補(bǔ)熱氣體燒嘴在球團(tuán)鏈箅機(jī)上的改造應(yīng)用

張化明 蔡長明 劉 勇

(1.河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲分公司，河北 邯鄲 056000；2.襄陽中和機(jī)電技術(shù)有限公司(武漢)研發(fā)中心，湖北 武漢 430000)

0 引言

為提高河北鋼鐵集團(tuán)邯鄲分公司鏈-回-環(huán)球團(tuán)對原料的適應(yīng)性，通過在窯尾和鏈箅機(jī)側(cè)墻加裝補(bǔ)熱氣體燒嘴，以期實現(xiàn)：一是提高球團(tuán)成品球的強(qiáng)度[2]；二是有效縮短窯內(nèi)結(jié)圈周期，降低熱耗[3]；三是通過降低窯頭燃燒器的熱負(fù)荷，減少熱力型氮氧化物的生成，從面達(dá)到一定的降氮效果。現(xiàn)場氣體為焦?fàn)t煤氣，熱值：3 800～4 000 kcal/m3，見表1。

表1 焦?fàn)t煤氣成份取樣

1 改造結(jié)構(gòu)特點介紹

經(jīng)綜合分析，原鏈箅機(jī)預(yù)熱Ⅱ段溫度偏低，在不是大量增加回轉(zhuǎn)窯煤氣的情況下，達(dá)不到1 050～1 100 ℃的熱工要求。為獲得理想的溫度要求，通過如下措施進(jìn)行改造：在鏈箅機(jī)預(yù)熱二段加裝4臺PR-300Q三通道氣體燒嘴；在窯尾處鏈箅機(jī)端墻上加裝兩臺SR1-20Q/QL三通道煤氣補(bǔ)熱燒嘴；側(cè)墻上的燒嘴負(fù)責(zé)箅床兩側(cè)的補(bǔ)熱，端墻上的燒嘴負(fù)責(zé)箅床中心部分的補(bǔ)熱；在鏈箅機(jī)預(yù)熱一段加裝兩臺PR-300Q三通道氣體燒嘴。

1)鏈箅機(jī)預(yù)熱二段側(cè)墻補(bǔ)熱燒嘴安裝位置：預(yù)熱二段兩側(cè)，見圖1中②～⑤序號錯開，相對安裝，兩兩相隔3 000 mm，兩套燒嘴共用一臺風(fēng)機(jī)。選用襄陽中和機(jī)電技術(shù)有限公司PR系列三通道氣體燒嘴,型號為：PR-300Q?；鹧骈L度：2.5～3.5 m，為平焰燒嘴，燒嘴燃燒能力：200～300 Nm3/h，最大400 Nm3/h。燒嘴中央有人工觀察孔，一般情況下，燒嘴是在鏈箅機(jī)整體溫度在800 ℃以上才會投入使用，可在送入煤氣后正常引燃和燃燒，所以不設(shè)點火裝置和火焰監(jiān)測裝置，點火容易、操作簡單。低溫情況下需要使用燒嘴時，可進(jìn)行人工點火，即用點火棒伸入燒嘴中央觀察孔進(jìn)行點火。燒嘴通道結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)依次為：助燃風(fēng)、焦?fàn)t煤氣、中心風(fēng)(含觀察孔)。頭部由耐熱鋼制作，可在工作環(huán)境下抗高溫、抗氧化、腐蝕等特性。燒嘴安裝于預(yù)熱二段側(cè)墻面上，料面與頂部之間，每兩套燒嘴共用一臺助燃風(fēng)機(jī)。每套燒嘴前的焦?fàn)t煤氣管路接口處配置有手動調(diào)節(jié)閥和切斷閥(有遠(yuǎn)程關(guān)斷和現(xiàn)場手動關(guān)斷功能)。

