jié)空、煤氣的流量以滿足烘烤要求。

烘烤曲線有時(shí)間-溫度曲線和時(shí)間-流量曲線兩種。

時(shí)間－溫度曲線控制：烘烤器具備按給定的流量曲線自動烘烤的功能。通過觸摸屏選定預(yù)先設(shè)置好曲線，實(shí)現(xiàn)一鍵自動烘烤器功能；烘烤器溫度曲線啟動溫度PID調(diào)節(jié)器，使用溫度閉環(huán)控制，烘烤器分別給煤氣流量調(diào)節(jié)閥和空氣流量調(diào)節(jié)閥送出預(yù)先設(shè)定值，完成煤氣和空氣流量的PID控制。經(jīng)現(xiàn)場測試，自動烘烤器反饋溫度與設(shè)定工藝溫度波動在±25℃以內(nèi)。

時(shí)間－流量曲線控制：用戶無法提供溫升曲線的情況下，可以使用時(shí)間-流量曲線。細(xì)化流量段：通過大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場反饋數(shù)據(jù)，提煉數(shù)學(xué)模型，精確計(jì)算出每個(gè)升溫段、保溫段需要的時(shí)間和流量，現(xiàn)場精確修正。一個(gè)離線烘烤器周期大概設(shè)定8～12個(gè)控制段，專家模糊控制系統(tǒng)。

3 單、雙蓄熱式鋼包烘烤器改造效果對比

我廠自2017年對4#烘烤器進(jìn)行改造，運(yùn)行一段時(shí)間以來烘烤效果相比未改造的烘烤器逐步顯現(xiàn)其優(yōu)勢。兩者對比效果如表1、表2。

表1 改造烘烤器煤氣消耗對比

表2 改造烘烤器烘烤效果對比

根據(jù)改造烘烤器與未改造烘烤消耗數(shù)據(jù)與烘烤效果的對比，通過蓄熱方式、控制手段的優(yōu)化改造，首先從煤氣消耗流量方面降低約25%；對于同類型鋼包同烘烤時(shí)間內(nèi)改造后烤包器較改造前升溫約30℃，達(dá)到相同烘烤溫度水平時(shí)，烘烤時(shí)間則相對未改造烤包器縮短8～9 h。

4 結(jié)語

雙蓄熱式烘烤器的改造能夠回收更多的煙氣余熱，通過調(diào)整蓄熱蜂窩體體積、優(yōu)化控制系統(tǒng)等手段，在提升烘烤效果的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)煤氣消耗的節(jié)約，對于其他類似單位有一定的借鑒意義。