李寶成

( 河鋼集團(tuán)唐鋼公司，河北 唐山 063000)

摘 要: 對(duì)目前鋼鐵行業(yè)較關(guān)注的燒結(jié)機(jī)排放口 CO 較高問題進(jìn)行分析，研究并詳細(xì)介紹了燒結(jié)機(jī)富氧點(diǎn)火燃燒工藝技術(shù)。設(shè)計(jì)氧氣外網(wǎng)系統(tǒng)、燒結(jié)富氧平臺(tái)系統(tǒng)、點(diǎn)火爐增加純氧助燃等裝置以及配套的電力系統(tǒng)、自動(dòng)化儀表檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等輔助設(shè)施，使系統(tǒng)富氧經(jīng)助燃風(fēng)管道助燃風(fēng)、氧氣混合器進(jìn)入到點(diǎn)火爐燒結(jié)機(jī)助燃風(fēng)管道內(nèi)的應(yīng)用方案，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程富氧點(diǎn)火燃燒的目的。該技術(shù)能進(jìn)一步降低燒結(jié)機(jī)頭排放口 CO 排放濃度，有效控制和節(jié)約煤氣用量，對(duì)鋼鐵企業(yè)超低排放提供了借鑒。

關(guān)鍵詞: 燒結(jié)機(jī); 點(diǎn)火爐; 富氧; 二次燃燒; CO

1 引言

鋼鐵企業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量 CO，原因主要有兩種，一種是燒結(jié)過程產(chǎn)生的 CO₂ 吸附于固定碳周圍，隨著氣溫升高，發(fā)生氣化反應(yīng)，生成 CO; 另一種是燒結(jié)過程中出現(xiàn)局部低氧氣氛，造成碳不充分燃燒產(chǎn)生 CO。另外，燒結(jié)過程受向下氣流的影響，焦炭強(qiáng)氣流條件下比靜態(tài)燃燒更易產(chǎn)生 CO，其體現(xiàn)在 CO 的二次燃燒反應(yīng)上。隨著抽風(fēng)負(fù)壓的增大，氣流速度變快，CO 來不及燃燒就被抽離出燃燒帶也是產(chǎn)生 CO 的一個(gè)重要原因。因此，在燒結(jié)過程中需要充足的 O₂ 使固體燃料充分燃燒和產(chǎn)生的CO 二次燃燒完全^［1］。

河鋼唐鋼新區(qū) 1# 360 m² 燒結(jié)機(jī)、2# 360 m² 燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐使用的燃料為高爐煤氣，采用空氣助燃，通過使用和提高煙氣循環(huán)量和料面蒸汽噴灑等治理措施，燒結(jié)機(jī)頭廢氣排放口 CO 排放值濃度有一定程度的降低。目前，國(guó)內(nèi)其他鋼鐵企業(yè)和河鋼集團(tuán)內(nèi)部，同時(shí)具有煙氣循環(huán)系統(tǒng)和料面噴吹蒸汽等工藝手段的燒結(jié)機(jī)尚數(shù)不多，為進(jìn)一步降低燒結(jié)機(jī)頭 CO排放，經(jīng)過與國(guó)內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)和設(shè)計(jì)單位調(diào)研論證，燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐在富氧條件下助燃，可以進(jìn)一步減少燒結(jié)機(jī)機(jī)頭煙氣中 CO 排放濃度。同時(shí)，還可以降低煤氣使用量，提高燒結(jié)成品質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，對(duì)提高燒結(jié)過程氧含量展開較深入研究，在燒結(jié)機(jī)機(jī)頭點(diǎn)火器增加純氧助燃裝置，將唐鋼新區(qū)低壓氧氣外網(wǎng)的 O₂ 經(jīng)過富氧平臺(tái)內(nèi)壓力調(diào)節(jié)閥組及流量調(diào)節(jié)閥組，將 O₂ 壓力適當(dāng)降低，經(jīng)助燃風(fēng)管道上安裝的助燃風(fēng)、氧氣混合器進(jìn)入到助燃風(fēng)管道內(nèi)，通過點(diǎn)火器進(jìn)入流程，以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程富氧氣氛目的^［2］。

2 工藝介紹

河鋼唐鋼新區(qū) 1# 360 m² 燒結(jié)機(jī)、2# 360 m² 燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐使用的燃料為高爐煤氣，采用空氣助燃。通過增加氧含量助燃，富氧燃燒采用含氧量超過21%的空氣助燃，可降低煙氣的體積，減少排煙熱損失，提高點(diǎn)火爐熱效率，達(dá)到節(jié)約燃料、降低成本的目的。另外，氧含量的提高，可顯著提高理論燃燒溫度，降低燃料燃點(diǎn)，改善火焰質(zhì)量，使燒結(jié)點(diǎn)火爐燃燒低熱值高爐煤氣成為可能，且燃燒溫度的提高可加快點(diǎn)火速度。設(shè)計(jì)范圍包括氧氣外網(wǎng)系統(tǒng)、1# 燒結(jié)富氧平臺(tái)系統(tǒng)、2# 燒結(jié)富氧平臺(tái)系統(tǒng)，以及配套的電力系統(tǒng)、自動(dòng)化儀表檢測(cè)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等相關(guān)輔助設(shè)施^［3］。

