轉焦混合煤氣在蓄熱步進式板坯加熱爐上的應用

楊森，丁國偉，郭志勇

（河鋼集團唐鋼公司熱軋部，河北唐山063000）

轉焦混合煤氣在蓄熱步進式板坯加熱爐上的應用

楊森，丁國偉，郭志勇

（河鋼集團唐鋼公司熱軋部，河北唐山063000）

唐鋼熱軋部1700線擁有兩座加熱爐，兩爐均使用高爐煤氣，為減小高爐休風對加熱爐生產(chǎn)的影響，決定對其2#爐進行混合煤氣改造，混合煤氣為轉焦混合煤氣。目前，中高熱值煤氣在雙蓄熱板坯加熱爐上應用尚無先例，介紹了中等熱值煤氣在雙蓄熱板坯加熱爐上應用效果、存在問題、原因分析及改進措施，對同類加熱爐使用中熱值燃料具有借鑒意義。

轉焦混合煤氣；雙蓄熱；加熱爐；板坯

唐鋼熱軋部1700生產(chǎn)線有兩座步進蓄熱式加熱爐，爐膛尺寸27 600 mm×15 800 mm，其中1#爐燃料采用全高爐煤氣；2#爐第一加熱段燃料為混合煤氣（以轉爐煤氣為主，摻有少量焦爐煤氣）、第二加熱段及均熱段燃料為高爐煤氣。該加熱爐采用雙蓄熱式加熱結構布置，高爐煤氣在國內(nèi)此類加熱爐上的應用已經(jīng)非常成熟，但其中高熱值煤氣在爐體較寬的雙蓄熱板坯加熱爐上的應用尚少有先例。

1 煤氣在加熱爐應用的燃燒特性

高爐煤氣中含有大量的N2和CO2，可燃成分CO僅占20%～30%，因此高爐煤氣與其他氣體燃料相比屬于低熱值燃料。高爐煤氣應用在雙蓄熱式加熱爐中經(jīng)過蓄熱箱預熱之后，其優(yōu)勢明顯，被廣泛應用在蓄熱式加熱爐上。

混合煤氣中CO和H2含量高，熱值較高，但其毒性大，易燃易爆且煙塵量大。相比高爐煤氣更易燃、著火和燃燒更穩(wěn)定。因此，在步進式板坯加熱爐中，轉爐煤氣采用空氣單蓄熱較多，而雙蓄熱的應用效果需要論證。改造前后所用煤氣成分及熱值見表1。

表1 高爐、混合煤氣成分及熱值表

2 混合煤氣改造方案

根據(jù)此次檢修安排高爐休風40 d，會導致整條軋線停產(chǎn)。為此決定對2#加熱爐進行改造更換燃料介質(zhì)。根據(jù)實際情況擬定了兩套改造方案：一是臨時性改造，其特點為投資小、工期短，可根據(jù)改造情況和生產(chǎn)計劃在完成高爐休風之后改回現(xiàn)有配置；二是改為長期使用混合煤氣燃燒系統(tǒng)，其特點為投資高、工期偏長、能夠滿足長期穩(wěn)定生產(chǎn)。

2.1 工藝技術參數(shù)

加熱爐類型：空、煤氣雙蓄熱步進梁式板坯加熱爐

坯料尺寸：150 mm×1 250 mm×14 500 mm（單排料）

鋼種：SPHC、SPHD、T510L、T410L、SS490、Q345A、Q345B等

加熱能力：Q345A 200 t/h板坯溫差：≤20℃熱負荷分配見表2。

表2 加熱爐各段熱負荷分配（%）

2.2 方案一

（1）改造原則：在盡量減小改動的前提下，將燃燒系統(tǒng)臨時改為用混合煤氣燃燒，同時兼顧加熱爐的爐溫均勻性。

（2）改造措施：對第二加熱段及均熱段煤氣燒嘴磚用修補料進行修補，煤氣燒嘴殼體和空氣燒嘴不動。修改第二加熱段及均熱段燃燒系統(tǒng)管路，主要修改煤氣、煤煙管路，空氣管道及流量計。第二加熱段及均熱段煤氣燒嘴磚及局部爐側墻重新制作，煤氣燒嘴噴口改用適合更長火焰的噴口形狀，并調(diào)整噴口角度使加熱均勻性更好。煤氣總管接點切換到混合煤氣介質(zhì)接口。所有空氣及煤氣流量計及調(diào)節(jié)閥須重新核算。換向系統(tǒng)、燃燒控制程序需要進行修改。

