軋鋼加熱爐優(yōu)化高轉(zhuǎn)混合煤氣配置燃燒實(shí)踐

崔新華

（河北鑫達(dá)鋼鐵集團(tuán)有限公司，河北 唐山 064400）

鋼鐵企業(yè)中的煤氣綜合利用是企業(yè)合理利用資源的一種方法，煉鐵高爐的副產(chǎn)品高爐煤氣及煉鋼轉(zhuǎn)爐的副產(chǎn)品轉(zhuǎn)爐煤氣是鋼鐵企業(yè)的主要能源產(chǎn)品，一般用于熱工設(shè)備的燃燒加熱，尤其是軋鋼加熱爐主要以高爐煤氣為主；轉(zhuǎn)爐煤氣用于煉鋼烤包、電廠燃燒發(fā)電等其他工序。隨著燃燒技術(shù)的發(fā)展，各個鋼廠都在使用高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣混合燃燒，在一定的混合比例下使得煤氣得到效益最大化的利用，降低成本，提高生產(chǎn)效率。

1 混合煤氣使用方案對比

對于國內(nèi)鋼鐵企業(yè)，使用高、轉(zhuǎn)混合煤氣用于軋鋼加熱爐燃燒進(jìn)行加熱鋼坯的應(yīng)用已有成熟的經(jīng)驗(yàn)，各個鋼廠都有各自的混合方式和燃燒模式，最終的目的都是使得煤氣合理、經(jīng)濟(jì)化利用。

唐鋼廠1 700線，2#加熱爐2013年設(shè)計(jì)，長度22 m，寬度16 m，最初使用轉(zhuǎn)爐煤氣，后由于煤氣不固定，有什么煤氣使用什么煤氣，2015年自行改造為轉(zhuǎn)、焦?fàn)t混合煤氣。加熱爐以熱裝為主，設(shè)定熱值為1 500×4.16 kJ，實(shí)際使用中為（1 300～2 200）×4.16 kJ。生產(chǎn)線生產(chǎn)正常，混燒過程中未出現(xiàn)燃爆現(xiàn)象，控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，產(chǎn)量和質(zhì)量穩(wěn)定[1]。

承鋼一高線蓄熱式步進(jìn)梁式加熱爐，采用高爐煤氣與轉(zhuǎn)爐煤氣的混燒使用，將DN 600轉(zhuǎn)爐煤氣管并入DN 1200高爐煤氣管道，在接點(diǎn)前的轉(zhuǎn)爐煤氣管道上配置蝶閥、盲板閥、快切閥和電動調(diào)節(jié)閥，用于轉(zhuǎn)爐煤氣的切斷和調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)爐煤氣富余量不多，摻混量基本在20%～45%之間。在使用過程中，轉(zhuǎn)爐煤氣富余量驟增，要多混燒轉(zhuǎn)爐煤氣，直至全部以轉(zhuǎn)爐煤氣為燃料，在摻燒使用過程中出現(xiàn)了不同程度的微爆事故。在整改措施實(shí)施后，蓄熱式燃燒系統(tǒng)運(yùn)行正常，經(jīng)各蓄熱燒嘴后的排煙溫度均在180℃以下，對高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣不同的摻混比例也能實(shí)現(xiàn)空、煤氣自動配比燃燒，保證了燃料的完全燃燒，減少轉(zhuǎn)爐煤氣放散，創(chuàng)造效益上千萬元[2]。

宣鋼型棒廠一棒材車間為棒材全連軋生產(chǎn)線，在高爐煤氣原有的系統(tǒng)中，在電動雙偏心蝶閥前接入轉(zhuǎn)爐煤氣管道，在轉(zhuǎn)爐煤氣管道上設(shè)電動流量調(diào)節(jié)閥，電動流量調(diào)節(jié)閥操作器，流量儀表顯示均引入加熱爐操作室。操作人員根據(jù)生產(chǎn)情況，通過儀表顯示進(jìn)行轉(zhuǎn)爐煤氣流量的調(diào)節(jié)，從而控制煤氣用量的大小和煤氣的混合比例，對煤氣的使用更加靈活，在生產(chǎn)過程中受益[3]。

