蓄熱式鋼包烘烤技術在煉鋼生產中的應用

陳 軍

（河鋼集團宣鋼公司一鋼軋廠，河北張家口 075100）

0 前言

隨著鋼鐵工業的發展與市場競爭的加劇，產品質量與生產成本已成為企業的重點，因此煉鋼過程對鋼包、中包的烘烤溫度和能耗提出了更高的要求。蓄熱式鋼包烘烤技術可以快速提高鋼包的烘烤溫度，改善鋼包烘烤效果，從而起到穩定生產、改善鋼水質量與降低能耗的作用。

1 現狀分析

河鋼宣鋼一鋼軋廠的鋼包、中包烘烤均為普通烘烤器，噸鋼煤氣消耗約20 m3。普通烘烤器的燒嘴為套筒式和金屬自預熱式，煤氣通過燒嘴燃燒后排煙的溫度高達 900～1000℃，火焰在鋼包內部形成對流，包壁溫升不均勻，大量熱量散失到空氣中，熱量損失占燃料燃燒總熱量的50%～70%，鋼包烘烤時間長。而其他鋼廠的鋼包、中包烘烤均為蓄熱式，噸鋼煤氣消耗約8 m3，煤氣消耗量小，能源利用率高，因此優化和降低煤氣消耗已成為煉鋼生產的關鍵工作。

2 總體思路

蓄熱技術可以大大提高余熱煙氣的熱回收效率，使助燃空氣、煤氣預熱溫度達到1000℃，而排煙溫度降到200℃以下。通過換向閥的不斷換向，使鋼包內壁溫度均勻上升。蓄熱式烘烤器與普通鋼包烘烤器相比具有節省燃料、快速提溫、提高包襯壽命、降低有害氣體排放等優點。因此，針對河鋼宣鋼一鋼軋廠百噸爐區傳統烘烤器烘烤效率低、焦爐煤氣消耗高的現象，制定了對百噸爐區4#、5#臥式鋼包烘烤采用蓄熱式燃燒技術改造方案，如果改造后效果明顯，即可在其他鋼包的烘烤器上進行推廣。

3 技術內容

3.1 蓄熱式燃燒技術原理

（1）蓄熱式燃燒技術是一種極為有效的煙氣余熱回收技術，它能最大限度地回收燃燒加熱裝置所排出的煙氣中的余熱，降低排煙熱損失，提高燃燒加熱裝置的熱效率。蓄熱式鋼包烘烤器燃燒系統主要由2個燒嘴、2個蓄熱體、氣體切換閥和相關的控制系統組成。

（2）燒嘴與蓄熱體是成對出現，在一個燒嘴的助燃空氣通過蓄熱體被預熱后燃燒時，另一個燒嘴充當排煙的角色，在排煙的同時加熱蓄熱體，當該蓄熱體被充分加熱后，切換系統動作使系統反向運行。這樣就完成一個換向周期。如此循環往復，實現提高燃燒溫度和節約能源的目的。

3.2 技術方案

臥式鋼包快速烘烤器設計有一對鋼包支架，是將鋼水罐橫臥(＞10°)在固定鋼包支架上進行烘烤的設備。鋼包蓋豎著立于承載車的前端，烘烤器由承載車體、鼓風機、鋼包蓋、引風機、換向閥等組成，所有部件都固定在電動小車的車體上。燃燒器位于包蓋前端，燃燒時，火焰呈平射狀，烘烤裝置的供氣、供風系統固定在承載車上。蓄熱式燃燒器由供風系統、煤氣系統和控制系統組成。

（1）供風系統。燃燒所需的助燃空氣由鼓風機供給，出鼓風機的空氣經管道接至換向閥空氣入口，出換向閥的空氣經蓄熱室預熱后進入鋼包助燃。換向系統采用1個二位四通閥，共有4個氣體接口，分別與空氣管道、蓄熱室、引風機等相接。換向閥采用氣動換向，動作時間24 s，煤氣切換采用1個兩位三通閥控制煤氣換向。

