軋鋼雙蓄熱式加熱爐煤氣反吹系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整分析與研究

NALYSISANDRESEARCHONOPTIMIZATIONANDADJUSTMENTOFGASBACKBLOWINGSYSTEMFORDOUBLEREGENERATIVEREHEATINGFURNACEINSTEELROLLING

Wang Xuewu （Shougang Group Qian'an Iron and Steel Company Qian'an ，China）

Abstract：This paper addresses the problems of polution and energy waste in the regenerative reheating furnaces for steelrolling，where the frequentcommutation leads to the discharge of gas in the pipelines along with theflue gas， resulting in an average carbon monoxide （CO） emission concentration of approximately 15000mg/m³ . Against the policy backdrop ofthe Grade A performance evaluation for iron and steel enterprisesand the implementation of CO environmental protection tax in some regions，this studytakes thereheating furnaces equipped with soot backblowing devices in Hebei Province and other areas—where CO emisions remain relatively high—as the research objects. Throughon-site investigationof theoperation dataofregenerativereheating furnaces for steel rolling inmultiple iron and steel enterprises （EnterprisesA，B，C，D，E，andF），researchon CO emissionreductionand control technologies is carried out.

Key words：regenerative type; reheating furnace; gas backblowing

0前言

鋼鐵企業(yè)軋鋼雙蓄熱式加熱爐在工作過(guò)程中交替頻繁換向，每次換向閥切換，一組（側(cè)）燒嘴由燃燒狀態(tài)轉(zhuǎn)變成排煙狀態(tài)時(shí)，換向閥到蓄熱式燒嘴之間管道內(nèi)的煤氣就會(huì)隨排煙系統(tǒng)抽走造成環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計(jì)，雙蓄熱式加熱爐排放煙氣中一氧化碳（CO）平均濃度可達(dá) 15000mg/m³ 左右，不但浪費(fèi)大量煤氣，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前，大多數(shù)軋鋼雙蓄熱式加熱爐都配備了煤煙換向反吹裝置，隨著鋼鐵企業(yè)績(jī)效A級(jí)評(píng)級(jí)和部分地區(qū)CO環(huán)保稅落地，促使軋鋼雙蓄熱式加熱爐降低CO排放成為環(huán)保檢查和企業(yè)自身環(huán)保管理的關(guān)注重點(diǎn)。以河北省為例，目前雙蓄熱軋鋼加熱爐全部配備了煤煙反吹裝置，但多數(shù)加熱爐CO排放濃度仍然偏高，反吹系統(tǒng)運(yùn)行仍存在很大的優(yōu)化空間?；诖耍疚姆治鼋o出可供鋼鐵企業(yè)進(jìn)一步優(yōu)化反吹裝置運(yùn)行，降低CO排放濃度的運(yùn)行技術(shù)方案。

1目前采用的反吹技術(shù)工藝分析

1.1煤氣反吹系統(tǒng)基本原理

雙蓄熱式加熱爐原理是通過(guò)蓄熱體回收高溫?zé)煔庥酂?，并預(yù)熱空氣和燃?xì)猓瑢?shí)現(xiàn)能源的循環(huán)利用。雙蓄熱式加熱爐采用成對(duì)布置的蓄熱燒嘴，通過(guò)換向閥切換助燃空氣和燃?xì)饬飨?。一?cè)燒嘴燃燒時(shí)，另一側(cè)排煙，高溫?zé)煔鈱崃總鬟f給蓄熱體后低溫排出（約 200^°C 以下），而常溫空氣/燃?xì)饬鹘?jīng)蓄熱體后被預(yù)熱至約 1000°C 再進(jìn)入爐膛燃燒。

雙蓄熱式加熱爐煤氣反吹技術(shù)原理是通過(guò)在換向過(guò)程中使用中介氣體（通常是煤煙煙氣）將公共管道內(nèi)的煤氣吹入爐內(nèi)進(jìn)行燃燒，從而避免該管道內(nèi)煤氣直接外排，減少煤氣浪費(fèi)和環(huán)境污染。反吹系統(tǒng)一般從加熱爐煤煙側(cè)排煙系統(tǒng)風(fēng)機(jī)后取點(diǎn)，通過(guò)新增反吹風(fēng)機(jī)及管道，將燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煤煙煙氣抽出一部分，送回到各燃燒段的換向閥前，每個(gè)換向三通閥的反吹均由一臺(tái)兩通閥控制，當(dāng)本側(cè)燒嘴燃燒結(jié)束，在煤氣側(cè)閥板關(guān)閉的同時(shí)，兩通閥閥板打開(kāi)，用引回的煤煙煙氣吹掃原換向三通閥至燒嘴之間管道內(nèi)的殘存煤氣，并將這部分煤氣吹入爐內(nèi)燃燒，進(jìn)而解決該管道內(nèi)殘存煤氣直接排放的問(wèn)題。同時(shí)在反吹過(guò)程中，同側(cè)空氣換向閥延遲換向，保證煤氣燃燒所需的空氣，而對(duì)側(cè)燒嘴仍然正常排煙。在反吹結(jié)束后，關(guān)閉兩通閥，打開(kāi)本側(cè)三通閥排煙閥板，進(jìn)入排煙狀態(tài)，同時(shí)對(duì)側(cè)燒嘴開(kāi)始燃燒，這樣在煙氣反吹過(guò)程中，也能實(shí)現(xiàn)加熱爐火焰的連續(xù)穩(wěn)定，保證加熱爐能夠穩(wěn)定生產(chǎn)。雙蓄熱式加熱爐原理和煤氣反吹系統(tǒng)技術(shù)原理如圖1所示。

