李晉東

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠， 山西  太原  030003）

摘 要：針對太鋼煉鐵廠5 號高爐熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)的介質(zhì)結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，利用單價較低的氧氣替代單價較高的焦?fàn)t煤氣進行新的熱風(fēng)爐燃燒工藝的探索，提高熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)的能源可用結(jié)構(gòu)范圍，對整個熱風(fēng)爐燃燒系統(tǒng)燃燒過程中的各種介質(zhì)參數(shù)進行自動分析、自動調(diào)整，保證熱風(fēng)爐正常送風(fēng)溫度為1 250 ℃，保證熱風(fēng)爐安全、穩(wěn)定、高效運行。

關(guān) 鍵 詞：熱風(fēng)爐  富氧燒爐  焦?fàn)t煤氣

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）煉鐵廠5 號高爐采用4 座新日鐵外燃式熱風(fēng)爐，空氣、煤氣雙預(yù)熱，參燒部分焦?fàn)t煤氣實現(xiàn)1 250 ℃的風(fēng)溫。通過分析計算，將助燃空氣氧含量提高了1%~7%，在維持熱風(fēng)爐的熱效率，保證1 250 ℃的風(fēng)溫條件下，可增加高爐煤氣消耗量，節(jié)約焦?fàn)t煤氣。進而改善整個熱風(fēng)爐的能源可用結(jié)構(gòu)，減少熱風(fēng)爐的能源可用成本。

根據(jù)太鋼能源平衡，焦?fàn)t煤氣短缺，氧氣富余，5號高爐熱風(fēng)爐改為富氧燒爐后，可節(jié)約焦?fàn)t煤氣，用于硅鋼冷連軋、不銹鋼冷連軋等準(zhǔn)備投產(chǎn)的項目，從而最終減少太鋼購買天然氣的費用。因此，該項目的實施，對太鋼整體的節(jié)能目標(biāo)具有至關(guān)重要的作用。

1   基礎(chǔ)計算

1）理論燃燒溫度的計算。理論燃燒溫度的計算公式如下：

式中：t _理為理論燃燒溫度，℃；Q _低為燃料低發(fā)熱值，kJ/kg；V_n 為單位質(zhì)量燃氣的煙氣體積，m³/kg；C _產(chǎn)為煙氣比定壓熱容，kJ/（m³·K）。

由公式（1）可知，在燃料產(chǎn)物比定壓熱容和燃料種類不變的情況下，隨著氧氣體積分數(shù)的增加，燃燒化學(xué)反應(yīng)速度加快，煙氣體積量減少，理論燃燒溫度會逐漸提高。因此利用氧氣置換焦?fàn)t煤氣，可保持熱風(fēng)爐出口風(fēng)溫，用氧氣置換焦?fàn)t煤氣在理論上可行。

2）通過計算得知，隨著富氧率的提高，高爐煤氣的消耗量逐漸增大，空氣消耗量逐漸減少，焦?fàn)t煤氣的消耗比例逐漸減少，熱風(fēng)爐煙氣量減少幅度很小，熱風(fēng)爐的熱效率能夠基本維持在81%的水平。

2   改造措施

根據(jù)5 號高爐熱風(fēng)爐現(xiàn)有工藝技術(shù)條件，結(jié)合現(xiàn)場實際條件進行相關(guān)的改造，主要由以下幾部分組成。

2.1   煤氣管路的改造

通過連通管將焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣主管連通，增加電動蝶閥及電動盲板閥，若采用參燒焦?fàn)t煤氣燒爐，電動蝶閥及電動盲板閥處于關(guān)閉狀態(tài)；若采用全燒高爐煤氣燒爐，則關(guān)閉原來焦?fàn)t煤氣總管上慢板閥，然后開啟連通管蝶閥及盲板閥，讓高爐煤氣通過連通管進入焦?fàn)t煤氣管道進行燃燒，具體見圖1。