（2）煤氣系統。燃燒所需煤氣由動力廠低壓焦爐煤氣管道系統供給。由煤氣總管接至烘烤器，由換向系統控制，周期性變換進入鋼包內。煤氣管道設有煤氣切斷閥，用于在事故狀態時及時切斷煤氣。

（3）控制形式。以手控操作為主，可通過控制面板按紐的操作完成所有的操作過程。

4 運行情況

對百噸爐區4#臥式鋼包烘烤器進行改造，4#蓄熱式烘烤器投用后，分別對5#普通烘烤器與4#蓄熱式烘烤器的性能進行了測試，測試情況見圖1。鋼包初始烘烤溫度都為450℃,普通烘烤器大火（煤氣流量1500 m3/h）烘烤 30 min，最高溫度820℃，高溫段溫度的上升速率趨于緩慢，烘烤溫度很難再上升。蓄熱式鋼包烘烤器的前8 min，溫升與普通烘烤器相差不多，但在10～30 min，高溫段的上升速率非常快，其原因是由于烘烤溫度的升高，鋼包內的煙氣溫度逐漸升高，對于蓄熱式烘烤器來說，空氣和煤氣的預熱溫度也上升，該結果極大提高了燃料的燃燒效率，使火焰更加穩定，溫度更加均勻。對于普通式鋼包烘烤器來說，排煙溫度的上升，意味著熱量損耗增大，因而烘烤溫度上升速度則逐漸趨緩。檢測兩系統的排煙溫度，蓄熱式烘烤器的排煙溫度，在換向閥后進行測量，其波動范圍100～150℃，而對普通式烘烤器的排煙溫度進行測試，范圍800～1000℃,可見其熱量損失較高。

圖1 鋼包烘烤溫升曲線圖

通過實際運行比較可知，蓄熱烘烤器系統改變了傳統的燃燒方式，燃燒的機理與傳統預混和擴散燃燒有所不同。由于空氣和煤氣的預熱溫度很高，煤氣不需要利用傳統的燃燒器與空氣作摻混以形成利于燃燒的特定濃度場分布，只需要將空氣和煤氣通過各自的噴口噴入包內即可，而且這樣可以很方便地調節空氣、煤氣的配比，達到低氧燃料的目的。另外，高預熱溫度保證了煤氣進入包內并維持穩定的燃燒，這種特殊的燃燒方式將鋼包整體作為一個反應器，煤氣和空氣的反應遍及整個鋼包，沒有通常的可見火焰和其特有的火焰高溫區，整個鋼包內溫度十分均勻。

5 實施效果

由于排煙溫度降低，空氣和煤氣的預熱溫度上升，煤氣的燃燒效率提高，原先控制煤氣流量的街門開度為80%，煤氣瞬時流量為1200 m3/h,改造后截門開度為50%即可滿足烘烤要求，煤氣瞬時流量為650 m3/h,1臺蓄熱式烘烤器每年的節能效益達257萬元。后續對百噸爐區5#臥式鋼包烘烤器也進行了蓄熱式改造，通過改造運行，百噸爐區焦爐煤氣消耗降低效果顯著，由原來每天平均消耗煤氣7萬m3，降到5萬m3。

對鋼包烘烤器進行技術改造后，由于鋼包烘烤溫度均勻，提高了鋼水質量，滿足了日益嚴格的鋼材質量技術條件，為開發和生產出高技術含量品種鋼創造了條件，同時由于陶瓷蜂窩狀蓄熱體的吸附作用，大大降低了有害氣體的排放。這對公司開發新品種，提高產品質量和實現節能減排，均有著深遠的意義。

6 結論

蓄熱式燃燒技術，解決了普通烘烤器包壁溫升不均勻，大量熱量散失到空氣中，鋼包烘烤器時間長，浪費煤氣的問題，實現了提高燃燒溫度和節約能源的目的。同時，該技術工藝設計簡單、維護方便，運行成本低，節約煤氣效果顯著，由于陶瓷蜂窩狀蓄熱體的吸附作用，大大降低了有害氣體的排放，已在其他鋼包的烘烤工藝上進行了推廣與應用。