宣鋼大包烤包器節(jié)能技術(shù)改造

陳 巖

（河鋼宣鋼設(shè)備能源部，河北張家口 075100）

1 概述

目前，宣鋼一鋼軋廠有大包烘烤器6 套（2 套立式、4套臥式），二鋼軋廠150爐區(qū)有8套（4套立式、4套臥式）大包烤包器，使用的大包烤包器采用“雙孔蓄熱、循環(huán)切換烘烤”的方式烘烤，該方式存在明顯的缺點(diǎn)。首先由于延時(shí)切換造成了烘烤時(shí)間長(zhǎng)，煤氣消耗大，且大包準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，效率低；其次換向閥故障頻發(fā)，維護(hù)工作量大，換向閥故障期間烘烤系統(tǒng)失去蓄熱功能，切排煙溫度高，能源回收利用率低。

另外由于手動(dòng)控制大包烘烤過程，不能及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，火焰外溢，不可避免地造成煤氣浪費(fèi)；同時(shí)在鋼包烘烤管理、操作中，由于無法在烘烤過程中準(zhǔn)確測(cè)量耐材溫度，均是執(zhí)行定性（靠經(jīng)驗(yàn)操作）管理，即按照小火、中火、大火進(jìn)行操作，存在過烘烤浪費(fèi)能源或欠烘烤影響耐材質(zhì)量問題。除此之外，煤氣管道銹蝕嚴(yán)重，管道內(nèi)部積渣多，造成內(nèi)徑減小，煤氣流通不暢、流量減小。

為此，決定對(duì)宣鋼大包烤包器進(jìn)行升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)宣鋼大包烘烤過程自動(dòng)高效控制，達(dá)到節(jié)約烘烤時(shí)間，提高烘烤質(zhì)量，減少煤氣消耗的目的。

2 項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)方案

2.1 技術(shù)原理

目前采用換向閥式蓄熱烘烤系統(tǒng)，工作原理：通過引風(fēng)機(jī)抽取高溫?zé)煔鈱?shí)現(xiàn)換向蓄熱燃燒。見圖1。存在問題是：換向閥位于包蓋上，常年處于高溫環(huán)境，故障率高；烘烤過程中引風(fēng)機(jī)全程開啟。

圖1 換向閥蓄熱式烘烤系統(tǒng)

無引風(fēng)機(jī)、無換向閥蓄熱烘烤系統(tǒng)見圖2，應(yīng)用“獨(dú)特?fù)Q熱通道、專利自主配風(fēng)高效燒嘴以及大規(guī)格整體蓄熱體”等技術(shù)，無需引風(fēng)機(jī)即可以實(shí)現(xiàn)自主蓄熱。同時(shí)，由于專利燒嘴在工作過程中可實(shí)現(xiàn)自主配風(fēng)，因此助燃風(fēng)機(jī)僅起到補(bǔ)充作用，風(fēng)機(jī)電機(jī)功率可大幅度降低。因沒有換向閥，包蓋高溫區(qū)域沒有易損件，大大降低了維修成本。

圖2 無引風(fēng)機(jī)無換向閥蓄熱式烘烤系統(tǒng)圖

2.2 總體改造技術(shù)方案

(1)該項(xiàng)目的改造范圍是通過運(yùn)用無引風(fēng)機(jī)、無換向閥蓄熱式技術(shù)對(duì)一鋼軋廠大包烘烤器6 套（其中臥式4 套，立式2 套）和二鋼軋廠150 爐區(qū)8 套（4套立式、4套臥式）大包烤包器進(jìn)行改造。

