直燃式煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)在寧鋼的應(yīng)用

呂向東，胡海青，劉永平

（寧波鋼鐵有限公司能源環(huán)保部，浙江寧波 315807）

1 概述

寧鋼主廠區(qū)分布著高爐煤氣燃燒放散管3根，轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒放散管3根，焦?fàn)t煤氣燃燒放散管1根，技術(shù)改造前都是傳統(tǒng)的煤氣放散系統(tǒng)。它們?nèi)坎捎锚?dú)立的焦?fàn)t煤氣作為燃料氣源，在整個(gè)放散系統(tǒng)中鋪設(shè)有專門的點(diǎn)火伴燒管道閥門系統(tǒng)。冶金行業(yè)的煤氣放散系統(tǒng)出于對(duì)安全環(huán)保的考慮，往往都是采取高空燃燒放散，寧鋼的煤氣放散塔高度約為60 m，相應(yīng)的點(diǎn)火伴燒管約有80 m，在長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這80 m的點(diǎn)火伴燒管容易發(fā)生堵塞，從而影響煤氣的正常燃燒放散。為了避免發(fā)生煤氣不燃燒放散的事故，在煤氣不放散時(shí)會(huì)對(duì)點(diǎn)火伴燒專用焦?fàn)t煤氣管道進(jìn)行定期的清掃維護(hù)，無(wú)形中增加了員工的工作量及安全風(fēng)險(xiǎn)。新型直燃式點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)沒(méi)有常明燈和伴燒環(huán)管，它直接利用放散的煤氣作為燃料燃燒，本身起到了傳統(tǒng)煤氣放散系統(tǒng)中的常明燈和伴燒環(huán)管的作用，既能保證放散煤氣的正常燃燒，相對(duì)于傳統(tǒng)煤氣放散系統(tǒng)中的常明燈平時(shí)一直燒著，又能節(jié)約大量的焦?fàn)t煤氣。

2017年3月份寧鋼引進(jìn)了直燃式煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)，陸續(xù)對(duì)主廠區(qū)的高焦轉(zhuǎn)爐煤氣燃燒放散管進(jìn)行了技術(shù)改造，從改造后近1年的實(shí)踐來(lái)看效果顯著，不僅徹底杜絕了因點(diǎn)火管堵塞而影響安全放散的事件發(fā)生，由于新型直燃式點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)沒(méi)有獨(dú)立的燃燒系統(tǒng)，無(wú)需經(jīng)常清掃點(diǎn)火管道，還有效地降低了員工的工作量及安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要部件包括點(diǎn)火伴燒器、火焰探測(cè)器、高壓發(fā)生調(diào)理器、高壓電纜及支撐組件、主控器和DCS系統(tǒng)。

2.2 工作原理

2.2.1 轉(zhuǎn)爐煤氣放散系統(tǒng)

從煉鋼一次風(fēng)機(jī)房出來(lái)的轉(zhuǎn)爐煤氣，如果不具備回收條件，就會(huì)通過(guò)三通閥送至轉(zhuǎn)爐煤氣放散塔，與此同時(shí)系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)，當(dāng)主控系統(tǒng)獲得啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)后，就會(huì)立即啟動(dòng)直燃式高空點(diǎn)火伴燒器點(diǎn)火，點(diǎn)燃放散的轉(zhuǎn)爐煤氣，裝在放散塔頭部的火焰探測(cè)器會(huì)將煤氣燃燒情況反饋給系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)確認(rèn)煤氣燃燒正常后，發(fā)出停止點(diǎn)火信號(hào)，高壓發(fā)生調(diào)理器停止工作，轉(zhuǎn)爐煤氣正常燃燒放散。過(guò)程中如果出現(xiàn)煤氣意外熄滅的情況，火焰探測(cè)器也會(huì)將煤氣未燃燒情況反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)確認(rèn)仍處于放散狀態(tài)，就會(huì)再次給出啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)，點(diǎn)燃意外熄滅的煤氣，直至系統(tǒng)確認(rèn)煤氣燃燒正常后，發(fā)出停止點(diǎn)火信號(hào)，高壓發(fā)生調(diào)理器停止工作。

