氧氣助燃技術(shù)在鋼包烘烤器中的應(yīng)用

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以低熱值煤氣為燃料，富氧(氧濃度＞50%)為助燃劑，應(yīng)用分級卷吸燃燒技術(shù)設(shè)計的氧氣燃燒器，在馬鋼第一鋼軋總廠精煉分廠的鋼包烘烤工藝上進(jìn)行了實踐改造。氧氣助燃技術(shù)的高溫、高熱效率、低排放的特點，解決了現(xiàn)有鋼包烘烤過程中鋼包內(nèi)壁溫度低、升溫周期長、能耗高、污染排放大等問題。改造后烘烤終點溫度提升了36%，燃耗平均節(jié)約了48%，升溫速率提升79.72%，承接鋼水后，每爐鋼水溫降較改造前減少9.6℃，經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時全集成式系統(tǒng)設(shè)計，集成在線紅外測溫裝置，兼顧了安全保護(hù)(熄火保護(hù)、低壓保護(hù)、超溫保護(hù)等)、操作便捷，大大提升生產(chǎn)操作環(huán)境。

氧氣助燃技術(shù)以其節(jié)能降耗、高熱效率等優(yōu)點已廣泛應(yīng)用于有色冶金、玻璃、陶瓷等行業(yè)，尤其是在銅精煉回轉(zhuǎn)爐的應(yīng)用，因其50%以上的節(jié)能率而得到大力推廣。

氧氣助燃技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用較少。鋼廠低熱值煤氣大量應(yīng)用于各工藝流程的燃燒供熱，空氣助燃效果可滿足絕大多數(shù)工藝段溫度需求，或通過其他途徑補足因低熱值煤氣無法達(dá)到的溫度。另一方面，部分鋼廠受限于制氧能力，無富裕氧氣用于燃料助燃應(yīng)用。近年來，隨著各鋼廠制氧能力提升以及節(jié)能環(huán)保等的要求，氧氣助燃技術(shù)在鋼廠得到了一定的應(yīng)用。

馬鋼第一鋼軋總廠為解決鋼包烘烤終點溫度低、能耗高、鋼包烘烤質(zhì)量無法滿足生產(chǎn)需求、烘烤作業(yè)無法匹配和日益嚴(yán)格的環(huán)保要求等問題，對鋼包烘烤站進(jìn)行了氧氣助燃改造，并獲得了成功。

氧氣助燃鋼包烘烤器

氧氣助燃烘烤技術(shù)原理

氧氣助燃技術(shù)作為常規(guī)空氣助燃技術(shù)的替代，提高了氧氣濃度(＞50%)，豐富燃燒區(qū)域的氧氣充足度，以加速燃料的迅速反應(yīng)，提高火焰溫度，同時高濃氧氣替代普通空氣，減少了空氣中79%的無效氮氣的介入，大幅降低了煙氣所帶走熱量，達(dá)到節(jié)能的目的。常規(guī)空氣助燃與氧氣助燃的對比，如圖1和表1所示。

表1 空氣助燃-氧氣助燃技術(shù)對比

改造項目采用分級卷吸燃燒技術(shù)設(shè)計的煤氣全氧燃燒器，氧氣和煤氣經(jīng)由不同噴嘴以不同的速度進(jìn)入鋼包內(nèi)，在反應(yīng)前分別與煙氣發(fā)生卷吸、彌散混合后燃燒，煤氣噴嘴出口的一次氧氣使得火焰根部燃燒更穩(wěn)定，二次氧氣在鋼包內(nèi)與煙氣和煤氣二次混合燃燒，火焰均勻而彌散，實現(xiàn)高溫火焰的同時，燃燒區(qū)域更大，火焰分布更廣，溫度均勻性好。

設(shè)計參數(shù)

混合煤氣熱值：9621 kJ/m3，壓力5～10 kPa；最大煤氣流量：800 m3/h，3.5 kPa (燒嘴噴口壓力)；最大氧氣流量：300 m3/h，0.4 MPa(燒嘴噴口壓力)；調(diào)節(jié)比：1∶8；烘烤時間：大修包48 h，小修包20 h；火焰長度：1.5～3.8 m可調(diào)；目標(biāo)溫度：800～1100℃；溫度控制：自動；氮氧化物：<100 mg/m3。

設(shè)備部件

煤氣-氧氣分級卷吸燃燒器：剛玉莫來石燒嘴保護(hù)磚、INCONEL耐熱金屬噴嘴，可耐受1800℃高溫。

全集成式流量控制閥組：包含兩路氧氣調(diào)節(jié)回路、混合煤氣調(diào)節(jié)回路、吹掃回路、儀表氣回路，各氣體回路均具有獨立調(diào)壓、穩(wěn)壓及調(diào)節(jié)功能。