(2)工藝參數(shù)要求：烘烤位閥前煤氣壓力3～4 kPa，冬季最低壓力2 kPa；最低200 mm3/h 煤氣流量調(diào)節(jié)，同時(shí)保證此流量下烘烤時(shí)火焰剛性，火焰不外翻；采用蓄熱結(jié)構(gòu)，在保證安全使用的同時(shí)降低煤氣使用量，保證烘烤效果不變,烘烤時(shí)間縮短；排煙溫度可以自由調(diào)節(jié)，鋼包溫度＞400 ℃時(shí)，排煙溫度在100～180 ℃之間，保證蓄熱體高效的煙氣余熱回收；焦?fàn)t煤氣、空氣、煙氣流量均能實(shí)現(xiàn)自由調(diào)節(jié)，合理空氣配比以及排煙量，防止空氣過剩、燃燒不充分,包蓋熱量逸散及吸冷風(fēng)等情況。

2.3 改造具體步驟

關(guān)閉所改造設(shè)備煤氣支管閥門，并對(duì)閥后管路進(jìn)行氮?dú)獯祾?、檢測(cè)；進(jìn)行保護(hù)性拆除，如卷?yè)P(yáng)、機(jī)架、風(fēng)機(jī)、小車、導(dǎo)軌等保持原狀，充分利舊；安裝蓄熱式燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、計(jì)量裝置及其他需改造更新組件；冷試車，檢查設(shè)備機(jī)械動(dòng)作及運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常；對(duì)支管閥及管路打壓試驗(yàn)，檢查有無泄漏；點(diǎn)火試運(yùn)行，試烘烤，檢驗(yàn)設(shè)備是否滿足烘烤工藝和節(jié)能要求；制定烤包器操作規(guī)程及設(shè)備點(diǎn)檢維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

3 大包烤包器設(shè)備技術(shù)性能及工藝參數(shù)

3.1 設(shè)備性能參數(shù)

烘烤形式：立式或臥式;

鋼包初始溫度：常溫;

包蓋直徑：按實(shí)際尺寸;

包蓋耐材：耐火纖維組合塊;

加熱形式：蓄熱;

燃燒介質(zhì)：焦?fàn)t煤氣;

煤氣壓力：2～10 kPa;

煤氣熱值：5000×4.18 kJ/m3;

排煙溫度：100～180 ℃;

排煙形式：經(jīng)冷卻后排出;

烘烤時(shí)間：按工藝執(zhí)行;

烘烤溫度：960 ℃;

煤氣管道直徑：DN200;

空氣管道直徑：DN200;

包內(nèi)最大溫差：＜50℃;

包底溫度：準(zhǔn)備處測(cè)溫750℃。

3.2 設(shè)備機(jī)械性能

(1)機(jī)架和導(dǎo)軌：原有結(jié)構(gòu)不變。

(2)旋轉(zhuǎn)分氣軸：特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,減少管路分布。

(3)包蓋風(fēng)冷吊臂：旋轉(zhuǎn)分氣軸內(nèi)供出的助燃空氣和燃燒介質(zhì)按設(shè)定路線送入自吸式燃燒器,在輸送助燃空氣和燃燒介質(zhì)過程中可起到冷卻大臂作用。

(4)包蓋：鋼質(zhì)外殼，耐材為耐火纖維組合塊，內(nèi)襯采用全纖維耐火材料，由含鋯型耐火纖維模塊及纖維毯組成。耐材長(zhǎng)期使用溫度1350 ℃，壓縮后容重大于200 kg/m3。耐纖采用網(wǎng)狀錨固組件固定，含鋯硅酸鋁質(zhì)渣球，含量≤10%，水分≤0.5%，熱導(dǎo)率≤0.2 W（熱面溫度1250 ℃）。內(nèi)部采用耐高溫澆筑料制作。

(5)自吸式燃燒器：核心部件采用Cr25Ni20 制作。

(6)煤氣管路組成：由氣動(dòng)切斷閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥、調(diào)節(jié)蝶閥、管路等組成。

