大型線節(jié)能環(huán)保新舉措

張海生，孫少華，劉 楊，劉 凱，王君珂

（唐山中厚板材有限公司型鋼部，河北 唐山 063000）

唐鋼中厚板型鋼線步進式加熱爐采用煤氣、空氣雙蓄熱燃燒、集中換向控制技術；平均CO排放濃度2.4～3.1萬mg/m3。

由于蓄熱式燃燒特殊的工藝特點，在燃燒換向時，煤氣噴口和換向閥之間管道的煤氣會被直接排到大氣中，不僅污染了周邊環(huán)境，而且也造成煤氣浪費。

經現(xiàn)場儀表監(jiān)測，換向工藝過程中，通過煤氣側排煙損耗2640 m3/h高爐煤氣，一天約損耗6.336萬m3的高爐煤氣，通過煙氣反吹工藝對盲區(qū)煤氣進行吹掃置換，可解決煤氣浪費以及CO向大氣排放造成的環(huán)境污染問題。

1 型鋼部產線簡介及現(xiàn)狀

唐鋼中厚板材有限公司擬建設一條大型型鋼生產線，年生產型鋼成品80萬t。生產線配置步進梁式加熱爐2座。

該生產線布置在中厚板現(xiàn)有軋鋼廠的西部，從西向東依次布置連鑄機、加熱爐、軋機等。

唐鋼中厚板型鋼生產線選擇連鑄-熱送-連軋的工藝路線，生產主要產品有：角鋼、槽鋼、工字鋼、礦用U型鋼、球扁鋼、L型鋼、乙字鋼、圓鋼、方鋼、U型鋼板樁等。

現(xiàn)型鋼部產線加熱爐建成1座，還有1座待建，其中由于采用現(xiàn)有加熱工藝，在換向間隙有大量的CO排向大氣，既造成了環(huán)境的破壞又浪費了能源。

2 煙氣反吹工藝

由煤煙煙道抽取一定數(shù)量的煙氣，經反吹風機加壓后通過反吹系統(tǒng)管道輸送至各煤氣三通閥下部的煤氣/煙氣共用箱體中，在煤氣三通閥由供氣狀態(tài)切換至排煙狀態(tài)前，將共用管道中的殘留煤氣吹掃進入爐膛進行二次燃燒，然后再正常進入排煙狀態(tài)，二次燃燒既節(jié)約了能源又降低煙氣中CO含量，減少環(huán)境污染。

2.1 蓄熱式加熱爐現(xiàn)狀分析

蓄熱燃燒技術已經普遍應用于各種類型的工業(yè)爐窯，該燃燒技術可以使低熱值煤氣如高爐煤氣、轉爐煤氣、發(fā)生爐煤氣等通過蓄熱技術直接用于坯料加熱，無需摻混其他高熱值煤氣，且蓄熱燃燒技術可以實現(xiàn)煙氣的極低溫度排放，最大程度上實現(xiàn)了余熱回收，達到節(jié)能效果。

然而，應用蓄熱燃燒技術的加熱爐，普遍存在的問題：每次換向閥切換，一組（側）燒嘴由燃燒狀態(tài)轉變成排煙狀態(tài)時，換向閥到蓄熱式燒嘴之間的煤氣就會被排煙系統(tǒng)抽走，該區(qū)域我們稱之為“公共區(qū)域”；只要是采用蓄熱燃燒技術的加熱爐，該問題即普遍存在，因為蓄熱燃燒是以換向閥的頻繁換向為基礎，利用燒嘴內的蓄熱體來儲存熱量并實現(xiàn)極限回收的，所以，換向閥至燒嘴之間的“公共區(qū)域”是必然存在的。

2.2 產生問題及潛在風險

煤氣直接排出而無法得到有效利用，造成能源的浪費和企業(yè)生產成本的增加。

煤氣直接排出會造成大氣污染，在環(huán)保壓力日趨嚴峻的今天，這必將會對企業(yè)的發(fā)展產生影響。

煤氣介質一般會含硫等物質，混合在煙氣中，會對管路系統(tǒng)、閥門等元件造成腐蝕和損壞。

瞬間排煙過程存在爐內高溫煙氣與燒嘴內的煤氣混合的可能，當煙氣中含氧量過高時，容易與蓄熱體內的煤氣發(fā)生二次燃燒，造成蜂窩體燒熔、斷裂、變形以及扭曲，最終導致堵塞。

2.3 反吹系統(tǒng)的優(yōu)點

根據(jù)換向時間計算，約可節(jié)能2%～3%，此部分煤氣全部送入加熱爐爐內進行燃燒，一定程度上利于降低能源消耗，降低生產運營成本。

由于公用管的煤氣全部被吹入爐內，故最大程度上降低現(xiàn)有的集中換向加熱爐的CO排放問題，滿足環(huán)保監(jiān)測要求；（如果加熱爐爐內燃燒狀態(tài)良好，基本可實現(xiàn)CO的零排放）。