有些鋼廠企業(yè)自行施行復(fù)合燃燒技術(shù)：即采用雙蓄熱+單蓄熱或是雙蓄熱+常規(guī)的方式，解決了蓄熱式燃燒難以實(shí)現(xiàn)的爐寬方向特殊溫度控制的問題，低溫區(qū)一部煙氣可以流經(jīng)爐尾對鋼坯緩慢加熱，高溫區(qū)快速加熱[4]。

河北鑫達(dá)棒材廠軋鋼加熱爐使用高爐煤氣雙蓄熱燃燒方式，在進(jìn)行加熱爐中修期間，計(jì)劃引進(jìn)一部分轉(zhuǎn)爐煤氣參與燃燒，使得高熱值煤氣得以充分發(fā)揮作用，并針對以下三種初步方案進(jìn)行討論。

第一方案：高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣在總管進(jìn)行強(qiáng)制混合，混合模式如圖1所示。

圖1 高轉(zhuǎn)爐煤氣混合模式示意圖

如果采用此種方案，有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）煤氣調(diào)節(jié)的靈活性較大，適應(yīng)性強(qiáng)。

（2）單種煤氣壓力、流量不足時可以互相彌補(bǔ)，生產(chǎn)不受影響。

（3）產(chǎn)量提高、質(zhì)量提升。

（4）投資改造力度小。

缺點(diǎn)如下：

（1）煤氣熱值不穩(wěn)定時，風(fēng)煤氣配比紊亂，工藝不好控制。

（2）在爐膛及排煙管道中容易出現(xiàn)爆燃，發(fā)生安全事故。

需要投入的設(shè)備如下：

（1）增設(shè)兩臺煤氣加壓站，用于穩(wěn)定兩種煤氣的壓力。

（2）在混合管道上增設(shè)前置強(qiáng)制混合器。

（3）在混合管道上方增設(shè)煤氣熱值檢測儀。

（4）對鼓風(fēng)設(shè)備、引風(fēng)設(shè)備進(jìn)行核算后改造。

如果在現(xiàn)有設(shè)備不進(jìn)行改動的情況下，需要結(jié)合設(shè)計(jì)院測算出能夠使用的轉(zhuǎn)爐煤氣量在什么范圍內(nèi)效益比較明顯。

第二方案：均熱段、二加使用低熱值高爐煤氣，緩慢加熱，均衡溫度；預(yù)熱段、一加使用高熱值轉(zhuǎn)爐煤氣，快速加熱，提高溫度。

主要是基于以下幾點(diǎn)考慮：

（1）目前小坯料熱裝率在50%以上時，加熱爐的加熱能力可以滿足軋機(jī)需要。

（2）熱裝率在50%以下時，加熱爐降低了出鋼速度，需要一定的加熱時間和均熱時間，小時產(chǎn)量受到影響。

（3）在提高煤氣熱值以后，鋼坯的表面溫度提升較快，在800℃前，碳鋼隨溫度升高進(jìn)行明顯的熱傳遞，加熱時間縮短，產(chǎn)量自然提高。

現(xiàn)場計(jì)劃配置如圖2所示。

圖2 高轉(zhuǎn)爐煤氣計(jì)劃分配示意圖

如果采用此種方案，有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）煤氣調(diào)節(jié)的靈活性較大，適應(yīng)性強(qiáng)。

