轉(zhuǎn)爐煤氣放散自動分段式點火的節(jié)能安全控制

徐逸飛，王建新

（1.新疆八一鋼鐵股份有限公司，2.寶鋼集團八鋼公司制造管理部）

1 問題的提出

氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中,會產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)爐煤氣。八鋼公司第二煉鋼廠有3座120t轉(zhuǎn)爐，年產(chǎn)鋼365萬t，轉(zhuǎn)爐煤氣主要成分有CO、O2、CO2和N（還有少量H2），平均含量分別為59.4%、0.45%、17.5%、19.8%。煤氣回收時，對煤氣純凈度要求較高，必須保證回收煤氣在煤氣倉內(nèi)的安全性。當(dāng)轉(zhuǎn)爐開始吹煉時，因無法保證煤氣純凈度，煤氣回收自動停止，正常情況下，此時的轉(zhuǎn)爐煤氣通過放散塔點燃后放散到大氣中。如果放散點火未正常工作，煤氣未點燃直接放散排入大氣中,會導(dǎo)致周圍區(qū)域煤氣濃度超標(biāo)，嚴(yán)重時會造成附近區(qū)域的人員CO中毒傷亡事故。轉(zhuǎn)爐煤氣放散是冶金企業(yè)生產(chǎn)中重大危險源，必須加以控制。為此，八鋼第二煉鋼廠成立攻關(guān)組，針對此問題開展攻關(guān)。

為了防止點火失敗等問題，很多鋼廠采用的辦法是在點火口處使用較潔凈、不易堵塞的中壓焦?fàn)t煤氣點長明火，煤氣點燃后放散到大氣中，這種方法很好消除了安全隱患。

這種轉(zhuǎn)爐放散點火裝置由放散煤氣燒嘴、主點火嘴、立式直管防風(fēng)式燃燒器、半導(dǎo)體高能點火器、火焰檢測裝置、操作控制柜及點火裝置所需的各類控制閥組成。具有本地手動、遠(yuǎn)方手動和自動三種控制方式。本地手動控制方式時，可在本地柜完成手動單步點火，每座放散塔配置一個本地柜，包含三套點火裝置，火焰通過熱電偶溫度檢測可在本地柜面板上顯示；遠(yuǎn)方手動通過風(fēng)機房電氣室點火控制柜門操作按鈕進行操作，火焰通過熱電偶溫度檢測也可顯示在柜門面板上；自動控制方式時，可在電氣室自動完成放散點火。轉(zhuǎn)爐煤氣放散長明火燃燒示意圖見圖1。

2 改造前轉(zhuǎn)爐煤氣放散點火系統(tǒng)概況

圖1 轉(zhuǎn)爐煤氣放散長明火燃燒示意圖

轉(zhuǎn)爐冶煉操作時，提前控制半導(dǎo)體高能點火器點燃放散塔助燃管中的焦?fàn)t煤氣，使之長明火長期燃燒，直至停爐。如生產(chǎn)無長時間停爐或中斷，均為長明火燃燒方式。

這種方法很好杜絕了煤氣放散到大氣中，消除了重大危險源，但是也有明顯的不足之處:一是由于采用焦?fàn)t煤氣，其理論燃燒溫度高達(dá)2150℃[1]，造成煤氣放散裝置的點火桿等部件經(jīng)常燒壞，增加了維修維護費用；二是長明火燃燒方式浪費了大量能源，不符合現(xiàn)代工業(yè)節(jié)約能源、可持續(xù)發(fā)展的方針。

轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程中，既要考慮點火放散裝置運行的可靠性，又要兼顧經(jīng)濟性。因此，對以焦?fàn)t煤氣為燃?xì)獾狞c火放散系統(tǒng)進行了改造。

3 轉(zhuǎn)爐煤氣放散點火環(huán)節(jié)的節(jié)能安全控制

3.1 可行性分析

《煉鋼安全規(guī)程》中規(guī)定“若煤氣不能回收而向大氣排放，煙囪上部應(yīng)設(shè)自動點火裝置?！逼渲?，并未要求放散塔時刻點燃長明火?！兑苯鹦袠I(yè)較大危險因素辨識與防范指導(dǎo)手冊》和《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》中均無對煤氣放散系統(tǒng)點火環(huán)節(jié)的長明火有明確要求。

煤氣放散系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計中對點火環(huán)節(jié)，也沒有要求必須是長明火。

對比內(nèi)地武鋼、南鋼同類型轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)，均采用分段自動點火方式。在轉(zhuǎn)爐煤氣回收及停爐冶煉間隙，關(guān)閉長明火氣源。開爐時再打開氣源,,執(zhí)行點火操作。

技術(shù)攻關(guān)組討論分析，如果將點火環(huán)節(jié)的長明火改動為分段自動點火方式，硬件投入少，自動化控制程序改動較小。

使用格雷厄姆法對作業(yè)條件危險性進行了評價，見表1、表2、表3、表4。

D表示作業(yè)條件危險性；L、E、C代表危險性的三個因素。

表1 發(fā)生事故或危險事件的可能性，用L表示

表2 人出現(xiàn)在這種危險環(huán)境的時間，用E表示

表3 發(fā)生事故可能產(chǎn)生的后果，用符號C 表示

表4 危險性等級分?jǐn)?shù)（D值）

自動分段式點火方式的風(fēng)險等級D=0.5×3×40=60,為Ⅳ風(fēng)險，屬于可承受風(fēng)險。

使用格雷厄姆法對作業(yè)條件危險性進行評價，自動分段式點火方式的風(fēng)險等級為Ⅳ風(fēng)險，屬于可承受風(fēng)險?？梢栽诂F(xiàn)場實施。