2.2.2 高焦煤氣放散系統(tǒng)

當(dāng)高焦煤氣主管網(wǎng)壓力或高焦煤氣柜柜位信號(hào)高于相應(yīng)的設(shè)定值（具體設(shè)定值可根據(jù)工藝需要調(diào)整）時(shí)，高焦煤氣放散塔放散閥打開(kāi)，與此同時(shí)系統(tǒng)會(huì)給出相應(yīng)的啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)，其系統(tǒng)的控制動(dòng)作原理與轉(zhuǎn)爐煤氣放散系統(tǒng)相一致。

3 系統(tǒng)主要設(shè)備

3.1 直燃式高空點(diǎn)火伴燒器

直燃式高空點(diǎn)火伴燒器自身高1.2 m，其上部高于放散管頂口約0.4 m，用支腳焊接在放散管防風(fēng)罩的外壁上，每根放散管上安裝2套直燃式高空點(diǎn)火伴燒器。放散煤氣自動(dòng)引入直燃式高空點(diǎn)火伴燒器，經(jīng)過(guò)伴燒器內(nèi)部的催化反應(yīng)室后點(diǎn)火燃燒。

3.2 火焰探測(cè)組件

火焰探測(cè)器由安裝在伴燒器內(nèi)部的熱電偶套件組成，它將檢測(cè)到的煤氣溫度信號(hào)反饋給主控制系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)根據(jù)煤氣溫度信號(hào)判斷放散煤氣是否點(diǎn)燃并正常燃燒，從而自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的點(diǎn)火信號(hào)。

3.3 高溫高壓引撐系統(tǒng)

從高壓發(fā)生調(diào)理器到高空點(diǎn)火伴燒器之間的高壓引線和支撐引線部分稱為高溫高壓引撐系統(tǒng)。放散塔頂部平臺(tái)在不放散時(shí)跟環(huán)境溫度相差無(wú)幾，正常燃燒放散時(shí)溫度很高，這就要求高溫高壓引撐系統(tǒng)必須耐高溫，并能夠適應(yīng)溫度的急劇變化。

3.4 高壓發(fā)生調(diào)理器

高壓發(fā)生調(diào)理器由高壓發(fā)生器和高壓調(diào)理器兩部分組成，高壓發(fā)生器產(chǎn)生13000 V的高壓電，再經(jīng)高壓調(diào)理器后輸出2萬(wàn)～3萬(wàn)V的超高壓電。

3.5 主控制柜

主控制柜內(nèi)安裝有PLC和各種信號(hào)處理器、驅(qū)動(dòng)器、電源等，控制器面板上有各種信號(hào)指示燈，按鈕及手動(dòng)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)等。

4 系統(tǒng)工作過(guò)程及主要特點(diǎn)

4.1 工作過(guò)程

主控系統(tǒng)獲得啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)后，向高壓發(fā)生調(diào)理器饋送220 V交流電，高壓發(fā)生調(diào)理器產(chǎn)生的高壓電，通過(guò)高壓不銹鋼電纜送給高空點(diǎn)火伴燒器內(nèi)的電弧發(fā)生裝置，產(chǎn)生面狀電弧，首先點(diǎn)燃被引入伴燒器的放散煤氣，伴燒器燃燒后就可以進(jìn)一步點(diǎn)燃主放散管的煤氣。燃燒的煤氣會(huì)使裝在放散塔頭部的火焰探測(cè)器獲得溫度信號(hào)，火焰探測(cè)器將這些溫度信號(hào)傳送給主控制系統(tǒng)，當(dāng)主控制系統(tǒng)根據(jù)這些溫度信號(hào)判斷放散塔正常燃燒后，給高壓發(fā)生調(diào)理器發(fā)出停止點(diǎn)火的信號(hào)，電弧發(fā)生裝置就會(huì)停止發(fā)弧，此時(shí)放散塔的煤氣正常燃燒放散。之后的燃燒放散過(guò)程中如果出現(xiàn)煤氣意外熄滅的情況，火焰探測(cè)器也會(huì)將煤氣未燃燒情況反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)確認(rèn)仍處于放散狀態(tài)，就會(huì)再次給出啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)，點(diǎn)燃意外熄滅的煤氣，直至系統(tǒng)確認(rèn)煤氣燃燒正常后，發(fā)出停止點(diǎn)火信號(hào)，高壓發(fā)生調(diào)理器停止工作。