烘烤電氣控制系統(tǒng)：集成西門子PLC控制模塊與觸摸屏系統(tǒng)，預(yù)設(shè)多種烘烤曲線，全自動烘烤，預(yù)裝遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程計算機桌面端、手機客戶端實時查看系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)。

在線測溫裝置：采用新型在線紅外測溫裝置，非傳統(tǒng)的包蓋預(yù)埋熱電偶，測溫更精準(zhǔn)，為烘烤終點恒溫控制提供重要溫度數(shù)據(jù)，避免高溫下煤氣荒燒造成浪費。

包蓋卷揚提升裝置：用來控制包蓋抬升與壓下，設(shè)置安全位與工作位限位開關(guān)。

安全設(shè)計

氧氣雙切斷閥設(shè)計，確保緊急情況下完全切斷、零泄漏；成熟的燒嘴自控流程，點火、小火、火焰檢測直至主火穩(wěn)定；系統(tǒng)壓力范圍安全連鎖；閥門故障報警，并切斷氣體管路，自動?；?；實時火焰探測安全連鎖，無火焰時自動切斷氣體閥門，停氣保護(hù)；氧、燃比例安全連鎖，超限自動切斷，?；鸨Ｗo(hù)；固定式CO探頭，區(qū)域范圍內(nèi)CO泄露報警，并切斷氣體閥門，停火保護(hù)。

實踐應(yīng)用數(shù)據(jù)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

終點溫度

由表2可知：改造后，大修罐烘烤終點內(nèi)襯平均溫度達(dá)到863℃，罐溫增加231℃，比改造前增加36.59%。小修罐，罐溫增加213℃，增幅為36.1%，烘烤效果良好。

能耗指標(biāo)

由表2可知：烘烤器改造后，大修包煤氣消耗由改造前的14454 m3降低至7421 m3，煤氣消耗降低了7033 m3，節(jié)約煤氣48.6%。小修包煤氣消耗由改造前的6728 m3降低至3552 m3，煤氣消耗降低了3176 m3，節(jié)約煤氣47.2%，節(jié)能效果顯著。

升溫速率

根據(jù)升溫測試數(shù)據(jù)，新烘烤器在2.62 h內(nèi)有效升溫440℃，升溫速率167.9℃/h，而原烘烤器3.05 h、升溫285℃，有效升溫速率93.4℃/h，升溫速率提升了79.72%，提升幅度較大，且罐內(nèi)蓄熱量充足。

鋼水溫降

對于烘烤后鋼罐盛接鋼水溫降情況進(jìn)行統(tǒng)計：純氧烘烤器鋼罐平均出鋼溫度1610.5℃，至LF爐1588.5℃，溫降22.0℃，平均耗時12.0 min，溫降速率2.0℃/min，較原先烘烤工藝平均溫降速率2.8℃/min，降低了0.8℃/min，即每爐次溫降減少9.6℃，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

經(jīng)濟(jì)效益

介質(zhì)消耗產(chǎn)生的效益

2018年馬鋼第一鋼軋總廠鋼產(chǎn)量188萬t，根據(jù)煤氣平均消耗值、混合煤氣平均熱值、氧燃比及介質(zhì)單價，按純氧烘烤器煤氣節(jié)約率48%測算，介質(zhì)消耗產(chǎn)生的綜合年效益約為69萬元。

鋼水溫降減少的收益

氬站到LF溫降減少9.6℃，按照噸鋼升溫電能消耗，電能費用按0.5元/kWh計，溫降減少帶來的電耗節(jié)約費用約為450萬元。

電極消耗節(jié)約

鋼水升溫造成電極消耗，按照全年188萬t產(chǎn)能、電極45元/kg計算，電極消耗節(jié)約240萬元。

結(jié)束語

氧氣助燃技術(shù)在鋼包烘烤上的成功應(yīng)用，實踐了氧氣助燃高效、節(jié)能的特點，使用結(jié)果表明，設(shè)備運行安全穩(wěn)定可靠、煤氣消耗大幅降低、熱效率高、鋼包烘烤終點溫度高、出鋼溫度明顯下降，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計效果。由于氧氣同樣是煉鋼生產(chǎn)中重要有價介質(zhì)，未來將探索富氧燃燒技術(shù)對鋼包烘烤的價值，不改變烘烤效果的前提下，進(jìn)一步提高節(jié)能率，同時提高裝備的適應(yīng)能力，進(jìn)行裝備的不斷完善和改進(jìn)，對節(jié)能降耗發(fā)揮更重要的作用。