3.2 自動分段式點火方案及實施

攻關(guān)小組制定了初步技術(shù)方案后，邀請專家及有關(guān)單位參加自動分段式點火方案實施論證專題會。分別對設(shè)備的安全聯(lián)鎖、煤氣放散點火失敗的應(yīng)急處置等方案進行論證，確定了最終技術(shù)方案。

技術(shù)方案確定后，在設(shè)備硬件、軟件方面進行了改造。

硬件方面：對現(xiàn)場設(shè)備改造，在三座轉(zhuǎn)爐自動點火裝置系統(tǒng)的各自煤氣管道上加裝流量計（以前為整體流量），獨立控制，當(dāng)某座轉(zhuǎn)爐停止冶煉及煤氣符合回收條件不放散時，該座轉(zhuǎn)爐的焦?fàn)t煤氣閥關(guān)閉，確保節(jié)能降耗，其它轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)不受影響。

軟件方面：對軟件程序控制進行了改進和調(diào)試，增加一些聯(lián)鎖保護方式，通過測試達(dá)到方案的自動點火控制要求。

在轉(zhuǎn)爐冶煉初期，當(dāng)氣體中雜質(zhì)及O2含量不符合煤氣回收條件時，煤氣回收自動停止,三通切斷閥由回收位轉(zhuǎn)到放散位，執(zhí)行點火程序，此時的轉(zhuǎn)爐煤氣通過放散塔點燃后放散到大氣中。

舉例說明：放散點火控制程序，當(dāng)轉(zhuǎn)爐主控室計算機下達(dá)“冶煉開始”信號，一次風(fēng)機轉(zhuǎn)速大于1000r/min，氧氣閥打開到位、氧槍槍位低于7200mm，氧氣流量大于3000m3/h，焦?fàn)t煤氣閥打開，點火裝置自動點火，溫度熱電偶檢測到溫度大于80℃，說明點火成功。如自動點火未成功，聯(lián)鎖控制提槍終止冶煉。

圖2 自動點火流程圖

在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，煤氣回收條件滿足時，此時三通閥組打開到回收位，開始回收煤氣，自動關(guān)閉焦?fàn)t煤氣閥，放散停止，點火熄滅，一個點火周期結(jié)束。自動點火流程圖見圖2。

3.3 自動分段式點火的節(jié)能安全控制

（1）冶煉條件滿足，啟動自動分段式點火方式，焦?fàn)t煤氣閥打開，點火裝置自動點火，兩只點火槍同時點火，間隔5s后再次點火，共循環(huán)3次。

（2）在放散塔口設(shè)置三只溫度熱電偶（火焰檢測裝置）檢測，當(dāng)溫度均大于80℃，點火成功。如三只熱電偶溫度檢測有一只未達(dá)到80℃，聯(lián)鎖報警氧槍提槍終止冶煉。

（3）在放散塔旁安裝監(jiān)視探頭，監(jiān)視畫面信號接入冶煉操作室，畫面可清晰看出自動點火是否成功，可隨時啟動手動點火模式。

4 實施效果

在煤氣放散自動分段式點火控制實施時，在第二煉鋼廠煤氣放散塔兩側(cè)風(fēng)向、下風(fēng)向處安排專人用檢測儀器對周圍區(qū)域煤氣濃度進行了為期一周的實測。實測結(jié)果顯示煤氣濃度為零，煤氣放散自動分段式點火效果較好，達(dá)到預(yù)期效果。

第二煉鋼廠自轉(zhuǎn)爐煤氣放散系統(tǒng)自動分段式點火實施以來，未發(fā)生點火故障及煤氣放散泄漏事故，在安全生產(chǎn)的前提下，節(jié)約了大量能源。

第二煉鋼廠有3座120t轉(zhuǎn)爐，年產(chǎn)量365萬t。三座放散塔點火均采用焦?fàn)t煤氣長明火助燃的方式，助燃焦?fàn)t煤氣流量為450m3/h。點火方式改進后，根據(jù)測算，若在轉(zhuǎn)爐煤氣回收和停爐冶煉間隙時間關(guān)閉長明火，可節(jié)約助燃焦?fàn)t煤氣用量60%～70%。

改造后第二煉鋼廠全年可節(jié)省焦?fàn)t煤氣256.2萬m3。

5 結(jié)語

企業(yè)生產(chǎn)安全工作不能獨立于生產(chǎn)和效益之外，應(yīng)該是在安全的保障下生產(chǎn)，在安全生產(chǎn)的前提下創(chuàng)造效益。第二煉鋼廠實施轉(zhuǎn)爐煤氣放散系統(tǒng)自動分段式點火效果明顯，既保證安全生產(chǎn)，又節(jié)約了大量能源，符合國家要求的節(jié)能降耗、綠色生產(chǎn)的方針政策要求。

[1]李尚剛等.干法除塵凈煤氣放散系統(tǒng)在萊鋼的應(yīng)用與實踐.2013年全國冶金燃?xì)鈱I(yè)年會論文集:85.