4.2 主要特點(diǎn)

（1）使用以Siemens PLC為主體的控制系統(tǒng)，可靠性高，可以實(shí)現(xiàn)智能化管理。

（2）系統(tǒng)正常情況下處于自動(dòng)狀態(tài)，整個(gè)啟動(dòng)點(diǎn)火、判斷燃燒情況、停止點(diǎn)火等過(guò)程全部自動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需人工操作，與煤氣放散自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，就能很好地應(yīng)對(duì)煤氣系統(tǒng)突發(fā)情況。當(dāng)需要進(jìn)行人為干預(yù)或在其他特殊情況下也可以使用半自動(dòng)和手動(dòng)操作。

（3）點(diǎn)火部件采用電梯式發(fā)弧裝置，這種電弧發(fā)生裝置能夠產(chǎn)生面狀電弧源，相對(duì)于線狀電弧源點(diǎn)火成功率更高。

（4）使用火焰探測(cè)器檢測(cè)放散塔的燃燒情況，正常放散期間當(dāng)火焰探測(cè)器檢測(cè)到未燃燒情況時(shí)，會(huì)給主控制系統(tǒng)反饋相應(yīng)的信號(hào)，主控制系統(tǒng)得到未燃燒放散的信號(hào)后又會(huì)向高壓發(fā)生調(diào)理器發(fā)出相應(yīng)的點(diǎn)火信號(hào)，伴燒器重新點(diǎn)火，從而確保放散塔放散期間處于燃燒狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程全部由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)完成。

（5）在自動(dòng)點(diǎn)火放散系統(tǒng)中加入異常情況報(bào)警點(diǎn)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，以便做出應(yīng)對(duì)。

（6）利用放散煤氣作為點(diǎn)火伴燒氣源，不再需要單獨(dú)的伴燒燃料，不僅減少對(duì)獨(dú)立伴燒系統(tǒng)的維護(hù)工作量，還可以節(jié)約大量的點(diǎn)火伴燒用焦?fàn)t煤氣。

5 效果與效益

由新型直燃式煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)替代傳統(tǒng)煤氣放散點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)的技術(shù)改造，通過(guò)在寧鋼近1年時(shí)間的實(shí)踐檢驗(yàn)，不僅徹底地解決了傳統(tǒng)煤氣放散點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)容易堵塞、疏通困難、增加人工點(diǎn)火危險(xiǎn)性等諸多弊端，而且由于新型直燃式點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)直接使用放散煤氣作為伴燒氣源，不再需要額外的點(diǎn)火伴燒燃料，因此為用戶節(jié)約了大量的焦?fàn)t煤氣。以寧鋼高爐煤氣放散系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)的點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)每根放散管配有一根DN80的焦?fàn)t煤氣點(diǎn)火伴燒管，分布著3×?25的長(zhǎng)明燈以及16×?5的伴燒管，取伴燒管口焦?fàn)t煤氣流速為6 m/s，則3根高爐煤氣放散管的點(diǎn)火伴燒用焦?fàn)t煤氣量為114.5 m3/h，采用直燃式點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)后每年僅高爐煤氣放散系統(tǒng)就能節(jié)約焦?fàn)t煤氣約1百萬(wàn)m3。

6 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)今的冶金行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，安全環(huán)保壓力大，直燃式煤氣放散自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)雖然給企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益有限，但它相對(duì)于傳統(tǒng)煤氣放散點(diǎn)火系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，以及預(yù)示的技術(shù)革新方向和隱含的安全環(huán)保效應(yīng)在寧鋼的應(yīng)用實(shí)踐中得到了充分的印證。