富氧燒爐技術在熱風爐中的應用

張旭輝， 劉文文， 趙新民， 鄭 偉， 鄭 毅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

生產實踐·應用技術

富氧燒爐技術在熱風爐中的應用

張旭輝， 劉文文， 趙新民， 鄭 偉， 鄭 毅

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司， 山西 太原 030003）

通過對太鋼熱風爐富氧燒爐技術的實踐研究，在對不同條件下合理空燃比的探尋中，最終找到富氧率為4%時，拱頂溫度和廢氣溫度皆在可控范圍內，且焦爐煤氣用量減少43%。

熱風爐 富氧率 空燃比

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）5號高爐（4 350 m3）采用4座新日鐵外燃式熱風爐，拱頂溫度維持1 400℃以上，保證高爐使用的風溫長期穩定在1 250℃左右，在熱風爐燒爐前通過預熱高爐煤氣和助燃空氣，并摻燒部分焦爐煤氣，降低了高爐固體燃料消耗。在日常生產中，為了保持較高的拱頂溫度，焦爐煤氣用量占總能源介質的比例為3%。由于焦爐煤氣不僅價格昂貴，且各工序對其需求量比較大，公司焦爐煤氣平衡問題尤顯突出，減少熱風爐焦爐煤氣使用量對公司能源介質平衡有著重要的意義。面對這些問題，可從兩方面入手，一是尋找替代焦爐煤氣的介質，二是提高助燃空氣中的氧含量。而許多廠家使用轉爐煤氣替代焦爐煤氣，但太鋼轉爐煤氣尚供給不足，而制氧能力卻有較大富裕。因此，有必要開展富氧燒爐技術而減少焦爐煤氣的可行性研究和應用。

1 熱風爐富氧燒爐的可行性研究

1.1 富氧燒爐工業分析

根據太鋼5號高爐熱風爐工作特點，在維持理論燃燒溫度不變時，在不同富氧率下計算焦爐煤氣用量、空氣用量、高爐煤氣用量、廢氣量的變化情況見圖1。

圖1 高爐煤氣量、焦爐煤氣量、空氣量和廢氣量隨富氧率的變化情況

計算表明，隨著富氧率的提高，空氣用量和焦爐煤氣用量逐漸減少，高爐煤氣的用量逐漸增大，煙氣量減少的幅度不大。通過計算可知，當富氧率提至4%時，焦爐煤氣用量降至5 000 m3/h。

1.2 富氧燒爐特性分析

理論燃燒溫度計算公式為：

式中，t理為理論燃燒溫度，℃；Vn為單位質量燃氣的煙氣體積，m3/kg；C產為煙氣比定壓熱容，kJ/（m3·K）；QDW為混合燃料低發熱值，kJ/kg。

當高發熱值的煤氣減少時，混合煤氣低發熱量QDW將降低，若維持理論燃燒溫度不變，需要減少生成物的量［1］。

燃氣完全燃燒時，理論煙氣量為：

式中，Vy為理論燃燒產物的生成量，m3/m3；nCO、nH2、nCO2、nN2、nH2O、nO2為高爐煤氣中各成分體積分數；VO2為空氣中氧含量，%。

助燃空氣經過富化后，氧濃度提高，同等燃燒條件下（燃燒相同煤氣量、產生燃燒熱量不變），燃燒所需空氣量減少，生成物的量也將減少，理論燃燒溫度將保持不變［2］。

2 熱風爐富氧燒爐技術的實施

助燃空氣通入一定量的氧氣來提高空氣含氧量，需要設計富氧管道系統和對助燃空氣管道進行改造。根據工藝要求，太鋼氧氣總管壓力1.2 MPa經富氧管道系統中壓力調節閥和管徑變化調低至20 kPa，之后進入助燃空氣管道，經過空氣換熱器，富化的助燃空氣溫度可預熱至150℃，在燃燒器中參與燃燒反應。

