煤氣熱值波動對加熱爐爐內(nèi)氣氛的影響分析

劉剛鋒 陳 勝

（1.武漢鋼鐵（集團）公司研究院 湖北 武漢：430080；2.湖北省冶金工藝模擬工程實驗室 湖北 武漢：430080）

1 概述

加熱爐是冶金行業(yè)的關鍵設備之一，加熱爐性能的好壞直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，而加熱爐燃料是影響加熱爐性能的重要因素，因此根據(jù)生產(chǎn)需求合理控制、及時調(diào)節(jié)加熱爐燃料熱值、壓力、成份、流量等參數(shù)是提高加熱爐效率的有效措施。

鋼鐵冶金行業(yè)中副產(chǎn)的高爐、焦爐煤氣按照不同比例混合而成的混合煤氣作為熱軋加熱爐的主要燃料。實際生產(chǎn)中由于檢測儀器誤差和調(diào)節(jié)滯后等原因，使得混合煤氣熱值波動較大，而導致加熱爐內(nèi)氣氛、燃燒溫度等關鍵參數(shù)發(fā)生變化。極大的影響到產(chǎn)品表面質(zhì)量控制，如鋼坯氧化和脫碳等，同時也影響到加熱爐的煤氣消耗等技術經(jīng)濟指標。

2 煤氣熱值波動對加熱爐氣氛的影響

2.1 混合站煤氣波動及成份變化

煤氣熱值波動使得燃料燃燒時空燃比等參數(shù)發(fā)生變化，從而引起加熱爐理論燃燒溫度、爐內(nèi)氣氛、濕煙氣量等關鍵技術參數(shù)發(fā)生變化，為了高效合理利用燃料，需要通過燃燒計算后合理調(diào)節(jié)分配燃料熱值，提高加熱爐性能。煤氣熱值波動曲線圖如圖1所示，武鋼2012年回收高爐、焦爐和轉爐煤氣成分數(shù)據(jù)如表1示。

圖1 2012年混合站煤氣熱值波動趨勢圖

熱值配比計算公式：焦煤體積百分比X，高煤體積百分比Y，焦煤熱值16.59高煤熱值3.73；根據(jù)已知混合煤氣熱值：

根據(jù)上述公式，可以算出不同加熱爐對應不同混合站的煤氣熱值波動時，其高爐煤氣、焦煤煤氣的體積比也會相應發(fā)生變化，其混合后煤氣組份也發(fā)生變化，具體見表2。

表1 2012年煤氣成份表

表2 熱值波動后混合煤氣組份變化

2.2 煤氣熱值波動對爐內(nèi)氣氛的影響

爐內(nèi)氣氛決定于燃料成份、空氣消耗系數(shù)及燃料燃燒的完全程度。實際生產(chǎn)中加熱爐燃料為熱值、成份不同的焦爐煤氣和高爐煤氣摻混組成的混合煤氣。由于單一的焦爐煤氣和高爐煤氣成份不變，因此，影響爐內(nèi)氣氛發(fā)生變化主要原因是焦爐煤氣和高爐煤氣的摻混比例。摻混比例不同空燃比也不同，而空燃比變化會引起燃料完全燃燒程度發(fā)生變化，從而引起爐內(nèi)氣氛發(fā)生變化。

混合煤氣中可燃組份在爐內(nèi)燃燒化學方程式如下：

假設混合煤氣中CO、CH4和H2等成份燃燒速率相同，且以混合站煤氣熱值平均值做為恰好完全燃燒點，根據(jù)上述公式計算熱值波動時爐內(nèi)燃燒產(chǎn)物組份變化情況如表3示。

表3 混合煤氣熱值最高、最低及平均值對應燃燒產(chǎn)物百分比

從表3可知：

（1）假設混合煤氣中CO、CH4和H2等成份燃燒速率相同，當空氣量維持不變時，煤氣熱值波動會導致二混，九混A和九混C對應的加熱爐爐內(nèi)燃燒工況出現(xiàn)劇烈波動，燃料從完全燃燒逐漸變?yōu)椴煌耆紵?。一部分CO和H2未能能夠充分燃燒，煙氣中產(chǎn)生大量的CO和H2，使得爐內(nèi)氣氛在氧化性氣氛和還原性氣氛中波動；

（2）生產(chǎn)高碳鋼為主的加熱爐對爐內(nèi)氣氛相對比較敏感，受熱值波動引起爐內(nèi)氣氛在氧化性氣氛和還原性氣氛中波動對產(chǎn)品質(zhì)量影響較大。

3 結論

（1）如果空氣量維持不變，則煤氣熱值波動會導致爐內(nèi)燃燒工況出現(xiàn)劇烈波動，從完全燃燒到不完全燃燒，產(chǎn)生大量的CO和H2爐內(nèi)氣氛在氧化性氣氛和還原性氣氛中波動。

（2）生產(chǎn)高碳鋼為主的加熱爐對爐內(nèi)氣氛相對比較敏感，受熱值波動引起爐內(nèi)氣氛在氧化性氣氛和還原性氣氛中波動影響較大。

（3）熱值波動會導致加熱爐出現(xiàn)不完全燃燒，如上所示二混、九混A、九混C會出現(xiàn)明顯的化學不完全燃燒損失，燃料熱損失增大。

［1］于浩淼，馬家驥，余威，等.煤氣熱值波動對加熱爐的影響及解決對策［J］.工業(yè)爐，2012，（34）：38－71.

［2］劉金寶，王洪峰.明火加熱爐的爐內(nèi)氣氛控制［J］.金屬制品，2010，（5）：33－34.