2．1 設(shè)計(jì)原則

燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐富氧助燃點(diǎn)火采用國(guó)內(nèi)外成熟、先進(jìn)、可靠、實(shí)用的技術(shù)和裝備，選用合理工藝，建設(shè)一座清潔、安全、節(jié)能、先進(jìn)的一流設(shè)施，保證設(shè)備水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際同類先進(jìn)水平，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2．2 技術(shù)原理

為滿足唐鋼新區(qū) 1# 360m² 燒結(jié)機(jī)、2# 360 m² 燒結(jié) 機(jī)點(diǎn)火爐助燃風(fēng)管道內(nèi)富氧率平均5%，最大9% 的要求，確 定 每 個(gè) 燒 結(jié) O₂ 的平均用量和最大用量^［4］，具體見表 1。

根據(jù)上述 O₂ 用戶及用量表，從原有 DN400 低壓氧氣主管網(wǎng)上，引一根 DN200 的氧氣管道敷設(shè)至1# 及 2# 燒結(jié)主廠房外，與車間內(nèi)的富氧平臺(tái)連接。O₂ 經(jīng)助燃風(fēng)、氧氣混合器后，進(jìn)入助燃風(fēng)管道。

2．3 工藝流程簡(jiǎn)述

燒結(jié)富氧工藝流程即將唐鋼新區(qū)低壓氧氣( 0．6 ～0．8 MPa) 外網(wǎng)的 O₂，經(jīng)過富氧平臺(tái)內(nèi)壓力調(diào)節(jié)閥組及流量調(diào)節(jié)閥組將 O₂ 壓力調(diào)整到 0．3 MPa，流量調(diào)節(jié)到 1 020 ～ 2 000 Nm3 /h，再經(jīng)助燃風(fēng)管道上安裝的助燃風(fēng)、氧氣混合器進(jìn)入到助燃風(fēng)管道內(nèi)，1# 、 2# 燒結(jié)富氧閥門平臺(tái)，尺寸均為 2．5 m×16 m，高度2．5 m，采用鋼框架結(jié)構(gòu)。平臺(tái)四周設(shè)置欄桿，并與原有鋼梯休息平臺(tái)連接。鋼平臺(tái)通過高強(qiáng)化學(xué)植栓，固定在燒結(jié)主廠房 8．8 m 平臺(tái)框架梁及主廠房框架柱上^［5］，工藝流程如圖 1 所示。

2．4 工藝設(shè)備及布置

氧氣外網(wǎng): 氧氣管道沿唐鋼新區(qū)西環(huán)路現(xiàn)有動(dòng)力綜合管網(wǎng)內(nèi)，低壓蒸汽管道東側(cè)預(yù)留的空間進(jìn)行敷設(shè)，進(jìn)入到兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)區(qū)域后，沿現(xiàn)有燒結(jié)區(qū)域動(dòng)力綜合管網(wǎng)及廠房東側(cè)除塵管道敷設(shè)，進(jìn)入到燒結(jié)主廠房?jī)?nèi)。此氧氣外網(wǎng)均無需新建支架。

O₂ 經(jīng)富氧平臺(tái)閥組調(diào)壓、調(diào)流量后，敷設(shè)至主廠房 23．9 m 的平臺(tái)上，經(jīng)助燃風(fēng)、氧氣混合器后進(jìn)助燃風(fēng)管道。

富氧平臺(tái): 1# 360 m² 燒結(jié)機(jī)富氧平臺(tái)和 2# 360 m² 燒結(jié)機(jī)富氧平臺(tái)設(shè)置在燒結(jié)主廠房 8．8 m 平臺(tái)上，位于大煙道東側(cè)，靠近燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)附近，平臺(tái)16 m×2．5 m，高 2．5 m，其上設(shè)氧氣壓力調(diào)節(jié)閥組、流量調(diào)節(jié)閥組、快速切斷閥、止回閥、阻火器及氧氣管道，主要設(shè)備情況見表 3。

3 自動(dòng)化儀表及控制系統(tǒng)

3．1 主要儀表

流量?jī)x表: 氣體流量測(cè)量采用差壓值計(jì)算并輔以溫、壓補(bǔ)償，差壓值測(cè)量使用差壓變送器，一次取壓裝置使用法蘭式噴嘴，在氧氣接取總管部位安裝獨(dú)立流量計(jì)，流量計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)噴嘴法蘭式一體化流量計(jì)，配套溫壓補(bǔ)償儀表及流量轉(zhuǎn)換單元，流量轉(zhuǎn)換單元須與現(xiàn)有型號(hào)保持一致。

執(zhí)行機(jī)構(gòu): 根據(jù)被調(diào)介質(zhì)以及工藝要求選擇調(diào)節(jié)閥并配套安全可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，富氧控制屬于關(guān)鍵部位，調(diào)節(jié)閥處于高溫區(qū)域須采用分體結(jié)構(gòu)，速斷閥采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。配套現(xiàn)場(chǎng)顯示部件，能夠直觀顯示執(zhí)行器運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)參數(shù); 具備斷信號(hào)、過扭矩等故障自診斷及保護(hù)功能; 配備手輪，能夠?qū)崿F(xiàn)就地電動(dòng)和手動(dòng)操作。

