蓄熱式加熱爐用高爐煤氣直接點火烘爐技術應用論述

趙越超

（中冶南方（武漢）熱工有限公司，湖北 武漢 430205）

1 概述

在高溫空氣燃燒技術（HTAC）興起以前，軋鋼加熱爐一般采用較高熱值的焦爐煤氣或者混合煤氣作為生產用燃料，煤氣供應穩定，熱值高，烘爐相對簡單，鋪設烘爐管即可。

21世紀初，國內突破高溫空氣燃燒技術后，因其可以提高高爐煤氣的燃燒溫度，使得高效利用高爐煤氣作為加熱爐燃料成為可能，雙蓄熱技術迅速在軋鋼加熱爐中大規模應用。但由于高爐煤氣的不穩定性和較高的燃燒要求，這些加熱爐仍需要在主生產高爐煤氣系統外另外鋪設專門的點火煤氣管道（焦爐煤氣、轉爐煤氣或混合煤氣），這要求鋼廠必須有高熱值煤氣，對公輔系統的壓力比較大，一些沒有此類煤氣的鋼廠應用受限；或者花高價采用專用烘爐裝置，但是，啟停爐的點火流程仍將是一個相當不安全的操作。

如果能夠采用高爐煤氣直接點火烘爐技術，則將使鋼廠更加靈活地使用高爐煤氣而不用額外鋪設高熱值煤氣管路，有較大的實用價值；從現實的需求來看，現在越來越多的鋼廠也要求加熱爐采用高爐煤氣直接烘爐技術。

2 高爐煤氣直接點火烘爐技術

2．1 直接點火烘爐的難點

高爐煤氣是高爐煉鐵生產過程中副產的可燃氣體，其物理性質大致如表1所示。

表1 高爐煤氣基本物理性質

高爐煤氣的可燃成分主要是CO，其余H2和碳氫化合物含量較少。CO的著火點溫度約為650℃，高爐煤氣的著火點溫度相應在700℃左右；而煤氣中不可燃成分體積占了大部分，使得其在低溫環境中即使被點燃了，也很容易熄滅。另外，不少鋼廠缺少有效的煤氣凈化加壓裝置，高爐煤氣的壓力和熱值都不穩定，導致小流量煤氣供應時非常容易因壓力過低而斷流，烘爐過程恰巧就是煤氣用量不大的時候，因此，直接使用高爐煤氣將非常的不安全。

2．2 直接采用蓄熱燒嘴點火烘爐技術

點火后，需要穩定的燃燒溫度和不穩定的煤氣供應壓力，使得傳統的烘爐管方式不能用于高爐煤氣烘爐，尤其在低溫烘爐階段。要采用高爐煤氣直接點火，關鍵是要解決穩定的燃燒環境溫度，同時，保證煤氣壓力的穩定。參考高爐生產中富余高爐煤氣采用長明燈方式放散燃燒的經驗，在蓄熱燒嘴前設置明火或者能夠提高溫度的裝置，讓高爐煤氣噴到明火或者高溫裝置，持續燃燒。受此啟發，設計了一個利用蓄熱燒嘴直接點火的方案：在加熱爐下蓄熱燒嘴設置一堆蓄熱擋磚，距離約1m，擋磚纏繞4根電阻絲帶，爐外通電，在點火操作前，通電至少2h用于加熱擋磚；在擋磚和燒嘴間點燃明火，持續燃燒；擋磚和明火的高度要與蓄熱燒嘴噴口基本齊平。完成正常的吹掃放散等點火前流程后，緩慢開啟蓄熱燒嘴，噴出速度合適的高爐煤氣流，微調后保持一定的火焰剛度。為保證烘爐的溫度均勻性，如圖1在加熱爐合適設置多個點火點。

圖1 加熱爐點火位置設置

本方案已在某廠加熱爐項目中實施，能夠保證烘爐成功，但也暴露出一些問題，主要有：（1）低溫段燃燒不穩定。因為直接采用蓄熱燒嘴，噴口未做特殊設計，煤氣噴出速度受管網壓力波動影響很大，容易熄滅和脫火，熄滅后的重新點火危險系數仍然很高。（2）燒嘴和高溫裝置分體布置，出燒嘴噴口的仍為冷煤氣，需高溫裝置的持續加熱，而高溫裝置的持續性不高，操作仍具有危險性。（3）蓄熱燒嘴調節性不高，造成烘爐溫度不均勻。（4）蓄熱燃燒的特性，導致作為點火燒嘴的煤氣燒嘴及其配套的空氣燒嘴無法換向，爐溫升高后，排煙溫度也超溫。（5）因無獨立的烘爐管線，除燃燒的燒嘴外，其余燒嘴靠換向閥和手閥密封，存在漏煤氣的危險，使用不安全。

2．3 新型高爐煤氣專用點火燒嘴

由此可知，必須采用持續加熱煤氣，并能穩定控制燃燒的方法，才能達到實用效果。

考慮到流體的連通性特性和受煤氣管網采用煤氣柜緩沖煤氣壓力的啟發，設計了如圖2的高爐煤氣專用點火燒嘴。

圖2 高爐煤氣專用點火燒嘴

高爐煤氣從管內噴入加熱腔體后，因體積擴大，煤氣在腔體內減速，起到緩沖存儲作用，穩定煤氣壓力；噴口縮徑，根據流體力學原理，噴出煤氣速度將提高，有助于保持火焰形狀和剛度。點火前，在加熱腔內約二分之一的體積塞滿浸油的木材，先打開烘爐空氣閥，然后，將明火從點火孔伸入加熱腔體內，點燃木柴，目的是迅速提高加熱腔內耐材溫度，同時，從點火孔伸進一根鐵棒，鐵棒加熱后用于遭遇熄火事故的備用熱源；之后緩慢打開烘爐煤氣蝶閥，從燒嘴觀察孔觀察，若有藍色火焰噴出，說明高爐煤氣已經點著。穩定燃燒3～4h后，即可方便調節點火燒嘴功率。采用此新型高爐煤氣專用點火燒嘴，因其體積小，可以根據加熱爐爐體均勻布置，既解決了高爐煤氣直接點火的問題，又保證了烘爐的溫度均勻性。點火煤氣管道從生產用高爐煤氣主管道節點閥前引出，配置相應的蝶閥和盲板閥，獨立于主煤氣管道，保證了安全性，也不再需要單獨引入高熱值煤氣系統，簡化了公輔系統配置。

3 結語

在多個項目中，已使用此新型高爐煤氣專用點火燒嘴用于烘爐，并可重復使用，效果良好；應用高爐煤氣直接烘爐技術后，取消了高熱值煤氣管路的鋪設，簡化了業主公輔系統，具有推廣意義。