雙蓄熱燃燒技術(shù)在臺(tái)車式加熱爐的應(yīng)用實(shí)踐

【摘要】介紹了空氣、高爐煤氣雙蓄熱式燃燒技術(shù)在東北特殊鋼集團(tuán)臺(tái)車加熱爐上的應(yīng)用，解析了臺(tái)車加熱爐由單蓄熱到雙蓄熱的整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化過程，并列出了最終的優(yōu)化結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】雙蓄熱燃燒技術(shù)；蓄熱室；單蓄熱

引言

東北特殊鋼集團(tuán)大連基地高爐副產(chǎn)品高爐煤氣，由于熱值低不能直接滿足現(xiàn)有工業(yè)爐窯的使用。因此需進(jìn)行摻混天然氣等高熱值介質(zhì)來使用，且部分高爐煤氣處于放散狀態(tài)，一方面污染環(huán)境，另一方面浪費(fèi)資源。為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，合理利用現(xiàn)有資源，降低能源費(fèi)用，東北特殊鋼集團(tuán)準(zhǔn)備將該部分高爐煤氣回收利用，由于鍛鋼廠爐窯數(shù)量較多，改造過程中對(duì)生產(chǎn)影響較小，所以選擇在鍛鋼廠臺(tái)車加熱爐上采用高爐煤氣雙蓄熱的燃燒方式。一來可以解決高爐煤氣放散帶來的環(huán)境問題，二來可以充分利用能源，節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用。為了減少高爐煤氣放散對(duì)環(huán)境的影響并回收利用高爐煤氣，鍛鋼廠將空氣單蓄熱式臺(tái)車式加熱爐改造為空、煤氣雙蓄熱式加熱爐。

1、高爐煤氣現(xiàn)狀和高爐煤氣特性

1.1高爐煤氣現(xiàn)狀

東北特殊鋼集團(tuán)大連基地高爐煤氣的理論產(chǎn)能約18-20萬M3/h左右，實(shí)際產(chǎn)能約15-20萬M3/h左右，熱風(fēng)爐及燒結(jié)自消耗約7-9萬M3/h左右，現(xiàn)摻混天然氣的煤氣在4-6萬M3/h左右，現(xiàn)有2-4萬M3/h左右的高爐煤氣的富余。

1.2高爐煤氣特性

高爐煤氣是高爐煉鐵的副產(chǎn)品，它主要由可燃成分CO、H2、CH4和不可燃燒成分N2、CO2組成。其中CO占30%左右，H2、CH4數(shù)量很少，高爐煤氣中含有大量的N2和CO2約占60%～70%，所以發(fā)熱量比較低，熱值為850x4.18KJ。高爐煤氣由于發(fā)熱量低，理論燃燒溫度～1400℃，在加熱爐上單獨(dú)使用非常困難。

現(xiàn)在我們采用高爐煤氣雙蓄熱，將空氣、煤氣均預(yù)熱至1000℃，理論燃燒溫度

式中：Qd——燃料低位發(fā)熱值，KJ/m3

Cr、Ck——燃料、空氣的比熱容，KJ/Nm3*℃

La——空氣系數(shù)下的但為燃料空氣消耗量 取值0.8Nm3/Nm3

Va——空氣系數(shù)下的單位燃料燃燒生成的煙氣量1.66Nm3/Nm3

tr、tk——煤氣及空氣的預(yù)熱溫度（℃）

由此計(jì)算理論燃燒溫度tli大大提高，可達(dá)～2100℃，可達(dá)爐溫1575℃，實(shí)際爐溫需要1280℃，尚留有余地。以上理論計(jì)算基于煤氣壓力在不低于8kPa（目前高爐煤氣壓力不低于10KPa）的情況下。

2.空氣、煤氣雙蓄熱燃燒技術(shù)特點(diǎn)