隔離器: 所有儀表模擬量輸入、輸出信號(hào)均加裝隔離器( 或配電器) ，隔離器( 或配電器) 按照 PLC通道數(shù)量配置齊全。

氧氣濃度分析: 采用分體式氧化鋯分析儀。固定式可燃、有毒報(bào)警器應(yīng)具備就地聲光報(bào)警功能，配備報(bào)警器監(jiān)控主機(jī)，主機(jī)安裝在燒結(jié)主控室。

3．2 基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

富氧平臺(tái)儀表數(shù)據(jù)采集及控制通過 PLC 完成。1# 燒結(jié)機(jī)與 2# 燒結(jié)機(jī)各增設(shè) PLC 遠(yuǎn)程 I/O 柜一面，安 裝 在 現(xiàn) 有 1# 燒 結(jié) 機(jī)、2# 燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)PLC 室內(nèi)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)電源取自現(xiàn)有煙氣循環(huán)系統(tǒng)，PLC 硬件選型、配置、機(jī)柜設(shè)計(jì)及布置必須與現(xiàn)有 1# 燒結(jié)機(jī)、2# 燒結(jié)機(jī)煙氣循環(huán)控制系統(tǒng)保持一致。介于富氧的安全性要求，PLC 柜中機(jī)架模板電源和信號(hào) 24V 電源均需冗余配置，并配置冗余模塊。

富氧平臺(tái)監(jiān)控畫面、趨勢(shì)等編程調(diào)試任務(wù)，并將監(jiān)控畫面趨勢(shì)等最終集成融入到現(xiàn)有中控上位機(jī)顯示畫面內(nèi)，在原燒結(jié)控制室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)視與控制。

4 運(yùn)行情況

目前唐鋼新區(qū) 1# 燒結(jié)機(jī)、2# 燒結(jié)機(jī)燃燒介質(zhì)采用的是高爐煤氣，煤氣成分見表 4。

設(shè)計(jì)的助燃風(fēng)管道內(nèi)平均富氧率 5%，最大富氧率 9%，進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試，并得出如下結(jié)果:⑴在富氧率 0 ～ 9%條件下燃燒，燒結(jié)機(jī)頭排放口 CO 濃度由＞7 000 mg /Nm³ 降至約4 200 mg /Nm³ ，排放口 CO 濃度可降低 40%以上，如圖 2 所示;

⑵在富氧率 0 ～ 9%條件下燃燒，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)高爐煤氣燃料消耗 ( 噸燒結(jié)礦消耗煤氣量) 由33 m³ /t 降至 32 m³ /t，燃料消耗降低 3%以上，如圖 3 所示;

⑶在富氧率 0 ～ 9%條件下燃燒，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量由 23 500 t /d 提升至 23 735 t /d，兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)日產(chǎn)量提升約 1%，如圖 4 所示。

5 結(jié)語(yǔ)

燒結(jié)機(jī)富氧點(diǎn)火技術(shù)是通過在燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐增加純氧助燃裝置，經(jīng)助燃風(fēng)管道助燃風(fēng)、氧氣混合器進(jìn)入到助燃風(fēng)管道內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程富氧條件下燃燒。

燒結(jié)機(jī)點(diǎn)火爐在富氧條件下燃燒，可以實(shí)現(xiàn)燒結(jié)機(jī)頭排放口 CO 濃度進(jìn)一步降低，有效控制和節(jié)約煤氣燃料的消耗用量成本，并且可小幅提升燒結(jié)礦產(chǎn)量。因此，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程富氧點(diǎn)火燃燒，對(duì)鋼鐵企業(yè)超低排放提供了借鑒。

參考文獻(xiàn):

［1］ 廖繼勇，鄭浩翔，甘 敏，等．燒結(jié)煙氣 CO 的產(chǎn)生及治理途徑－生成機(jī)理及排放規(guī)律［J］．燒結(jié)球團(tuán)，2021，46( 02) : 1-7．

［2］ 周浩宇，劉 前，李 謙，等．冶金燒結(jié)超低負(fù)壓點(diǎn)火技術(shù)及裝置的研究與應(yīng)用［J］．世界有色金屬，2019，528( 12) : 9-11．

［3］ 郭佳琪，車婧琦，潘 妮．富氧燃燒技術(shù)在燒結(jié)點(diǎn)火爐上的應(yīng)用分析［J］．冶金能源，2020，39( 02) : 30-33．

［4］ 劉 前，周浩宇，裴元東，等．富氧條件對(duì)低熱值燃?xì)鉄Y(jié)點(diǎn)火的影響［J］．中國(guó)冶金，2021，31( 07) : 57-62．

［5］姜 穎．探索燒結(jié)富氧點(diǎn)火自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用［J］． 世界有色金屬，2020，550( 10) : 12-13．