直燃式煤氣放散自動點火伴燒系統在寧鋼的應用

呂向東，胡海青，劉永平

（寧波鋼鐵有限公司能源環保部，浙江寧波 315807）

1 概述

寧鋼主廠區分布著高爐煤氣燃燒放散管3根，轉爐煤氣燃燒放散管3根，焦爐煤氣燃燒放散管1根，技術改造前都是傳統的煤氣放散系統。它們全部采用獨立的焦爐煤氣作為燃料氣源，在整個放散系統中鋪設有專門的點火伴燒管道閥門系統。冶金行業的煤氣放散系統出于對安全環保的考慮，往往都是采取高空燃燒放散，寧鋼的煤氣放散塔高度約為60 m，相應的點火伴燒管約有80 m，在長期的運行實踐中發現這80 m的點火伴燒管容易發生堵塞，從而影響煤氣的正常燃燒放散。為了避免發生煤氣不燃燒放散的事故，在煤氣不放散時會對點火伴燒專用焦爐煤氣管道進行定期的清掃維護，無形中增加了員工的工作量及安全風險。新型直燃式點火伴燒系統沒有常明燈和伴燒環管，它直接利用放散的煤氣作為燃料燃燒，本身起到了傳統煤氣放散系統中的常明燈和伴燒環管的作用，既能保證放散煤氣的正常燃燒，相對于傳統煤氣放散系統中的常明燈平時一直燒著，又能節約大量的焦爐煤氣。

2017年3月份寧鋼引進了直燃式煤氣放散自動點火伴燒系統，陸續對主廠區的高焦轉爐煤氣燃燒放散管進行了技術改造，從改造后近1年的實踐來看效果顯著，不僅徹底杜絕了因點火管堵塞而影響安全放散的事件發生，由于新型直燃式點火伴燒系統沒有獨立的燃燒系統，無需經常清掃點火管道，還有效地降低了員工的工作量及安全風險。

2 系統組成及工作原理

2.1 系統組成

系統主要部件包括點火伴燒器、火焰探測器、高壓發生調理器、高壓電纜及支撐組件、主控器和DCS系統。

2.2 工作原理

2.2.1 轉爐煤氣放散系統

從煉鋼一次風機房出來的轉爐煤氣，如果不具備回收條件，就會通過三通閥送至轉爐煤氣放散塔，與此同時系統會給出相應的啟動點火信號，當主控系統獲得啟動點火信號后，就會立即啟動直燃式高空點火伴燒器點火，點燃放散的轉爐煤氣，裝在放散塔頭部的火焰探測器會將煤氣燃燒情況反饋給系統，當系統確認煤氣燃燒正常后，發出停止點火信號，高壓發生調理器停止工作，轉爐煤氣正常燃燒放散。過程中如果出現煤氣意外熄滅的情況，火焰探測器也會將煤氣未燃燒情況反饋給系統，系統經過確認仍處于放散狀態，就會再次給出啟動點火信號，點燃意外熄滅的煤氣，直至系統確認煤氣燃燒正常后，發出停止點火信號，高壓發生調理器停止工作。

2.2.2 高焦煤氣放散系統

當高焦煤氣主管網壓力或高焦煤氣柜柜位信號高于相應的設定值（具體設定值可根據工藝需要調整）時，高焦煤氣放散塔放散閥打開，與此同時系統會給出相應的啟動點火信號，其系統的控制動作原理與轉爐煤氣放散系統相一致。

3 系統主要設備

3.1 直燃式高空點火伴燒器

直燃式高空點火伴燒器自身高1.2 m，其上部高于放散管頂口約0.4 m，用支腳焊接在放散管防風罩的外壁上，每根放散管上安裝2套直燃式高空點火伴燒器。放散煤氣自動引入直燃式高空點火伴燒器，經過伴燒器內部的催化反應室后點火燃燒。

3.2 火焰探測組件

火焰探測器由安裝在伴燒器內部的熱電偶套件組成，它將檢測到的煤氣溫度信號反饋給主控制系統，主控制系統根據煤氣溫度信號判斷放散煤氣是否點燃并正常燃燒，從而自動發出相應的點火信號。

3.3 高溫高壓引撐系統

從高壓發生調理器到高空點火伴燒器之間的高壓引線和支撐引線部分稱為高溫高壓引撐系統。放散塔頂部平臺在不放散時跟環境溫度相差無幾，正常燃燒放散時溫度很高，這就要求高溫高壓引撐系統必須耐高溫，并能夠適應溫度的急劇變化。

