畢延恒

【摘 要】 加熱爐是軋鋼行業(yè)中重要的工藝生產(chǎn)設(shè)備之一。加熱爐在保證安全運(yùn)行及完成加熱鋼坯任務(wù)的同時，還要考慮高效及經(jīng)濟(jì)地燃燒。如何采用合理有效的控制策略，當(dāng)加熱爐控制系統(tǒng)的負(fù)荷及煤氣的質(zhì)量等因素發(fā)生波動時，仍然能使加熱爐內(nèi)的爐膛溫度、爐膛壓力、排煙溫度等參數(shù)穩(wěn)定在控制范圍之內(nèi)，并且能夠使加熱爐工作在最佳燃燒區(qū)內(nèi)，提高產(chǎn)品質(zhì)量且能節(jié)約能耗、降低對環(huán)境造成的污染等等，是提高企業(yè)競爭力的主要措施，也是企業(yè)界和科技界對加熱技術(shù)改進(jìn)一直關(guān)注的熱門課題。

【關(guān)鍵詞】 軋鋼廠；加熱爐；燃燒系統(tǒng)；改造

一、立項背景及總體思路

鋼鐵工業(yè)是國家最重要的材料和基礎(chǔ)工業(yè)，擔(dān)負(fù)著國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和國防安全所需鋼鐵材料的生產(chǎn)重任。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，國家倡導(dǎo)低碳節(jié)能環(huán)保這與我國目前的能源短缺狀況存在巨大的矛盾，已經(jīng)制約了我國現(xiàn)代化的進(jìn)程，必須降低生產(chǎn)能耗。鋼鐵行業(yè)其能耗在各行業(yè)中首屈一指，占總能耗的20%，而加熱爐的能耗占鋼鐵能耗的25%。針對這種加熱能耗關(guān)系，在保證生產(chǎn)正常進(jìn)行的前提下，盡可能地降低鋼坯的加熱能耗可以使軋鋼生產(chǎn)的總能耗得到最大程度的降低，因此如何提高加熱爐的加熱效率，優(yōu)化加熱爐的爐溫控制和燃燒技術(shù)的更新對于冶金工業(yè)的節(jié)能降耗、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。低能耗高效率的生產(chǎn)，已經(jīng)成為目前冶金工業(yè)控制技術(shù)的重點(diǎn)和主要的研究方向。

二、軋鋼加熱爐現(xiàn)狀

軋鋼加熱爐的爐壓變化頻繁、空燃比難以抓取，對人工操作技術(shù)要求較高。軋鋼加熱爐燃燒燃料使用的是高爐煤氣，由于外網(wǎng)壓力經(jīng)常波動。爐內(nèi)煤氣燃燒的好壞將直接影響爐膛溫度、出鋼溫度、燃燒熱效率及氧化燒損率，因此燃燒控制環(huán)節(jié)亦是加熱爐控制中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。目前加熱爐控制過程中頻繁的出現(xiàn)過氧燃燒和缺氧燃燒，進(jìn)而導(dǎo)致爐壓不穩(wěn)，出現(xiàn)爐膛進(jìn)出口躥火現(xiàn)象，空燃比難以維持在最佳狀態(tài)，不但浪費(fèi)了煤氣，而且影響加熱爐的產(chǎn)量。

三、加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)開發(fā)目的

加熱爐優(yōu)化燃燒系統(tǒng)目的在于提高加熱爐熱效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約燃?xì)?、減少殘氧排放量以實現(xiàn)低碳生產(chǎn)、延長加熱爐的使用壽命、減輕操作人員勞動強(qiáng)度等功能及指標(biāo)。旨在對現(xiàn)有鋼廠的加熱爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行控制技術(shù)優(yōu)化并提升企業(yè)設(shè)備的技術(shù)功能和操作穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，已成為降低成本和增加經(jīng)濟(jì)效益的深受歡迎的項目之一。該技術(shù)已成功運(yùn)用在國內(nèi)數(shù)家鋼鐵企業(yè)。