(7)長(zhǎng)明火配備防回火裝置。

3.3 電氣、儀表性能

電氣采用PLC控制系統(tǒng)。選用PLC編制相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火、聯(lián)鎖保護(hù)及自動(dòng)報(bào)警等程序控制功能。電氣控制柜防護(hù)等級(jí)為IP54，色標(biāo)為鉑灰，電控柜采用雙層柜門結(jié)構(gòu)進(jìn)行防護(hù)。快速切斷閥具有自動(dòng)及手動(dòng)兩種功能。

3.4 烤包系統(tǒng)控制及聯(lián)鎖功能

(1)烘烤裝置點(diǎn)火控制：自動(dòng)點(diǎn)火，吹掃，常明火和火焰檢測(cè)，熄火報(bào)警，超溫報(bào)警及低壓快速切斷保護(hù)并聲光報(bào)警（煤氣壓力1.5～2 kPa 自動(dòng)切斷報(bào)警）。

(2)燃燒控制：采用蓄熱式燃燒技術(shù)，煤氣流量與助燃?xì)怏w流量配比控制，煤氣流量有瞬時(shí)流量顯示及累積流量顯示功能。

(3)煤氣壓力、助燃?xì)怏w壓力、儀表壓縮空氣壓力、烘烤器蓋位置等參與聯(lián)鎖。煤氣總管壓力過低、空氣總管壓力過低等異常情況發(fā)生時(shí)，能自動(dòng)切斷燃?xì)獠⒙暪鈭?bào)警；

(4)固定式一氧化碳?xì)怏w濃度檢測(cè)報(bào)警裝置與鋼包烘烤裝置煤氣切斷閥聯(lián)鎖。

3.5 烘烤工藝曲線及模式

烘烤大包時(shí)按以下烘烤曲線控制加熱時(shí)間及溫度，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)烘烤：準(zhǔn)備的鋼包以及周轉(zhuǎn)包，大修包：小火6 h 300 ℃、中火6 h 600 ℃、大火6 h 960 ℃；中修包：小火 4 h 300 ℃、中火 4 h 600 ℃、大火 4 h 960 ℃；小修包：小火 4 h 400 ℃、中火4 h 600 ℃、大火4 h 960 ℃。

3.6 采用一鍵式操作

機(jī)旁設(shè)操作箱，就地手動(dòng)/PLC 自動(dòng)控制設(shè)備，可在線組態(tài)，有設(shè)定好溫度烘烤曲線的自動(dòng)烘烤旋鈕，煤氣流量有瞬時(shí)流量顯示及累積流量顯示功能。

(1)手動(dòng)操作：在控制面板上設(shè)置了三種烘烤模式分別是小火、中火、大火。

(2)自動(dòng)操作：除了在控制面板上設(shè)置有三種操作模式外，系統(tǒng)內(nèi)部還分別設(shè)置有多種烘烤曲線，每種曲線分別對(duì)應(yīng)了不同的加熱需求，如新砌鋼包、周轉(zhuǎn)鋼包等，操作時(shí)只要選取對(duì)應(yīng)的加熱模式然后啟動(dòng)程序開始按鈕即可；當(dāng)烘烤程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將火焰調(diào)節(jié)至小火保溫狀態(tài)，直至啟動(dòng)程序結(jié)束按鈕。能有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少因人為因素對(duì)燃?xì)獾南摹?/p>

4 運(yùn)行情況及使用效果

該項(xiàng)目自2018 年8 月投入運(yùn)行后，設(shè)備運(yùn)行情況良好。改造后的無引風(fēng)機(jī)、無換向閥蓄熱式烘烤系統(tǒng)與改造前的烘烤器比較，燃燒效果明顯改善。

4.1 火焰長(zhǎng)度

改造前的蓄熱式烘烤系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燃?xì)鈮簱p大，火焰短，很難到達(dá)包底；改造后無引風(fēng)機(jī)、無換向閥蓄熱式烘烤系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)蓄熱體的改造，燃?xì)夂椭伎諝庥懈髯元?dú)立的通道，壓損小，火焰長(zhǎng)度根據(jù)需要最長(zhǎng)可達(dá)7 m，實(shí)際烘烤過程中可直達(dá)包底。