3.4 高壓發生調理器

高壓發生調理器由高壓發生器和高壓調理器兩部分組成，高壓發生器產生13000 V的高壓電，再經高壓調理器后輸出2萬～3萬V的超高壓電。

3.5 主控制柜

主控制柜內安裝有PLC和各種信號處理器、驅動器、電源等，控制器面板上有各種信號指示燈，按鈕及手動點火開關等。

4 系統工作過程及主要特點

4.1 工作過程

主控系統獲得啟動點火信號后，向高壓發生調理器饋送220 V交流電，高壓發生調理器產生的高壓電，通過高壓不銹鋼電纜送給高空點火伴燒器內的電弧發生裝置，產生面狀電弧，首先點燃被引入伴燒器的放散煤氣，伴燒器燃燒后就可以進一步點燃主放散管的煤氣。燃燒的煤氣會使裝在放散塔頭部的火焰探測器獲得溫度信號，火焰探測器將這些溫度信號傳送給主控制系統，當主控制系統根據這些溫度信號判斷放散塔正常燃燒后，給高壓發生調理器發出停止點火的信號，電弧發生裝置就會停止發弧，此時放散塔的煤氣正常燃燒放散。之后的燃燒放散過程中如果出現煤氣意外熄滅的情況，火焰探測器也會將煤氣未燃燒情況反饋給系統，系統經過確認仍處于放散狀態，就會再次給出啟動點火信號，點燃意外熄滅的煤氣，直至系統確認煤氣燃燒正常后，發出停止點火信號，高壓發生調理器停止工作。

4.2 主要特點

（1）使用以Siemens PLC為主體的控制系統，可靠性高，可以實現智能化管理。

（2）系統正常情況下處于自動狀態，整個啟動點火、判斷燃燒情況、停止點火等過程全部自動進行，無需人工操作，與煤氣放散自動控制系統結合起來，就能很好地應對煤氣系統突發情況。當需要進行人為干預或在其他特殊情況下也可以使用半自動和手動操作。

（3）點火部件采用電梯式發弧裝置，這種電弧發生裝置能夠產生面狀電弧源，相對于線狀電弧源點火成功率更高。

（4）使用火焰探測器檢測放散塔的燃燒情況，正常放散期間當火焰探測器檢測到未燃燒情況時，會給主控制系統反饋相應的信號，主控制系統得到未燃燒放散的信號后又會向高壓發生調理器發出相應的點火信號，伴燒器重新點火，從而確保放散塔放散期間處于燃燒狀態，整個過程全部由計算機系統自動完成。

（5）在自動點火放散系統中加入異常情況報警點，可以及時發現系統故障，以便做出應對。

（6）利用放散煤氣作為點火伴燒氣源，不再需要單獨的伴燒燃料，不僅減少對獨立伴燒系統的維護工作量，還可以節約大量的點火伴燒用焦爐煤氣。

5 效果與效益

由新型直燃式煤氣放散自動點火伴燒系統替代傳統煤氣放散點火伴燒系統的技術改造，通過在寧鋼近1年時間的實踐檢驗，不僅徹底地解決了傳統煤氣放散點火伴燒系統容易堵塞、疏通困難、增加人工點火危險性等諸多弊端，而且由于新型直燃式點火伴燒系統直接使用放散煤氣作為伴燒氣源，不再需要額外的點火伴燒燃料，因此為用戶節約了大量的焦爐煤氣。以寧鋼高爐煤氣放散系統為例，傳統的點火伴燒系統每根放散管配有一根DN80的焦爐煤氣點火伴燒管，分布著3×?25的長明燈以及16×?5的伴燒管，取伴燒管口焦爐煤氣流速為6 m/s，則3根高爐煤氣放散管的點火伴燒用焦爐煤氣量為114.5 m3/h，采用直燃式點火伴燒系統后每年僅高爐煤氣放散系統就能節約焦爐煤氣約1百萬m3。

6 結語

現今的冶金行業競爭激烈，安全環保壓力大，直燃式煤氣放散自動點火伴燒系統雖然給企業帶來的經濟效益有限，但它相對于傳統煤氣放散點火系統的諸多優點，以及預示的技術革新方向和隱含的安全環保效應在寧鋼的應用實踐中得到了充分的印證。