（3）改造預計效果：增大第二加熱段及均熱段下爐膛煤氣蓄熱燒嘴噴口流速，減小水平噴口偏角。通過加長下爐膛火焰，達到均勻供熱的目的；增大第二加熱段及均熱段上爐膛煤氣蓄熱燒嘴噴口流速，減小水平噴口偏角，煤氣噴口形狀盡量趨近圓形，以延長煤氣與爐氣混合時間，保證火焰長度。均熱段燒嘴供熱能力有限，火焰長度難以達到要求。為了延長火焰將均熱段煤氣燒嘴噴口形式略加調(diào)整，使煤氣噴口向下偏轉一定角度，利用氣流與鋼坯表面形成的附壁效應延長火焰長度。

2.3 方案二

（1）改造原則：在滿足加熱質(zhì)量和降低能耗的前提下，將燃燒介質(zhì)長期改為混合煤氣。

（2）改造措施：更換第二加熱段及均熱段全部燒嘴及燒嘴磚。重新調(diào)整各段負荷分配，第二加熱段及均熱段爐側墻重新制作，煤氣燒嘴噴口改用適合更長火焰的噴口形狀，并調(diào)整噴口角度使加熱均勻性更好?？諝鈬娍谡{(diào)整口徑，使噴出空氣能與爐氣快速混合。修改第二加熱段及均熱段燃燒系統(tǒng)管路。修改煤氣管路、空氣管路及流量計修改。煤氣總管接點切換至混合煤氣介質(zhì)接口。換向系統(tǒng)、燃燒控制程序修改。

（3）降低鋼坯溫差的措施：合理配置各段的供熱負荷，提高均熱段的供熱比例，防止坯料在均熱段受熱不均和出料門口處的局部降溫。改造后空煤氣蓄熱箱配置合理，有利于煙氣余熱的極限回收。

根據(jù)實際情況，經(jīng)過各方面權衡，決定采用方案二利用大修時間進行實施改造。

3 混合煤氣應用效果

更換混合煤氣后提溫速度增加，加熱能力增強，在裝冷坯時效果尤為明顯。在生產(chǎn)節(jié)奏緊張或冷坯庫存較高時，混合煤氣作為燃料的優(yōu)勢突出。

3.2 板坯加熱溫度不均

以精軋入口溫度檢測為準，單根板坯溫差在30℃左右，最大溫差可達60℃，集中表現(xiàn)為兩端高中間低，溫差過大為板坯工藝軋制帶來不便，甚至會造成不合格品增加廢品率。由此得出，改造并未達到設計溫差范圍內(nèi)的目標。

3.3 氧化燒損增加

爐底水封槽排渣量較改造之前有明顯增加，且爐內(nèi)第二加熱段均熱交接位置氧化鐵皮堆積高度接近于水梁高度，說明氧化鐵皮生成量有所增加。爐底氧化鐵皮的堆積會阻礙了下層燒嘴火焰的正常燃燒，導致煤氣在噴口附近燃燒，在反復的蓄熱燃燒過程中，會造成蓄熱箱體內(nèi)的耐材加劇損壞，嚴重時會造成氧化鐵皮在水梁上積鎦進而影響正常生產(chǎn)。

3.4燃燒火焰短

在爐內(nèi)側墻位置，火焰燃燒明亮；爐膛中間位置火焰暗紅。由此可見板坯溫差的缺點與火焰燃燒狀態(tài)有著對應關系。混合煤氣未達到爐膛中間就已經(jīng)完全燃燒，造成火焰偏短，其長度不及爐體寬度的1/3。根據(jù)理論計算管道煤氣總供給量是足夠的，這種兩側加熱量過大中間偏小的燃燒狀態(tài)直接導致了板坯溫差較大的現(xiàn)象。

4 原因分析

4.1 燃料特性

混合煤氣中含有一定量的H2和CH4，其本身極易著火、燃燒速度快、火焰長度短、火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，在?jīng)過蓄熱之后溫度可達1 000℃，進入爐內(nèi)遇到空氣即可燃燒，空煤氣從噴口出來即開始燃燒，火焰長度大約為爐體寬度的1/3，并未達到設計效果。蓄熱箱內(nèi)的耐材經(jīng)過反復蓄熱燃燒循環(huán)逐漸受損，而耐材受損之后會影響蓄熱效果，會加劇混合煤氣燃燒不均的狀況，結果體現(xiàn)為板坯溫度兩端高中間溫度低。

想念他的時候，她會去他的公司樓下。她不知道，他想念她的時候，也無數(shù)次地來過這里，只是遠遠地望著。他們的愛，也許只能是溫室里的花朵，結不出秋天的果實，是先天不足的脆弱吧。