四、工程概述

某公司在生產(chǎn)運(yùn)行中面臨著巨大的環(huán)保壓力，公司在安全生產(chǎn)、節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)壓力日益加大。2013年以來公司進(jìn)行廠區(qū)全面治理，廠區(qū)面貌得到了極大的改觀，“安全生產(chǎn)，清潔廠區(qū)，整治環(huán)境，呵護(hù)城市”成為公司不斷追求的目標(biāo)，公司提出了“生態(tài)、科技、務(wù)實、高效”的企業(yè)管理理念，而煤氣發(fā)生爐作為WA級危險源，不但危險源點(diǎn)較多，安全隱患也非常多，運(yùn)行的風(fēng)險性非常大，現(xiàn)場人員極易發(fā)生煤氣中毒事故，與企業(yè)管理理念相違背。故開發(fā)、使用新的能源，減少污染物的排放已成為公司節(jié)能減排、改善環(huán)境的主要途徑之一。

五、技術(shù)方案及創(chuàng)新點(diǎn)

本加熱爐燃燒系統(tǒng)改造方案，本著低投入，高產(chǎn)出的原則，加熱爐本體不做大的改動，只對燒嘴部分的爐體進(jìn)行局部破除。改造后的加熱爐燒嘴共計32個，其中爐頭2個端燒嘴，爐子兩側(cè)共30個側(cè)燒嘴。考慮到加熱爐爐體寬度方向上比較窄，而天然氣的熱值較高，理論燃燒溫相對度較高，燃燒速度相對較慢，火焰較長的特點(diǎn)，為了避免爐內(nèi)鋼坯加熱時產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象的發(fā)生，采取了加熱爐上部燒嘴和下部燒嘴交錯布置，東側(cè)燒嘴和西側(cè)燒嘴交錯布置的方案。

在燒嘴的選型上，考慮到天然氣主要成分為甲烷，單位體積熱值較高，與空氣的燃燒比約為1：10，燃燒需要的空氣量較大，如果不能充分混合，極易出現(xiàn)不完全燃燒現(xiàn)象，如果出現(xiàn)不完全燃燒，不但會造成燃料的浪費(fèi)，成本的增加，不完全燃燒產(chǎn)生的一氧化碳還會對環(huán)境造成較大的污染。為避免天然氣產(chǎn)生不完全燃燒現(xiàn)象，在與設(shè)計單位充分交流研究的基礎(chǔ)上，決定采用帶中心風(fēng)的WDH-TYC系列天然氣調(diào)焰燃燒器。

這種燒嘴是一種新型的高性能調(diào)焰燃燒器，它采用了兩路配風(fēng)結(jié)構(gòu)，其中一路與天然氣有相同的流向，沿燃燒器自身的軸線向前噴出；另一路配燃空氣經(jīng)過一個旋流器后旋轉(zhuǎn)向前噴出，里外兩路的供風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計使天然氣與助燃風(fēng)得到充分的混合，避免了不完全燃燒現(xiàn)象的出現(xiàn)。并且通過改變兩路空氣的流量比例，可以有效的改變配燃空氣與天然氣的摻混程度和混合氣流的形狀，從而有效的改變?nèi)紵鞒隹谔幓鹧娴拈L度和火焰的形狀。

采用該種新型燒嘴后，現(xiàn)在的加熱爐的加熱質(zhì)量比改造前的加熱質(zhì)量有了明顯的改觀，這種燒嘴具有比一般燒嘴更高的燃?xì)夂涂諝饣旌蠚獬隹谒俣?，可以產(chǎn)生更為強(qiáng)烈的爐內(nèi)氣體對流，從而提高了燃料的熱利用率和保證爐內(nèi)有更均勻的溫度分布。

關(guān)鍵技術(shù)一：采取燒嘴交錯布置，加大了爐內(nèi)氣體的撓動，使鋼坯加熱均勻性得到提高，避免爐鋼坯加熱時產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象的發(fā)生；

關(guān)鍵技術(shù)二：采用帶中心風(fēng)的WDH-TYC系列天然氣調(diào)焰燃燒器，使加熱不同鋼種時，燒嘴火焰調(diào)節(jié)范圍加大；有較高的出口速度，火焰對流強(qiáng)，爐溫均勻；且燃燒效果好，安全性能高，環(huán)境污染低。

