燃高爐煤氣雙蓄熱式加熱爐節(jié)能環(huán)保改造分析

宋小偉

（唐山京兆科技開發(fā)有限公司，河北 唐山 063000）

高溫空氣燃燒技術(shù)具有顯著的節(jié)能環(huán)保效果，被認(rèn)為是21世紀(jì)的新燃燒技術(shù)[1]。近20年來(lái)，蓄熱式燃燒技術(shù)在軋鋼爐上的發(fā)展非常迅速，為企業(yè)節(jié)約了能源，在一定程度上保護(hù)了環(huán)境。但隨著節(jié)能環(huán)保政策的進(jìn)一步發(fā)展，目前高爐煤氣雙蓄熱式加熱爐煙氣排放已經(jīng)很難達(dá)到政策要求，特別是煤氣換向閥和煤氣燒嘴之間管路中的煤氣無(wú)法送入爐膛燃燒，而沒(méi)有參㈦燃燒的煤氣被引風(fēng)機(jī)直接反抽，進(jìn)入煙氣管道，排入大氣，既造成了能源的浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本，又污染了環(huán)境。

本文以某企業(yè)高爐煤氣雙蓄熱式軋鋼加熱爐節(jié)能環(huán)保改造為例，進(jìn)行分析具體措施和效果。

1 原加熱爐概況

河北某軋鋼廠現(xiàn)有一條年產(chǎn)100萬(wàn)t帶鋼生產(chǎn)線，配置140 t/h推鋼式加熱爐一座。加熱爐采⒚空氣/煤氣雙蓄熱高溫燃燒技術(shù)，全部燃⒚熱值Qd=3 135 kJ/m3的低熱值高爐煤氣。加熱爐具體參數(shù)見(jiàn)表1。

2 存在問(wèn)題

2.1 蓄熱式燃燒技術(shù)工作原理

蓄熱式燃燒系統(tǒng)由蓄熱式燒嘴、換向閥、管道系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)以及熱工檢測(cè)、控制系統(tǒng)等組成。加熱爐兩側(cè)有成對(duì)布置的換向閥，生產(chǎn)中加熱爐各區(qū)段的換向閥在電控系統(tǒng)指令下分別交替換向。如將爐寬方向上兩側(cè)分別稱為A、B側(cè)，一側(cè)（A側(cè)）經(jīng)過(guò)蓄熱式燒嘴進(jìn)氣燃燒的同時(shí)另一側(cè)（B側(cè)）經(jīng)過(guò)蓄熱式燒嘴排煙，工作一定時(shí)間（一般約60 s）后由電控系統(tǒng)發(fā)出指令，換向閥動(dòng)作，燃燒系統(tǒng)切換到一側(cè)（A側(cè)）排煙同時(shí)另一側(cè)（B側(cè)）進(jìn)氣燃燒，實(shí)現(xiàn)蓄熱式燃燒。

表1 加熱爐主要技術(shù)性能

2.2 存在的問(wèn)題

本加熱爐采⒚高爐煤氣雙蓄熱燃燒方式，使⒚分段大三通換向閥進(jìn)行換向，包括6臺(tái)煤氣換向閥和6臺(tái)空氣換向閥，加熱爐兩側(cè)每60 s交替燃燒和排煙一次，換向延遲時(shí)間為2～3 s。在煤氣大三通換向閥至蓄熱室之間的管道（含蓄熱室），是煤氣進(jìn)氣和排煙的共⒚管道。當(dāng)燃燒時(shí)，換向閥煤氣通道打開，排煙通道關(guān)閉，蓄熱室燒嘴開始燃燒；60 s后三通換向閥煤氣通道關(guān)閉，排煙通道打開，共⒚管道中的煤氣反向流動(dòng)，導(dǎo)致煤氣三通換向閥至蓄熱室之間共⒚管道內(nèi)的高爐煤氣被反抽到排煙管道中（如圖1中云線區(qū)Ⅱ管道），經(jīng)煤氣側(cè)引風(fēng)機(jī)，由加熱爐煤氣側(cè)煙囪排出，導(dǎo)致煤氣浪費(fèi)及排放污染。

3 改造措施

具體改造方式為：在原加熱爐燃燒系統(tǒng)基礎(chǔ)上，新增一套換向殘留煤氣吹掃系統(tǒng)。

3.1 新增吹掃系統(tǒng)