4.2 燃燒方式及效率

改造前蓄熱式烘烤系統(tǒng)以擴(kuò)散式燃燒為主，燃?xì)饫寐剩?0%，廢煙溫度＞200 ℃；改造后的無引風(fēng)機(jī)、無換向閥蓄熱式烘烤系統(tǒng)采用“自吸式”自主配風(fēng)燃燒，燃?xì)饫寐蔬_(dá)到90%以上，廢煙溫度降到100 ℃左右，同時(shí)火焰溫度高，與改造前蓄熱式燃燒器燒嘴比，火焰溫度高200 ℃以上。

4.3 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性

改造前烘烤系統(tǒng)雖為蓄熱式，由于換向裝置和蓄熱系統(tǒng)故障頻繁，導(dǎo)致蓄熱功能未充分發(fā)揮，且使用過程中需要對(duì)蓄熱體進(jìn)行經(jīng)常性更換，維護(hù)費(fèi)用高；鋼包在烘烤過程中均存在嚴(yán)重的火焰外延現(xiàn)象，包蓋壽命短，修補(bǔ)、更換耐材費(fèi)用高。改造后的無引風(fēng)機(jī)/無換向閥蓄熱式烘烤系統(tǒng)，省去引風(fēng)機(jī)電耗，助燃風(fēng)機(jī)功率下降。取消換向閥,減少了備件費(fèi)用和人工費(fèi)用。因整體型蓄熱器孔徑大，不易被煙氣中的雜質(zhì)堵塞，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

4.4 設(shè)備自動(dòng)化水平

改造前烘烤系統(tǒng)控制為開關(guān)控制模式，烘烤過程中對(duì)燃?xì)饪杖急葲]有調(diào)節(jié)措施，煤氣閥門開啟大小隨意性強(qiáng)，大、中、小火燃燒模式下燃?xì)夂惋L(fēng)量閥門開度均是采用經(jīng)驗(yàn)管理，缺乏優(yōu)化調(diào)整的手段，改造后的烘烤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了“一鍵式”自動(dòng)控制。

改造前后效果對(duì)比見表1。

表1 改造前后的性能對(duì)比

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目實(shí)施后，鋼包包底溫度高于常規(guī)蓄熱式烘烤系統(tǒng)，整體溫度場(chǎng)更均勻，鋼水倒入后溫度損失少，在工藝允許的情況下,可以適當(dāng)降低煉鋼出鋼溫度，節(jié)約煉鋼成本。燒嘴效率的提升和控制手段的完善，使得煤氣耗用量大幅度下降。改造后節(jié)能率的計(jì)算：

烤包器改造節(jié)能率=（改造前烤包煤氣耗量-改造后烤包煤氣耗量）/改造前烤包煤氣耗量*100%

1#～4#立式烘烤器和1#～4#臥式烘烤器改造節(jié)能率見表2。

表2 1#～4#立式烘烤器和1#～4#臥式烘烤器改造節(jié)能率

從表2 數(shù)據(jù)看，改造后的烘烤器節(jié)能率平均為30.75%。

5.2 社會(huì)效益

改造后的無引風(fēng)機(jī)、無換向閥蓄熱式烘烤系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)蓄熱式烘烤系統(tǒng)仍存在排煙溫度高，能源回收利用率低的問題，烘烤溫度有所提升，烘烤時(shí)間有下降趨勢(shì)；有效實(shí)現(xiàn)了斷電、斷氣、壓力過低、熄火等情況下的自動(dòng)安全防護(hù)功能；控制方式實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)烘烤，勞動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步降低，同時(shí)也節(jié)省了更換風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的勞動(dòng)強(qiáng)度和成本，在烘烤操作和管理上會(huì)更加便捷有效，實(shí)現(xiàn)了鋼包烘烤安全、高效，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。