陳 偉，陳曉偉,田 朝，楊子凡

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司動(dòng)力部，河北唐山 063000）

概述

在國家強(qiáng)化煤氣安全監(jiān)管的背景下，鋼鐵行業(yè)放散煤氣能否順利點(diǎn)燃一直備受關(guān)注。針對(duì)傳統(tǒng)高爐煤氣放散塔采用焦?fàn)t煤氣伴燒，高品質(zhì)煤氣浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象[1]，包鋼、首鋼京唐和唐鋼等大型鋼鐵企業(yè)均開展了放散塔改造項(xiàng)目[2-4]。放散塔火炬由焦?fàn)t煤氣“長(zhǎng)明燈”點(diǎn)火伴燒改造成高爐煤氣直燃式點(diǎn)火伴燒，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。然而高爐煤氣直燃伴燒放散塔熄火現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生，但熄火原因和整改措施卻鮮有報(bào)道。結(jié)合唐鋼高爐煤氣直燃點(diǎn)火放散塔熄火問題，探究了可能造成熄火的原因，并有針對(duì)性地完成了改造，以期為同行處理此類問題提供一定的參考。

唐鋼目前運(yùn)行高爐2 座，高爐煤氣產(chǎn)量為110×104m3/h，高爐煤氣經(jīng)TRT 發(fā)電或減壓閥組減壓后，通過綜合管網(wǎng)送至各用戶和煤氣柜。唐鋼建有三管式放散塔一座（分A、B、C 塔），塔高70 m，通過放散多余煤氣維持管網(wǎng)安全運(yùn)行，單管放散能力為20×104m3/h，放散火炬采用高爐煤氣直燃自動(dòng)點(diǎn)火伴燒形式。自2020 年12 月，當(dāng)單管放散量大于11×104m3/h 時(shí)，多次出現(xiàn)放散塔熄火問題，威脅系統(tǒng)安全。

1 原因分析

1.1 高爐煤氣熱值低

研究首鋼京唐公司放散塔火炬改造案例后發(fā)現(xiàn)：高爐煤氣熱值低是放散塔熄火的主要原因[2]，與普通高爐相比，爐型越大，所產(chǎn)生的高爐煤氣熱值越低。唐鋼新區(qū)采用2 922 m3大型高爐，而首鋼京唐采用5 500 m3的特大型高爐，通過對(duì)比唐鋼與首鋼京唐高爐煤氣成分與熱值（表1）發(fā)現(xiàn)，熱值相近，但唐鋼新區(qū)高爐煤氣熱值較為穩(wěn)定。

表1 煤氣成分組成對(duì)照表

經(jīng)與廠家協(xié)商，在取得伴燒器原件后進(jìn)行了地面試驗(yàn)，通過向高爐煤氣中混入不同比例的氮?dú)?，但仍維持與管網(wǎng)壓力一致（12.5 kPa），用以模擬低熱值的高爐煤氣通過伴燒器后點(diǎn)燃情況，實(shí)驗(yàn)表明：在高爐煤氣熱值低至2 356 kJ/m3，放散塔伴燒器仍能穩(wěn)定燃燒，火焰長(zhǎng)度約0.7 m，唐鋼放散塔熄火并非高爐煤氣熱值低造成。

1.2 高爐煤氣含塵量

高爐煤氣含塵量高可能造成直燃式點(diǎn)火伴燒器的熱面式發(fā)弧裝置積碳甚至故障，繼而引發(fā)放散塔熄火[4]。唐鋼高爐煤氣經(jīng)除塵裝置處理后其含塵量低于8 mg/m3，其數(shù)值低于放散塔點(diǎn)火伴燒器對(duì)于含塵量的要求，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)火裝置并未受到煤氣中粉塵的污染。為防止此類故障發(fā)生，應(yīng)對(duì)電極頭部進(jìn)行清洗。

1.3 放散塔火炬的安裝質(zhì)量

發(fā)弧電極間距大導(dǎo)致發(fā)弧效率低，高壓電纜絕緣層破損或燒損致高壓電送不到發(fā)弧電極，數(shù)據(jù)采集探頭因固定不牢固、粉塵覆蓋引起數(shù)據(jù)反饋不準(zhǔn)確等問題均會(huì)造成發(fā)散塔熄火。檢查后發(fā)現(xiàn)放散塔火炬各部分安裝符合技術(shù)要求。