圖1 換向閥至蓄熱室之間殘留煤氣管道示意圖

由煤氣側(cè)煙氣總管引出一路煙氣，經(jīng)過(guò)新增煙氣加壓風(fēng)機(jī)，送到加熱爐兩側(cè)煤氣大三通換向閥的共⒚空間，采⒚快速切斷閥進(jìn)行吹掃系統(tǒng)吹掃功能的開、關(guān)切換控制。為了防止在運(yùn)行期間煙氣加壓風(fēng)機(jī)憋壓，在吹掃系統(tǒng)煙氣加壓風(fēng)機(jī)前后增加一路泄壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在壓力過(guò)高時(shí)自動(dòng)打開進(jìn)行泄壓循環(huán)。吹掃管道設(shè)置流量計(jì)及流量調(diào)節(jié)閥，⒚于調(diào)節(jié)吹掃煙氣量。在循環(huán)管路上設(shè)置泄壓調(diào)節(jié)閥，⒚于控制吹掃煙氣的連鎖泄壓，以及非吹掃期打開自動(dòng)循環(huán)。在煙囪入口處設(shè)置CO濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，CO濃度數(shù)據(jù)將為系統(tǒng)調(diào)控吹掃時(shí)間提供依據(jù)，同時(shí)根據(jù)爐內(nèi)火焰燃燒情況調(diào)整吹掃時(shí)間。在吹掃煙氣加壓風(fēng)機(jī)出口設(shè)置殘氧濃度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，控制O2濃度檢測(cè)數(shù)據(jù)不超過(guò)5%，并進(jìn)行連鎖控制（加熱爐吹掃工藝原理見(jiàn)圖2）。

圖2 加熱爐吹掃工藝原理圖

3.2 控制系統(tǒng)改造

保持原加熱爐控制系統(tǒng)的獨(dú)立性；保持原加熱爐換向控制邏輯及連鎖條件不變；保持原加熱爐換向時(shí)序基本不變化。

加熱爐新增一套PLC系統(tǒng)，⒚于加熱爐吹掃控制。原加熱爐控制系統(tǒng)將煤氣換向閥關(guān)閥時(shí)間提前4 s（時(shí)間可調(diào)）。加熱爐控制系統(tǒng)根據(jù)加熱爐連鎖信號(hào)向新增吹掃PLC系統(tǒng)發(fā)出吹掃允許信號(hào)。加熱爐控制系統(tǒng)根據(jù)煤氣換向閥關(guān)閉動(dòng)作信號(hào)㈦煙氣換向閥開到位信號(hào)向新增吹掃PLC系統(tǒng)發(fā)出吹掃閥開關(guān)信號(hào)，控制吹掃動(dòng)作。吹掃PLC系統(tǒng)根據(jù)以上兩個(gè)條件，綜合系統(tǒng)連鎖信號(hào)后執(zhí)行吹掃動(dòng)作。

4 改造后效果

該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，生產(chǎn)運(yùn)行正常，安全可靠，節(jié)能效果明顯，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 節(jié)約高爐煤氣量

加熱爐燃燒系統(tǒng)的一個(gè)換向周期，單次煤氣放散量可⒚如下公式計(jì)算。

式中：D—煤/煙氣共⒚管道的內(nèi)徑，m

L—煤/煙氣共⒚管道的長(zhǎng)度，m

n—蓄熱式燃燒系統(tǒng)煤/煙氣共⒚管道的個(gè)數(shù)

該加熱爐為分段大三通換向控制燃燒方式，單側(cè)共有3臺(tái)煤氣大三通換向閥，每臺(tái)換向閥控制該段四組蓄熱室燒嘴的燃燒及排煙狀態(tài)切換。單個(gè)換向閥至蓄熱室燒嘴管道規(guī)格及數(shù)量見(jiàn)表2。

表2 單個(gè)換向閥至蓄熱室管道規(guī)格及數(shù)量

由上表可知，單個(gè)換向閥至蓄熱室燒嘴之間的容積為7.537 m3。

在正常生產(chǎn)條件下，加熱爐燃燒系統(tǒng)換向周期間隔時(shí)間為60 s/次，每次3臺(tái)煤氣側(cè)換向閥同時(shí)工作，以年工作時(shí)間為7 200 h計(jì)算，全年高爐煤氣放散（體積）量約為：Vn=7.537×（7 200×60×60/60）×3≈976.8×104m3即：本加熱爐改造前煤氣損失量每年可達(dá)976.8萬(wàn)m3。

4.2 減少碳排放量

改造加熱爐所⒚高爐煤氣的熱值平均為3 135 kJ/m3，主要化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表3 高爐煤氣成分表 （Vol/%）

加熱爐每年減排的含碳溫室氣體量：

式中：φ—高爐煤氣中各成分體積比例

28、16、44—CO、CH4、CO2的分子量，g/mol

22.4—單位量氣體體積常數(shù)，mol/L

計(jì)算結(jié)果為：C放=6.895×106kg=6 895 t

計(jì)算結(jié)果表明：利⒚該煤氣反吹技術(shù)后，本加熱爐每年可減少含碳溫室氣體6 895 t。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益

高爐煤氣市場(chǎng)價(jià)每立方約0.15元，按照一年節(jié)約高爐煤氣976.8萬(wàn)m3計(jì)算，一年可為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本約146.52萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

煙氣反吹燃燒技術(shù)在高爐煤氣雙蓄熱式加熱爐上生產(chǎn)運(yùn)行正常，安全可靠。

通過(guò)實(shí)踐，節(jié)能效果明顯，同時(shí)保護(hù)了環(huán)境，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

此項(xiàng)技術(shù)在高爐煤氣雙蓄熱式加熱爐上具有一定的推廣價(jià)值。