（2）煤氣消耗可以降低。

（3）產(chǎn)量提高，質(zhì)量提升。缺點(diǎn)如下：

（1）單種煤氣壓力、流量不足時無法互相彌補(bǔ)，生產(chǎn)受影響。

（2）投資改造力度大。

需要投入的設(shè)備如下：

（1）對鼓風(fēng)設(shè)備、引風(fēng)設(shè)備進(jìn)行核算后改造。

（2）對燒嘴管道進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

第三方案：全部使用轉(zhuǎn)爐煤氣進(jìn)行燃燒加熱。

如果采用此種方案，優(yōu)點(diǎn)是熱值高，產(chǎn)量提高，質(zhì)量提升明顯，缺點(diǎn)是投資改造力度大。

需要投入的設(shè)備如下：

（1）對鼓風(fēng)設(shè)備、引風(fēng)設(shè)備進(jìn)行核算后改造或新建。

（2）對燃燒系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)安裝。

對于河北鑫達(dá)常規(guī)棒材加熱爐，目前燃料為高爐煤氣雙蓄熱，軋制普碳鋼和低合金鋼，鋼坯尺寸為150 mm×150 mm×11 800 mm，兼顧165 mm×165 mm×11 800 mm，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為冷裝160 t/h，熱裝200 t/h。在對比三種方案中，從改造項(xiàng)目、投資概算、使用效益和施工周期幾方面綜合對比后，結(jié)合目前周邊其他鋼廠使用混合煤氣后的效果情況，決定實(shí)施第一種方案，即高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣在總管進(jìn)行強(qiáng)制混合，混合后的比例暫時定在7∶3左右，后續(xù)根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行調(diào)整，這樣既能減少設(shè)備投入和改造，又能增加產(chǎn)能，降低煤氣消耗。

2 混合煤氣的使用

在經(jīng)過方案確定審核、實(shí)施后，加熱爐前期使用高爐煤氣進(jìn)行點(diǎn)火烘爐，烘爐結(jié)束后使用混合煤氣順利投產(chǎn)，混合方式如圖3所示。由于現(xiàn)場未使用過混合煤氣，混合后的煤氣熱值直接決定了風(fēng)煤氣的配比（又稱空燃比），混合煤氣熱值計(jì)算公式如下：

圖3 混合煤氣混合管路示意圖

混合氣熱值=（高爐煤氣發(fā)熱量+轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)熱量）/煤氣總量；

式中：高爐煤氣發(fā)熱量（熱值）取值為（700～750）×4.16 kJ/m3

轉(zhuǎn)爐煤氣熱值取值為（1 200～1 500）×4.16 kJ/m3

風(fēng)煤氣配比公式如下：

式中，Q熱值表示混合煤氣發(fā)熱量（熱值）。

對現(xiàn)場蓄熱式加熱爐，在低熱值煤氣中摻入高熱值煤氣混燒，一方面要保證合理的空氣、煤氣自動配比燃燒，保證燃料的完全燃燒；另一方面降低熱負(fù)荷時，要關(guān)閉相應(yīng)排煙調(diào)節(jié)閥或停轉(zhuǎn)引風(fēng)機(jī)，防止煤氣進(jìn)入排煙管道，發(fā)生燃爆事故。結(jié)合其他鋼廠的經(jīng)驗(yàn)，可以從以下幾個方面對微爆進(jìn)行預(yù)防和控制：

（1）在煤氣總管道安裝轉(zhuǎn)爐煤氣和高爐煤氣的流量檢測儀表，進(jìn)行各自的流量檢測，在計(jì)算機(jī)操作畫面進(jìn)行顯示。

（2）在混合煤氣總管道上安裝熱值儀表，對于混合后的煤氣自動計(jì)算熱值，在操作室計(jì)算機(jī)畫面顯示混合熱值，操作工根據(jù)混合煤氣的熱值制定合理空燃比例。

（3）校準(zhǔn)加熱爐各段空、煤氣流量測量裝置，結(jié)合混合煤氣熱值，計(jì)算出空煤氣混合比例，及時調(diào)整各段空氣量。

（4）制定新的加熱爐工藝操作規(guī)程,在待軋保溫時執(zhí)行待軋保溫制度，同時做好各種預(yù)案，防止煤氣進(jìn)入排煙管道,杜絕燃爆事故發(fā)生。

（5）在后續(xù)生產(chǎn)過程中，利用設(shè)備定修機(jī)會,對于換向系統(tǒng)定修檢查，保證動作正常,運(yùn)行到位，防止煤氣短路直接進(jìn)入排煙管道。

（6）對于軋鋼加熱爐，一般使用周期在8個月左右就需要停爐清理爐內(nèi)氧化鐵皮和更換蓄熱體；使用到6個月以后，如蓄熱體蓄熱效果不好，要及時調(diào)整換向周期，防止煤氣不充分燃燒而進(jìn)入到排煙管道。