熱風爐富氧燒爐的控制形式有以下三種：按氧氣流量控制，通過氧氣管道的流量計進行控制，范圍為：0～10 000 m3/h；按氧含量控制，通過空氣主管的氧含量（體積分數）檢測儀進行控制，范圍為：20%～30%；按比例控制，通過助燃空氣支管流量之和（4個）以及畫面設定的富氧比例（0～7%）反算出富氧流量進行控制。

3 熱風爐富氧燒爐技術應用效果

3.1 富氧燒爐對廢氣溫度的影響

太鋼5號高爐熱風爐爐箅子設計溫度小于400℃，因此，富氧燒爐后廢氣溫度必須小于爐箅子設計溫度，經計算可知：當單獨使用高爐煤氣燒爐時，富氧率7%的條件下，廢氣溫度大于410℃，對熱風爐安全生產構成威脅。實際運行過程中，廢氣溫度與富氧率的變化趨勢見圖2。從圖2中可知，富氧率4%時，廢氣溫度已經升至368℃，比不富氧時提高33℃，此廢氣溫度下，熱風爐可安全運行。

圖2 不同富氧率燒爐條件下廢氣溫度變化情況

3.2 富氧燒爐對煤氣消耗的影響

如圖3所示，隨著熱風爐富氧率不斷提升，高爐煤氣用量和焦爐煤氣用量也有著明顯的變化。當富氧率提至4%時，焦爐煤氣用量降至3 700 m3/h，較不富氧時降幅為43%，而高爐煤氣用量增加25%，可看出焦爐煤氣降低的幅度遠大于高爐煤氣的升高的幅度。而就目前太鋼高爐煤氣及焦爐煤氣價格體系來看，兩種介質價格相差27倍，經耦合計算，在富氧率4%條件下，每年可節約500萬元。

圖3 不同富氧率燒爐條件下高爐煤氣和焦爐煤氣用量

3.3 富氧燒爐對空燃比的影響

在不同的富氧率的條件下，需要調整高爐煤氣和焦爐煤氣的空燃比，以達到所需的拱頂溫度滿足高爐的要求，根據理論測算和實際生產中拱頂溫度和殘氧量的限制，尋找不同富氧率條件下的合理空燃比。在不富氧的情況下，太鋼5號高爐熱風爐的焦爐煤氣空燃比為6.1，高爐煤氣空燃比為0.58。而在富氧燒爐后，空燃比的變化情況見圖4所示。富氧率提升至4%時，高爐煤氣空燃比下降12.06%，焦爐煤氣空燃比下降14.75%。

圖4 不同富氧率下的空燃比

4 結論

1）太鋼5號高爐熱風爐應用富氧燒爐技術，為保證風溫長期保持在1 250℃左右，且拱頂溫度和廢氣溫度安全可行，富氧率應穩定在4%左右。

2）在生產實踐中，隨著富氧率的提高，焦爐煤氣逐漸減少。當富氧率為4%時，焦爐煤氣用量比不富氧條件節約43%。

3）通過實踐不同富氧率條件下合理高爐煤氣和焦爐煤氣空燃比，富氧率4%時，高爐煤氣空燃比0.51，焦爐煤氣空燃比5.2。

［1］ 宋文剛，林成城.寶鋼高爐熱風爐新技術的開發與應用［J］.煉鐵，2005（9）:64-66.

［2］ 孟凡雙，周振龍.富氧燃燒對熱風爐操作的影響及評價［J］.工業加工，2011（3）:15-18.

（編輯：苗運平）

Application of Oxygen Enrichment Oven Technology in Hot Stove

ZHANG Xuhui，LIU Wenwen，ZHAO Xinmin，ZHENG Wei，ZHENG Yi
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

Through practical research on oxygen enrichment oven technology in TISCO hot stove，this paper explores reasonable air-fuel ratio under different conditions，finally finds when oxygen enrichment rate is at 4%，the dome temperature and exhaust gas temperature are within the controllable range，and the amount of coke oven gas is decreased by 43%.

hot stove，oxygen enrichment rate，air-fuel ratio

TF544

A

1672-1152（2016）05-0064-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.24

2016-10-14

張旭輝（1987—），男，現于太鋼煉鐵廠5號高爐作業區從事煉鐵技術管理工作，助理工程師