1.4 高爐煤氣伴燒氣源不足

唐鋼放散塔火炬頭具備“長(zhǎng)明火”伴燒和自動(dòng)點(diǎn)火兩種模式，伴燒氣源取自高爐煤氣主管網(wǎng)并引送至火炬頭伴燒器。唐鋼地處北方沿海地區(qū)，冬季溫度低，伴燒氣源管較細(xì)（DN80）且沿塔垂直段較長(zhǎng)，可能因高爐煤氣內(nèi)水汽冷凝致管路堵塞，繼而引起高爐煤氣伴燒氣源不足，伴燒器熄火，類似情況在包鋼放散塔熄火改造中有過報(bào)道[5]?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)A、B、C 三塔伴燒氣源管內(nèi)高爐煤氣流量均小于110 m3/h（設(shè)計(jì)值為250 m3/h），打開管道法蘭連接處有大量水流出。通過關(guān)閉伴燒氣源管閥門，對(duì)A、B、C 三塔伴燒氣源管進(jìn)行氮?dú)獯祾?；在伴燒氣源管低點(diǎn)分別加裝排水閥門、冬季加伴熱裝置、伴燒氣源總管加裝排水器后，A、B、C 三塔伴燒氣源管內(nèi)流量均可增至210 m3/h，放散塔自動(dòng)點(diǎn)火成功率明顯提高。但“長(zhǎng)明火”伴燒模式下，伴燒器仍存在一定頻次的熄火現(xiàn)象。

1.5 放散塔火炬設(shè)計(jì)問題

針對(duì)放散塔火炬在“長(zhǎng)明火”模式下，伴燒器仍存在熄火現(xiàn)象，唐鋼通過比照首鋼京唐和包鋼的高爐煤氣直燃放散塔火炬頭后發(fā)現(xiàn)：唐鋼放散塔火炬防風(fēng)罩與伴燒器的組合形式有欠缺，伴燒器存在2處問題。為進(jìn)一步提高放散塔火炬系統(tǒng)穩(wěn)定性，唐鋼進(jìn)行了放散塔火炬頭改造。

2 伴燒器改造

2.1 伴燒器移至防風(fēng)罩內(nèi)

如圖1 所示，唐鋼放散塔伴燒器位于防風(fēng)罩上方，防風(fēng)罩不能對(duì)伴燒器起到保護(hù)作用，伴燒器極易受外部環(huán)境影響導(dǎo)致熄火。改造后如圖2 所示，將伴燒器移至防風(fēng)罩內(nèi)，高爐煤氣燃燒所需要的部分空氣從防風(fēng)罩下口引入火炬頭部，空氣與高爐煤氣混合后燃燒更加充分，降低燃燒火焰的長(zhǎng)度，減小外部環(huán)境的影響。

圖1 火炬頭改造前

圖2 火炬頭改造后（符號(hào)標(biāo)注同圖1）

2.2 切除引流裝置

在原設(shè)計(jì)中，在伴燒器取氣口上加裝了高爐煤氣引流裝置，然而在實(shí)際運(yùn)行中，此引流裝置會(huì)降低伴燒器內(nèi)煤氣的流量和壓力，影響伴燒器的火焰剛度，加之因引流裝置較長(zhǎng)，導(dǎo)致伴燒器安裝在防風(fēng)罩外部，伴燒器火焰易受環(huán)境影響而發(fā)生熄火現(xiàn)象。改造后，將引流裝置切除，如圖2 中4 所示，使用墊片將引流裝置管道封堵。改造完成前后實(shí)際效果如圖3、圖4所示。

圖3 火炬頭改造前實(shí)物圖

圖4 火炬頭改造后實(shí)物圖

3 結(jié)論

通過對(duì)高爐煤氣性質(zhì)、放散塔安裝和設(shè)計(jì)等可能造成放散塔熄火的原因逐一排查與分析后發(fā)現(xiàn)：伴燒氣源不足和火炬頭設(shè)計(jì)不合理是造成唐鋼高爐煤氣直燃放散塔熄火的原因，通過有針對(duì)性的改造后解決了放散塔熄火問題，避免了高爐煤氣直接對(duì)空放散造成的環(huán)境與安全問題。自2021 年1 月以來，高爐煤氣放散塔在額定放散量范圍內(nèi)均能夠安全的實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火放散，系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯提升。