在設(shè)備投入運(yùn)行后，現(xiàn)場操作中加熱爐的操作和維護(hù)屬于棒材廠人員進(jìn)行，由于初次使用高爐煤氣管道中摻混轉(zhuǎn)爐煤氣，在外網(wǎng)煤氣管道中使用了煤氣加壓設(shè)備。煤氣加壓設(shè)備由公司能源管理中心人員進(jìn)行維護(hù)和操作。在雙方人員的共同操作下，加熱工根據(jù)摻混后的煤氣熱值計(jì)算出合理的風(fēng)煤氣配比，并現(xiàn)場觀察火焰燃燒情況、爐壓情況、火焰的顏色、火焰的長度等判斷出風(fēng)煤氣配比是否合理規(guī)范。

由于此次使用高轉(zhuǎn)混合煤氣燃燒，首先在保證加熱爐安全運(yùn)行的前提下，也就是不產(chǎn)生燃爆的條件下，一步步摸索摻混燃燒的經(jīng)驗(yàn)。對于風(fēng)煤氣配比公式計(jì)算出來的數(shù)據(jù)，對比實(shí)際混合煤氣燃燒的效果，總結(jié)出一個修正值，最終將實(shí)際的風(fēng)煤氣配比進(jìn)行固化，做出表格，各個班組進(jìn)行宣傳執(zhí)行；其次，在能源管理中心現(xiàn)場操作人員和棒材廠加熱班組的共同監(jiān)控、溝通、配合下，在高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐熱值、壓力波動的情況下，迅速溝通，及時調(diào)節(jié)加熱爐的各項(xiàng)熱負(fù)荷和風(fēng)煤氣配比，保證了煤氣燃燒安全，加熱爐順行穩(wěn)定；第三，由于現(xiàn)場加熱爐裝爐鋼坯有熱坯料（內(nèi)部規(guī)定為500℃以上）和冷坯料，在熱裝坯料入爐后，加熱爐的熱負(fù)荷不需要太多，進(jìn)行高轉(zhuǎn)爐混合煤氣過程中，為了保證一定的產(chǎn)量和質(zhì)量，此時對于高轉(zhuǎn)爐混合煤氣的比例就下降，現(xiàn)場高爐煤氣的熱量完全能夠滿足鋼坯加熱的需要，此時需要將轉(zhuǎn)爐煤氣的使用量減少；在加熱爐裝入冷坯料后，由于需要的熱負(fù)荷大，此時按照設(shè)計(jì)中的7∶3比例進(jìn)行高轉(zhuǎn)爐煤氣配比，同時根據(jù)摻混后的煤氣實(shí)際熱值和燃燒情況進(jìn)行微量調(diào)整，在保證燃燒安全的前提下，考慮到產(chǎn)量的提升，適當(dāng)根據(jù)空氣量的最大化前提條件下，增加了轉(zhuǎn)爐煤氣的用量，使得高轉(zhuǎn)混合煤氣的比例達(dá)到了6∶4和5∶5，加熱爐運(yùn)行比較安全和順利，尤其低溫預(yù)熱段溫度提升較快，加熱爐改造后較改造前加熱時間縮短40 min左右，產(chǎn)量也有所提升，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 棒材加熱爐使用混合煤氣后的數(shù)據(jù)對比

3 結(jié)語

通過近半年的生產(chǎn)實(shí)踐，河北鑫達(dá)棒材加熱爐使用混合煤氣后，摻混比例為高爐∶轉(zhuǎn)爐為7∶3，熱值為（800～900）×4.16 kJ/m3，在設(shè)備全部進(jìn)行利舊的情況下，加熱爐生產(chǎn)順行，未出現(xiàn)任何管道、風(fēng)機(jī)內(nèi)燃爆安全事故，產(chǎn)量提升10%左右，同時由于熱值的提高，改善了鋼坯的加熱質(zhì)量，減少軋制事故率，減輕了勞動強(qiáng)度，改善了爐區(qū)的環(huán)境，達(dá)到了預(yù)期的目的。

對于軋鋼加熱爐使用單一煤氣或者混合煤氣進(jìn)行燃燒加熱，主要目的就是合理利用煤氣，達(dá)到最佳的煤氣配置，同時充分利用高熱值煤氣的優(yōu)勢，在鋼鐵行業(yè)的煤氣使用產(chǎn)線中發(fā)揮作用，達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)化目的。