空氣煤氣雙蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)在工業(yè)窯爐上應(yīng)用始于上世紀(jì)90年代初，由于其節(jié)能及環(huán)保效果十分顯著，因此這項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)外都得到了迅速開發(fā)與應(yīng)用。雙蓄熱技術(shù)的主要原理就是使煙氣分別和空氣、煤氣交替通過蓄熱燒嘴的蓄熱體，將煙氣的溫度由進(jìn)入蓄熱體時(shí)的1000℃以上的高溫降低到150℃左右，同時(shí)將空氣、煤氣的溫度由常溫預(yù)熱到1000℃以上。雙蓄熱技術(shù)有效地突破了低熱值燃料用于高溫爐窯的難點(diǎn)，解決了點(diǎn)火燃燒困難和余熱回收不充分等兩方面的重大技術(shù)問題。

2.1空、高爐煤氣雙蓄熱燃燒優(yōu)點(diǎn)

2.1.1采用空、煤氣雙蓄熱的燃燒形式，理論上將空氣、煤氣預(yù)熱至1000℃左右，提高熱效率，充分利用煙氣余熱，擴(kuò)大劣質(zhì)能源的應(yīng)用范圍，從而有效地提高了高爐煤氣的理論燃燒溫度，保證工藝要求的鋼坯溫度。

2.1.2爐膛為貧氧燃燒，煤氣在燃燒過程中形成還原性氣氛，降低鋼坯氧化燒損率。

2.1.3高爐煤氣和空氣的混合燃燒不是在燒嘴中進(jìn)行，而是分別通過各自的蓄熱體進(jìn)入通道后，形成同向流動(dòng)。在一定的速度梯度作用下，兩種氣體進(jìn)行動(dòng)量交換和滲透、擴(kuò)散，其流場(chǎng)充滿爐膛空間，是空氣和高爐煤氣邊混合邊燃燒。整個(gè)燃燒過程中沒有明顯的高溫火焰，并且整個(gè)燃燒距離可達(dá)到爐膛高度的一半以上，使?fàn)t膛溫度高度均勻化。

2.2空、高爐煤氣雙蓄熱燃燒缺點(diǎn)

2.2.1在低溫時(shí)高爐煤氣不易點(diǎn)火燃燒，著火溫度較高

加熱爐在低溫段不易點(diǎn)火燃燒，容易熄火，為解決純高爐煤氣點(diǎn)火困難，本次改造在蓄熱式燒嘴旁增加點(diǎn)火燒嘴.具體點(diǎn)火燒嘴使用情況可根據(jù)實(shí)際煤氣燃燒情況開啟.點(diǎn)火燒嘴使用混合煤氣或者天然氣，流量較小可以忽略不計(jì)。

因?yàn)楦郀t煤氣著火溫度較高，通常為700℃，但在實(shí)際燃燒過程中，受各種因素的影響，為確保燃燒的穩(wěn)定性，本次改造計(jì)劃將煤氣換向溫度定在800℃。800℃以下采用單蓄熱。

2.2.2煤氣燃燒處于還原性氣氛

由于煤氣燃燒處于還原性氣氛，因此煤氣燒嘴使用的蓄熱體要適合還原性的工作環(huán)境，同時(shí)小孔直徑大于空氣燒嘴蓄熱體的小孔直徑，以防堵塞。

2.2.3高爐煤氣無色無味有毒性

由于高爐煤氣無色無味有毒性，在使用高爐煤氣時(shí)，需特別注意爐壓保持微負(fù)壓，以防煤氣向廠房中泄露?，F(xiàn)場(chǎng)安裝固定式CO報(bào)警儀，操作人員佩戴便攜式CO報(bào)警儀。

3、鍛鋼廠臺(tái)車加熱爐改造雙蓄熱應(yīng)用實(shí)踐

3.1對(duì)鍛鋼廠加熱爐煤氣總管路進(jìn)行改造

考慮爐窯改造需兼顧生產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行，故需增設(shè)獨(dú)立煤氣管路（外線及車間內(nèi)）。根據(jù)鍛鋼廠加熱爐煤氣消耗總量設(shè)計(jì)并排布煤氣管道，并配置相應(yīng)的流量、壓力等配套設(shè)施。外線總管道從煉鐵高爐至鍛造加熱爐群，總長約1800m，管徑1200mm。第一批計(jì)劃將鍛鋼廠的2臺(tái)臺(tái)車加熱爐（4#、7#）改造為雙蓄熱式加熱爐，該兩臺(tái)爐需高爐煤氣量2萬M3/h左右。