延長蜂窩體使用壽命當燃燒側燃燒結束后，煤氣燒嘴和煤氣管道內存在大量的煤氣，燃燒變排煙狀態(tài)后，煙氣中有未參與燃燒的空氣（根據(jù)加熱爐燃燒情況空氣數(shù)量不等），與煤氣燒嘴內和煤氣管道中的煤氣混合，達到燃燒所需的條件后（溫度、空間和混合比例），會產生二次燃燒現(xiàn)象，此火焰瞬間溫度可達1000℃多，當每換向一次便有可能出現(xiàn)一次二次瞬間燃燒，造成蜂窩體前端的損壞現(xiàn)象，以至于最終影響加熱爐的正常運行，被迫停產維修。而利用反吹技術之后，此情況將不復存在。

利用煙氣反吹的方案對爐內氮氧化物的生成無任何額外影響，且相對氮氣吹掃方案，該方案無論是生產運營還是操作更為安全簡便。

3 煙氣反吹系統(tǒng)應用及效果

3.1 原有系統(tǒng)密封性要求

蓄熱燃燒技術中的頻繁換向技術，強化了加熱爐內的爐氣循環(huán),均勻爐子的溫度場,提高了加熱質量。

由于本項目屬于改造項目，在保證施工工期及改造費用的前提下做最小改動，保留原有兩位三通閥，因此對原有兩位三通閥密封圈進行更換，保證其中煤氣及煙氣密封性良好，無泄漏，新增兩通閥與三通閥相連接保證煙氣回流，對整套三通閥組、兩通閥組密封性要求更高。該換向技術所使用的換向閥，需要考慮其密封性能（尤其是長時間使用后），因為正常排煙時，換向閥內漏也會造成煤氣直接從排煙系統(tǒng)排出造成能源浪費和環(huán)境污染，系統(tǒng)連接圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)連接圖

3.2 安全性保證

新增煙氣反吹系統(tǒng)系統(tǒng)管路中介質為加熱爐煙氣，其安全性必要性必須得到嚴格保障，因此在程序設計中必須要考慮與其相關因素做連鎖保護，有效地保證在不滿足條件的前提下整個煙氣反吹系統(tǒng)及時切出，防止對原加熱爐燃燒系統(tǒng)造成影響及安全危害。

3.2.1 設置可靠切斷裝置

設置管網(wǎng)可靠隔斷裝置，在吹掃風機的入口安裝手動金屬密封蝶閥、風機出口的“煙氣反吹煤氣”管道上安裝電動蝶閥、氣動快切閥、氣動調節(jié)閥等設備，保證系統(tǒng)離線時與原煤煙系統(tǒng)隔絕開，吹掃風機可獨立檢修。

3.2.2 配套安全聯(lián)鎖保護功能

1）爐溫連鎖。爐溫低于650℃時，系統(tǒng)自動切出并禁止投入運行。

2）系統(tǒng)工作狀態(tài)連鎖：當反吹系統(tǒng)的工作壓力低于下限時，系統(tǒng)自動切出。

3）反吹風機連鎖。當反吹風機故障或異常停止時，系統(tǒng)自動切出。

4）煙氣中O2及CO值連鎖，煙氣中的殘氧含量和一氧化碳含量分別≥8%和10%時，系統(tǒng)自動切出。

5）加熱爐換向閥故障連鎖：當某個燒嘴停用或處于故障狀態(tài)時，系統(tǒng)自動停止該燒嘴的反吹，其他換向閥反吹正常運行。

6）反吹閥故障連鎖：當反吹閥門故障時，系統(tǒng)自動停止該燒嘴反吹。

3.2.3 安全報警功能

當風機、切斷閥、燒嘴等設備出現(xiàn)故障，或者反吹煙氣中CO或O2達到報警值時，系統(tǒng)彈出報警并自動切換到正常燃燒程序，提示操作人員查找問題。

吹掃管道上設置氮氣置換系統(tǒng)，當系統(tǒng)啟停時對管道進行吹掃置換，設計獨立放散管，放散管伸出廠房，出口高于廠房頂4 m。

3.3 煙氣反吹系統(tǒng)效果

改造前加熱爐在進氣與排煙換向瞬間煙氣中w（CO）排放峰值達到30000×10-6～40000×10-6，新增煙氣反吹系統(tǒng)后，有效的降低了CO排放量，通過將公共區(qū)域的煤氣反吹進爐膛內進行二次燃燒，避免了煙氣排放中峰值的出現(xiàn)，將煙氣中w（CO）排放量控制在2500×10-6之內，實際投入運行后數(shù)據(jù)如下頁圖2所示，同時由于部分煤氣進行二次燃燒，有效的節(jié)約了能源，降低煤氣消耗約3%，降低成本，增加了市場競爭力。

圖2 投入運行后數(shù)據(jù)圖

4 結語

隨著國家節(jié)能減排及環(huán)保意識的要求不斷完善與提高，鋼鐵企業(yè)也在加大投入環(huán)保投入，加熱爐管理應當、準確的把握加熱爐的節(jié)能改造和管理，滿足環(huán)保要求前提前提下通過一些技術改造的改進達到環(huán)保及節(jié)能降耗的目的。

加熱爐是軋鋼廠的主要能耗設備，降低加熱爐能耗可以降低生產成本，增加企業(yè)效益。

近年來加熱爐節(jié)環(huán)保新技術發(fā)展迅速，同時兼顧節(jié)能降耗，并得到廣泛應用。