4.2 加熱溫度高

單根板坯長度方向存在溫度不均，中間溫度過低不但會影響軋制節(jié)奏還會影響產(chǎn)品性能。在生產(chǎn)過程中，為了使板坯溫度最低點符合工藝制度的下限要求，會提高板坯整體溫度來達到要求。由此會造成氧化鐵皮生成量增加，根據(jù)單位面積燒損量和時間、溫度的非線性關系：

式中：r—加熱時間，min；T—絕對溫度，K。

實踐表明，隨著溫度T的升高，氧化燒損量G也會隨之增加。

4.3 燒嘴噴口結構

均熱段燒嘴噴口更改為多孔分散式布置，目的是為了增加氣體流速，延長火焰長度，而實際效果是在燒嘴噴口附近出現(xiàn)短而明亮的火焰，并未達到設計的效果。空煤氣噴口設計原則應保證兩者既不能擴散燃燒太快，又不能使煤氣被吸入爐子在側蓄熱室二次燃燒。

（1）燒嘴磚噴口尺寸。燒嘴磚噴口采用多孔分散式，噴口尺寸縮小可使流速增加，但多孔分散式使其混合更加容易，使得經(jīng)過預熱達到1 000℃以上的空煤氣者進入爐內(nèi)相遇即燃燒，造成火焰還未達到一定長度及全部燃燒。

（2）空煤燒嘴噴口角度。相鄰空煤氣燒嘴磚的噴口中心線角度α直接影響燃燒火焰長度的大小。如果夾角α偏大，空煤氣交叉混合位置距離爐墻越近，會造成火焰長度縮短，因此，減小夾角α可以延長空煤氣接觸點位置，可以適當?shù)睦L燃燒火焰，保證爐膛中間位置的加熱效果，提高板坯均勻性減小單根板坯溫差。

5 改進措施

5.1 制定相應工藝制度

針對均熱段加熱效果不佳的情況，從工藝制度上嚴格控制板坯在均熱段的加熱時間，在長時間停車待軋或冷坯保溫時，均熱段不允許存放板坯；適當提高第一加熱段及第二加熱段的加熱溫度，增加供熱負荷，避免板坯在均熱段長時間加熱。通過對加熱制度的改進，可以將板坯溫差控制在30℃以內(nèi)。

5.2 調(diào)整燒嘴噴口尺寸及角度

根據(jù)混合煤氣燃燒特性和改造后所暴露出來的問題點，決定利用停爐時間對燒嘴磚噴口尺寸及角度進行調(diào)整。對于下部燒嘴火焰盡量避開水梁立柱，對于上部燒嘴盡量延長空煤氣的混合時間，以達到提高爐溫均勻性的目的。

5.3 程序控制

原有換向程序為：同一組空煤氣燒嘴，換向完成后，先打開空氣后打開煤氣中間有5 s時差，此程序主要為出于安全角度考慮。調(diào)整其時間間隔，延長其混合燃燒時間，使得煤氣可以噴到更遠位置再燃燒。

6 結語

中高熱值煤氣在步進式雙蓄熱板坯加熱爐上的應用，應根據(jù)燃料特性、爐體結構、生產(chǎn)工藝等條件綜合考慮設計，此次改造中雖然暴露出了較為突出的板坯溫度不均、氧化嚴重等問題，經(jīng)過采取有針對性的措施，仍然可以較好地滿足生產(chǎn)需求。通過近兩年時間對問題逐步解決，實現(xiàn)了轉焦混合煤氣在步進式雙蓄熱板坯加熱爐上的穩(wěn)定應用，為同類加熱爐提供了參考經(jīng)驗。

[1]宋中華.高、轉爐煤氣應用于蓄熱式軋鋼加熱爐的特性研究[J].冶金能源，2012(5)∶39-43.

App lication of Converter and Cokeoven Gas in RegenerativeW alking Beam Steel Slab Heating Furnace

YANG Sen,DING Guowei,GUO Zhiyong
（Hot Rolling Departmentof Hebei Steel Group Tangshan Steel Company,Tangshan 063000,China）

The 1700 product line have two heating furnaces in hot rolling of Tangshan steel and iron，they used the blast-furnace gas for heating steel slab.In order to reduce the influence of mending blast furnace,it is decided that to usemixd gas change the No.2 heating furnace,thismixd gaswas converter gas and cokeoven gas.Now,there was no precedent of middle-high caloric value gas using in doubleregenerative steel slab heating furnace.The used effect,emerged problems,reason analysis and improved measures were introduced.It supplied experience ofmiddle caloric value gas using in the heating furnace for the other furnaces in the future.

converter and cokeoven gas;double-regenerative;heating furnace;steel slab

TG307

A

1001-6988（2016）05-0042-03

2016-07-12

∶楊森（1986—），男，工程師，主要從事軋鋼加熱爐設備管理方面工作.