圖1 側(cè)墻補(bǔ)熱燒嘴安裝位置示意圖

2)預(yù)熱二段窯尾燒嘴安裝于回轉(zhuǎn)窯窯尾(進(jìn)料端)鏈箅機(jī)端墻上，火焰方向順著鏈箅機(jī)煙氣方向向后，共兩套燒嘴，兩套燒嘴共用一臺助燃風(fēng)機(jī)。在回轉(zhuǎn)窯窯尾上方的鏈箅機(jī)預(yù)熱Ⅱ段縱平面壁上安裝兩臺三通道旋流式煤氣補(bǔ)熱燒嘴，氣體燃燒時形成一沿鏈箅機(jī)熱氣流方向一致的向后方細(xì)長形狀火焰，用以補(bǔ)充鏈箅機(jī)預(yù)熱Ⅱ段的焙燒溫度，并且形成均勻的鏈條間溫度場。SR1-20Q/QL三通道煤氣補(bǔ)熱燒嘴的頭部通道從外向內(nèi)排布分別為：外旋助燃風(fēng)通道，煤氣通道和中心風(fēng)通道，外旋的助燃風(fēng)和旋轉(zhuǎn)噴出的煤氣一起邊混合邊螺旋前進(jìn)燃燒，可形成細(xì)長而有剛度的規(guī)整火焰，中心部風(fēng)的助燃風(fēng)可助燃中心部分的煤氣，使煤氣燃燒更為充分完全。這樣的細(xì)長有力的火焰可有效補(bǔ)充鏈箅機(jī)預(yù)熱Ⅱ段的球團(tuán)干球焙燒溫度的同時，形成均勻的鏈條間溫度場。SR1-20Q/QL的燃燒能力為：500～1 000 m3/h，最大：1 200 m3/h，火焰最大直徑：2.5 m，長度：8～12 m，為長焰燒嘴。為了保證燃燒器的煤氣燃燒完全，配置合適的離心風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)參數(shù)如下：助燃離心風(fēng)機(jī)：風(fēng)量10 000 m3/h，全壓～10 kPa，配套管道DN 400 mm。

3)鏈箅機(jī)預(yù)熱一段側(cè)墻補(bǔ)熱燒嘴。因為鏈箅機(jī)預(yù)熱一段煙氣管道位置較高，不利于操作和點火，所以根現(xiàn)場實際情況在鏈箅機(jī)預(yù)熱一段側(cè)墻上安裝兩臺補(bǔ)熱氣體燒嘴，加熱預(yù)熱一段的管道送來的熱煙氣，兩套燒嘴共用一臺風(fēng)機(jī)，因煙氣溫度不高，需要在中心部分增加點火裝置和火焰檢測裝置。選用襄陽中和機(jī)電的PR系列三通道氣體燒嘴,型號為：PR-300Q?；鹧骈L度：1.5～2.5 m，為平焰燒嘴。燒嘴燃燒能力：200～300 Nm3/h，最大：400 Nm3/h。燒嘴結(jié)構(gòu)由外到內(nèi)依次為：助燃風(fēng)、焦?fàn)t煤氣、中心風(fēng)、點火通道。頭部由耐熱鋼制作，可在工作環(huán)境下抗高溫、抗氧化、腐蝕等特性。燒嘴安裝于預(yù)熱一段鏈箅機(jī)側(cè)墻上，左右各一臺；兩套燒嘴共用一臺風(fēng)機(jī)；每套燒嘴前的煤氣管路接口處配有手動調(diào)節(jié)閥和切斷閥(有遠(yuǎn)程關(guān)斷和現(xiàn)場手動關(guān)斷功能)。

2 補(bǔ)熱氣體燒嘴的安裝和管線布置

按圖2在現(xiàn)場確定輔燒安裝位置和管線布置，調(diào)節(jié)閥組和控制部分安裝在鏈箅機(jī)廠房外通風(fēng)且便于維護(hù)的平臺上，窯尾水平安裝兩個，鏈箅機(jī)預(yù)熱段側(cè)墻上左右各裝3臺。選用4臺離心風(fēng)機(jī)，每兩臺共用一臺離心風(fēng)機(jī)，安裝高度為：距箅板面1 500 mm位置。補(bǔ)熱氣體燒嘴的外形和安裝完成之后的現(xiàn)場圖片，見圖3。

圖2 輔燒安裝位置和管線布置圖

(a)窯尾補(bǔ)熱氣體燒嘴

(b)側(cè)墻補(bǔ)熱氣體燒嘴圖3 現(xiàn)場圖片

3 現(xiàn)場控制和使用效果分析

2019年12月底開始使用改造加裝后的鏈箅機(jī)補(bǔ)熱氣體燒嘴后，焦?fàn)t煤氣燃燒速度快、燃盡率高，火焰形狀較好，長度適宜，火焰長度和氣量均可通過調(diào)節(jié)閥門的開度大小適時在線方便調(diào)整，見圖4。