3.2對(duì)鍛鋼廠臺(tái)車加熱爐進(jìn)行改造

3.2.1加熱爐基本技術(shù)參數(shù)

鍛鋼4#臺(tái)車式加熱爐和7#臺(tái)車式加熱爐原為空氣單蓄熱加熱爐，燃料種類為混合煤氣。將該兩臺(tái)爐的燃燒方式由單蓄熱改為雙蓄熱，燃料既可以使用原來的混合煤氣也可以使用純高爐煤氣，本次改造主要對(duì)兩臺(tái)臺(tái)車加熱爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改造，其它配套設(shè)施及設(shè)備圍繞燃燒系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性改造。

改造前后，兩臺(tái)爐的基本技術(shù)參數(shù)如下：

3.2.2加熱爐改造主要內(nèi)容

增加高爐煤氣主管道與管道附件

加熱爐煤氣總管（簡稱為煤氣總管）由車間煤氣總管引出。改造后的雙蓄熱加熱爐分為發(fā)生爐煤氣總管和高爐煤氣總管，煤氣總管上設(shè)有煤氣手動(dòng)閘閥、盲板閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)切斷閥、流量孔板和取壓點(diǎn)，在爐前兩根總管匯合在一起。煤氣總管于爐前分為兩條分配管，分別位于加熱爐兩側(cè)上方。每條煤氣分配管都引出若干煤氣支管，每條煤氣支管只向一臺(tái)蓄熱式燃燒器（簡稱為燃燒器或燒嘴）輸送煤氣。每條支管上都設(shè)有快切閥和燒嘴前手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥后與燃燒器煤氣進(jìn)口相連接。

為了確保在低溫下的爐子的升溫和點(diǎn)火，從發(fā)生爐煤氣管道中還引出一條支管，供給爐子上的四只平焰點(diǎn)火燒嘴使用。

增加煤氣點(diǎn)火系統(tǒng)：

為了便于純高爐煤氣點(diǎn)火，在爐體兩端的蓄熱燒嘴上方增設(shè)4只平焰燒嘴作為點(diǎn)火燒嘴。4只平焰燒嘴的燃料從混合煤氣總管引出，總管Ф219×6，支管Ф88.5×4，配手動(dòng)操作閥，該點(diǎn)火燒嘴用電打火棒手動(dòng)點(diǎn)火。

改造燃燒系統(tǒng)：

燃燒系統(tǒng)由單蓄熱燒嘴改為空、煤氣雙蓄熱燒嘴。每組燒嘴增設(shè)一只煤氣蓄熱燒嘴，更換對(duì)應(yīng)的空氣燒嘴，增設(shè)相應(yīng)的煤煙嘴前管路，以及管路上的配套氣動(dòng)快切閥和手動(dòng)蝶閥；增設(shè)一條純高爐煤氣管路，以及管路上的配套氣動(dòng)快切閥和手動(dòng)蝶閥、流量及其它檢測(cè)裝置；且該煤氣管路可以和原混合煤氣管路實(shí)現(xiàn)切換。原空/煙管路做相應(yīng)變更。

增加排煙裝置：

原鼓風(fēng)機(jī)、空煙引風(fēng)機(jī)均利舊。增加一臺(tái)煤煙排煙機(jī)。并新增一個(gè)煙囪，煙囪位置、高度與已有煙囪一致。

增加安全保護(hù)系統(tǒng)：

爐子四周設(shè)置了一套多點(diǎn)CO報(bào)警儀，該儀器應(yīng)處于正常工作狀態(tài)，并定期進(jìn)行校驗(yàn)。爐子操作人員如果需要到爐子附近進(jìn)行操作或觀察，應(yīng)攜帶便攜式CO報(bào)警儀。