2.2   富氧燒爐系統(tǒng)的改造

按最大富氧量10 000 m³/h 將氧氣富入5 號高爐熱風(fēng)爐，新建一套富氧管路系統(tǒng)，主要包括有一級調(diào)壓閥、二級調(diào)壓閥、流量調(diào)節(jié)閥、快速切斷閥、止回閥及富氧插、截止閥等，具體的管路設(shè)計見下圖2。

2.3   控制系統(tǒng)的改造

2.3.1   檢測儀表設(shè)備（見表1）

2.3.2   主要控制手段

氧氣流量控制是通過氧氣管道的流量計進行控制；氧含量控制是根據(jù)空氣主管的氧含量檢測儀進行控制；比例控制是通過助燃空氣支管流量之和（4 個）以及畫面設(shè)定的富氧比例反算出富氧流量進行控制。

富氧燒爐的關(guān)鍵控制在于助燃空氣富氧率的控制，在助燃空氣支管流量計精確的條件下，可采用助燃空氣流量控制。根據(jù)燃燒4 個支管的空氣量自動調(diào)整富氧量。因為熱風(fēng)爐在控制過程中經(jīng)常要進行換爐而且在整個燃燒過程中根據(jù)計算機的控制燃燒的煤氣量會不斷變化，所以富氧量也要隨之變化，才能保證燃燒控制的穩(wěn)定。

3   項目實施

5 號高爐熱風(fēng)爐富氧燒爐工程于2014 年9 月開工建設(shè)，經(jīng)過各方努力，于2014 年12 月30 日完成設(shè)備安裝，同時在2015 年3 月16 日于5 號高爐休風(fēng)期間，與生產(chǎn)系統(tǒng)配合，進行了富氧燒爐系統(tǒng)的調(diào)試以及導(dǎo)入相關(guān)的控制程序，并在高爐送風(fēng)后，富氧燒爐系統(tǒng)隨之投產(chǎn)。富氧率從最初的0.5%逐級調(diào)整，通過不斷觀察、不斷試驗、試驗再觀察，并最終在2015 年8 月份把富氧率提高到4%，目前穩(wěn)定運行在4%下。

4   效果

通過本項目的研究、實施和應(yīng)用，太鋼4 350 m³高爐熱風(fēng)爐獲得了良好的能耗指標(biāo)，特別是在2015年8 月份把富氧率穩(wěn)定在4%后，效果更加明顯，具體見表2。

根據(jù)表2 對比，結(jié)合目前太鋼各個能源介質(zhì)單價，每年可為太鋼節(jié)約630 萬元，該項目為太鋼創(chuàng)造節(jié)能型企業(yè)做出了貢獻，同時令4 350 m³ 高爐熱風(fēng)爐各項指標(biāo)在同類型熱風(fēng)爐中名列前茅。該項目在太鋼的成功應(yīng)用后，一定會有更廣闊的應(yīng)用前景。

5   目前存在的問題及工作方向

5.1   存在的問題

1）富氧燒爐后，高溫區(qū)擴大，對熱風(fēng)爐耐材的影響還需要長時間細致觀察，短時不能盲足增加富氧率。

2）熱風(fēng)爐采用交錯并聯(lián)燒爐，在換爐期間，煤氣系統(tǒng)關(guān)閉，由于自動控制系統(tǒng)的延遲性，導(dǎo)致熱風(fēng)爐系統(tǒng)瞬時氧氣量上升，對熱風(fēng)爐的安全操作不利。繼續(xù)提高富氧率，需要合理解決該問題。

5.2   工作方向

1）全面觀察富氧情況下對熱風(fēng)爐耐材的影響，為下一步提高富氧率做準(zhǔn)備。

2）從工藝方面或設(shè)備控制方面采取措施解決在換爐期間氧氣含量瞬時上升的問題，積極探索更高富氧率工況下熱風(fēng)爐系統(tǒng)各參數(shù)的變化趨勢。