六、實施效果及經(jīng)濟(jì)效益

（一）運(yùn)行方面

該軋廠加熱爐燃燒系統(tǒng)改造前，發(fā)生爐的入爐燃料為無煙煤，由于供貨商及產(chǎn)煤地的不固定，燃煤的質(zhì)量波動較大，從而對發(fā)生爐的爐況運(yùn)行影響較大，經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)渣及發(fā)生爐冷運(yùn)行事故，且常因發(fā)生爐運(yùn)行不穩(wěn)定，造成停車事故；且使得發(fā)生爐產(chǎn)出的熱臟發(fā)生爐煤氣的熱值也隨煤質(zhì)的波動而變得極不穩(wěn)定，使噸鋼燃耗不但波動較大，且運(yùn)行成本也非常高，對鋼坯的加熱均勻性也產(chǎn)生較大影響。改燃天然氣后，由于天然氣的熱值相對比較穩(wěn)定，加熱爐運(yùn)行非常平穩(wěn)，從9月份投運(yùn)至今尚未發(fā)生過因加熱影響造成停車的生產(chǎn)事故，事故率大幅度降低。由于天然氣比熱臟發(fā)生爐煤氣清潔干凈得多，生產(chǎn)的鋼材表面質(zhì)量得到了較大的改觀。

（二）安全方面

改造前，煤氣發(fā)生爐為WA級危險源，不但危險源點(diǎn)較多，且安全隱患也非常多，運(yùn)行的風(fēng)險性非常大，現(xiàn)場人員極易發(fā)生煤氣中毒事故。加熱爐燃燒系統(tǒng)改燃天然氣后，減少了安全隱患，運(yùn)行風(fēng)險得到了有效的控制。

（三）環(huán)保方面

改燃天然氣后，減少二氧化硫和粉塵排放量接近100%，減少二氧化碳排放量達(dá)60%，減少氮氧化合物排放量達(dá)50%，社會效益得到極大的提升。

（四）費(fèi)用方面

改燃天然氣前，二軋廠燃料消耗結(jié)算方式為以盤定消，塊煤+篩下煤粉按綜合實際價格結(jié)算，煤粉回收按300元/噸沖減。

2013年軋廠塊煤消耗26137噸，煤粉回收3377噸，煤粉回收每噸300元，塊煤1550元/噸（含稅價），2012年燃料總費(fèi)用550×27138-3266×300=4108.4萬元，2012年全年的年產(chǎn)量26.4萬噸，則噸鋼燃料成本（含稅價）為155.62元/t。改燃天然氣后，2013年圓鋼噸鋼平均單耗為45.7m3/t鋼，含稅價2.95元/Nm3，天然氣的燃料成本（含稅價）為134.82元/噸，噸鋼燃耗成本降低20.8元/t。2013年圓鋼產(chǎn)量14.23萬噸，則運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省14.23×20.8=296萬元。

年修費(fèi)用：節(jié)省發(fā)生爐的年維護(hù)費(fèi)用，2012年發(fā)生爐維護(hù)費(fèi)用62.56萬元。

節(jié)約電耗：發(fā)生爐系統(tǒng)運(yùn)行功率110kW，改燃天然氣后，可節(jié)約此項費(fèi)用54萬元（電費(fèi)按0.62元/kWh，運(yùn)行天數(shù)330天計算）。

節(jié)省原料準(zhǔn)備費(fèi)用：改燃天然氣后，責(zé)塊煤篩分的物業(yè)公司予以取消，運(yùn)煤物業(yè)費(fèi)用5.8萬元/月，年節(jié)約費(fèi)用69.6萬元。

七、結(jié)語

優(yōu)化燃燒就是利用機(jī)械、電氣、計算機(jī)等組合的自動控制系統(tǒng)，保證加熱爐在燃燒的過程中達(dá)到空氣、煤氣配合比時刻處于最佳狀態(tài)，與手動燒爐相比，節(jié)約了能源，提高了生產(chǎn)效率，降低了廢氣排放，優(yōu)化燃燒系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)的軋鋼加熱爐，用戶數(shù)據(jù)表明，通常情況下，采用優(yōu)化燃燒系統(tǒng)可降低原氧化燒損率的2%以上，節(jié)約煤氣2.0%-5.0%。

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