(a)窯尾補(bǔ)熱煤氣燒嘴的火焰形狀

(b)鏈箅機(jī)側(cè)墻煤氣補(bǔ)熱燒嘴的火焰形狀圖4 煤氣補(bǔ)熱燒嘴的火焰形狀

4 使用效果和改進(jìn)空間

通過生產(chǎn)實踐證明:在鏈箅機(jī)預(yù)熱段增加8個煤氣補(bǔ)熱燒嘴，火焰形狀適合鏈箅機(jī)工況，長度適宜，氣體與助燃空氣混合充分燃燒完全，鏈箅機(jī)預(yù)熱二段溫度達(dá)到1 050～1 100 ℃要求，控制溫升容易，鏈間溫度場均勻，達(dá)到理想改造效果。生球團(tuán)均勻預(yù)熱，為堿性球團(tuán)礦的實驗成功和穩(wěn)定生產(chǎn)提供了有利保障。

使用補(bǔ)熱燒嘴后，實際生產(chǎn)中，鏈箅機(jī)預(yù)熱II段煙罩溫度由950～980 ℃升高到約1 050 ℃，窯中焙燒溫度由1 280 ℃降低到1 250 ℃以下，降低了約30 ℃。但由于鏈箅機(jī)整體溫度升高，需要提高鏈箅機(jī)料層厚度來有效保護(hù)鏈箅機(jī)箅床溫度不會大幅上升，防止因持續(xù)高溫引起鏈箅機(jī)耐熱件壽命縮短。

表2 回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

補(bǔ)熱燒嘴投用后，主要有以下幾個方面的優(yōu)勢：

1)停機(jī)后升溫時間大幅度縮短。鏈-回-環(huán)從冷態(tài)開始升溫逐漸到達(dá)正常的生產(chǎn)狀態(tài)過程中，當(dāng)鏈箅機(jī)鋪料后，溫升逐漸趨緩，直到熱球到達(dá)環(huán)冷機(jī)后溫升才相對容易，但補(bǔ)熱燒嘴的投用可有效克服這一問題，使得升溫速度大幅提升，縮短時間在4小時以上。此外，由于熱源充足，升溫過程中的產(chǎn)生不合格球的數(shù)量大幅度降低了。

2)對原料的適應(yīng)性大幅度增強(qiáng)。尤其是高比例紅礦，在沒有補(bǔ)熱燒嘴前，通常配比不能超過20%，否則會導(dǎo)致球團(tuán)礦強(qiáng)度降低，窯中結(jié)圈加速等問題。補(bǔ)熱燒嘴投用后，這些問題迎刃而解，入窯球的強(qiáng)度得到了較大提升，由原來的400 N/個球提升到800 N/個球，窯中結(jié)圈周期延長。

3)煙氣中氮氧化物濃度降低較多。同等條件下，氮氧化物濃度由原來的600 mg/m3降低到480 mg/m3。這是因為補(bǔ)熱燒嘴使用導(dǎo)致入窯球強(qiáng)度提高，窯中焙燒溫度相應(yīng)降低，熱力型氮氧化物產(chǎn)生量大幅度減少[4]。

根據(jù)實際使用情況，如果能夠通過自動控制系統(tǒng)控制各補(bǔ)熱氣體燒嘴的煤氣用量，助燃風(fēng)用量，各閥門的開度大小調(diào)節(jié)，那么就可實現(xiàn)更為穩(wěn)定高效的生產(chǎn)工藝狀況，有利于窯況的穩(wěn)定，更有利于提高球團(tuán)礦的產(chǎn)質(zhì)量，有效降低熱耗，可進(jìn)一步的節(jié)能降耗。

5 結(jié)語

在窯尾和鏈箅機(jī)側(cè)墻加裝補(bǔ)熱氣體燒嘴是成熟的技術(shù)，既可以提高鏈箅機(jī)內(nèi)煙氣氣流溫度，亦不影響鏈箅機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，且溫度可以根據(jù)工藝需要，調(diào)節(jié)燃?xì)饬康亩嗌偌纯蓪崿F(xiàn)，操作簡單方便，投資少，見效快。補(bǔ)熱燒嘴可明顯提高生產(chǎn)操作的靈活性和對原料的適應(yīng)性，對降低煙氣中氮氧化物原始濃度、延長回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈周期具有明顯效果。通過將近幾個月的生產(chǎn)實踐，根現(xiàn)場實際需求針對性地設(shè)計供貨的鏈箅機(jī)煤氣補(bǔ)熱燒嘴在邯鋼200 萬t球團(tuán)生產(chǎn)線上的改造應(yīng)用取得滿意效果，收到改造前所希望的效益，是企業(yè)降本增效的新起點。