3.2.3改造實(shí)施過程

于2014年7月21日開始改造4#加熱爐，于2014年10月6日4號(hào)加熱爐雙蓄熱改造完成，于2014年10月18日正式投入使用。于2014年12月15日開始改造7#加熱爐于2015年2月28日改造完成并完成烘爐及調(diào)試工作。在已投產(chǎn)4#加熱爐近三個(gè)月的使用過程中，通過對(duì)設(shè)備不斷的調(diào)試和設(shè)計(jì)優(yōu)化，已滿足生產(chǎn)、工藝和安全要求。

4.單蓄熱改造雙蓄熱經(jīng)濟(jì)效益分析

單蓄熱改造雙蓄熱燃料成本大大降低，雖然燃料消耗量提升50%?，F(xiàn)階段鍛鋼廠所使用的煤氣為高爐煤氣摻混天然氣，摻混煤氣按每立方米按0.54元計(jì)算，純高爐煤氣按每立方米0.1元計(jì)算，如將現(xiàn)有加熱爐均改造為燃用高爐煤氣，煤氣費(fèi)用節(jié)省如下：

雙蓄熱改造后平均每臺(tái)加熱爐月消耗純高爐煤氣約150萬m3，由于4號(hào)加熱爐比7#加熱爐寬度多0.5米，所以4號(hào)加熱爐比7#加熱爐單耗略高。

以3、4月兩個(gè)月份為例，3月4、7號(hào)加熱爐共使用純高爐煤氣319萬m3加熱鋼材1479噸，若按發(fā)生爐煤氣消耗計(jì)算（以2014年加熱爐混合煤氣單耗值最好值1778m3/t計(jì)算）1479t鋼材需要消耗煤氣為2629662m3。4月4、7號(hào)加熱爐共使用純高爐煤氣295萬m3加熱鋼材1279噸，若按發(fā)生爐煤氣消耗計(jì)算（2014年加熱爐單耗值最好值1778m3/t計(jì)算）1279t鋼材需要消耗煤氣為2274062m3。

3月：

消耗高爐煤氣成本為3190000m3*0.1元/m3=31.9萬元 。

消耗混合煤氣成本量為2629662m3*0.54元/m3=142萬元。

4月：

消耗高爐煤氣成本為2950000m3*0.1元/m3=29.5萬元。

消耗混合煤氣成本量為2274062m3*0.54元/m3=122萬元。

所以雙蓄熱改造在節(jié)約成本是有很大的效果。根據(jù)3、4月份的消耗情況，使用高爐煤氣的成本僅占使用混合煤氣成本的23.25%，降低了成本的同時(shí)也合理有效利用了二次能源降低了生產(chǎn)成本又降低了高爐煤氣的放散所帶來的環(huán)境污染。

本次改造4#、7#兩臺(tái)臺(tái)車加熱爐由單蓄熱為雙蓄熱，爐窯改造費(fèi)用及重新鋪設(shè)一條煤氣管道費(fèi)用共計(jì)460萬元。按照2015年3月、4月消耗情況推算，每月可以節(jié)省成本約100萬元，兩臺(tái)加熱爐的改造成本預(yù)計(jì)4個(gè)月即可回收。

5.結(jié)束語

通過實(shí)踐證明了公司針對(duì)臺(tái)車加熱爐改造方案的正確性。高爐煤氣雙蓄熱既使燃料成本大大降低，同時(shí)也減少有害氣體排放，是循環(huán)經(jīng)濟(jì)應(yīng)用比較好的項(xiàng)目。此次改造方案合理，爐壓及燒嘴供熱量容易調(diào)節(jié)，維護(hù)方便，整體運(yùn)行可靠，節(jié)能、環(huán)保效果良好。4#加熱爐從2014年10月18日正式投產(chǎn)至今生產(chǎn)正常。

作者簡介

介宏（1981年出生），女，漢族，大學(xué)本科學(xué)歷，中級(jí)工程師職稱，主要從事冶金工業(yè)爐窯建設(shè)及管理工作。