1.2煤氣反吹系統(tǒng)工藝類(lèi)型

圖1雙蓄熱式加熱爐工作原理和煤氣反吹系統(tǒng)技術(shù)原理

目前，軋鋼雙蓄熱式加熱爐換向反吹技術(shù)主要有集中控制換向反吹和分散控制換向反吹兩種反吹形式。從調(diào)研的企業(yè)來(lái)看，大多數(shù)雙蓄熱式加熱爐煤氣反吹采用分段分側(cè)大三通集中控制換向反吹技術(shù)，同時(shí)也有一部分采用全分散小三通單獨(dú)燒嘴控制換向反吹技術(shù)。本文將分析說(shuō)明兩種反吹形式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以便在企業(yè)對(duì)雙蓄熱式加熱爐反吹系統(tǒng)改造過(guò)程中的能夠合理地選擇反吹方式。分散控制小三通單獨(dú)燒嘴換向閥見(jiàn)圖2，分段集中控制大三通換向閥見(jiàn)圖3。

圖2小三通單獨(dú)燒嘴換向閥

圖3大三通分段集中換向閥

1.2.1分段分側(cè)集中換向反吹技術(shù)分析

優(yōu)點(diǎn)：雙蓄熱式加熱爐分段分側(cè)集中控制換向反吹系統(tǒng)在每段加熱區(qū)只控制一組換向閥，控制更加方便，日常維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)。

缺點(diǎn)：采用分段分側(cè)集中控制換向反吹系統(tǒng)導(dǎo)致雙蓄熱式加熱爐爐壓波動(dòng)大；如果換向閥發(fā)生故障則導(dǎo)致整個(gè)供熱段停止燃燒；換向閥與燒嘴之間的管道過(guò)長(zhǎng)，換向時(shí)管道有盲區(qū)，燃料損失大，要求加熱爐在換向時(shí)要有更長(zhǎng)的反吹時(shí)間和配套更大的反吹風(fēng)機(jī)。

1.2.2 全分散換向吹技術(shù)分析

優(yōu)點(diǎn)：雙蓄熱式加熱爐全分散控制換向反吹系統(tǒng)可對(duì)單獨(dú)燒嘴小三通換向閥或反吹閥進(jìn)行在線維護(hù)，降低了故障風(fēng)險(xiǎn)；一個(gè)換向閥或反吹閥故障，對(duì)設(shè)備運(yùn)行影響較??；閥門(mén)體積小，適合現(xiàn)場(chǎng)施工，安裝方便；換向閥至燒嘴之間管道距離短，可縮短反吹時(shí)間，反吹效果好。

缺點(diǎn)：采用雙蓄熱式加熱爐全分散換向反吹系統(tǒng)，小三通換向閥及兩通反吹閥數(shù)量龐大，日常維護(hù)及檢修時(shí)工作重。

2優(yōu)化反吹系統(tǒng)運(yùn)行效果的措施分析

本次對(duì)幾家鋼鐵企業(yè)軋鋼雙蓄熱式加熱爐煤氣反吹系統(tǒng)運(yùn)行情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，通過(guò)調(diào)研加熱爐加熱能力，燃?xì)夥N類(lèi)，空燃比參數(shù)設(shè)置，換向時(shí)間，反吹系統(tǒng)硬件配置，反吹系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置（反吹時(shí)間、反吹壓力、反吹流量等），換向閥運(yùn)行狀態(tài)（閥板完好程度、換向閥密封圈設(shè)計(jì)壽命、密封膠圈實(shí)際運(yùn)行時(shí)間等），反吹風(fēng)機(jī)參數(shù)及排口廢氣CO在線監(jiān)測(cè)排放值等進(jìn)行記錄分析，對(duì)部分排口進(jìn)行手工比對(duì)監(jiān)測(cè)，保證數(shù)據(jù)真實(shí)性。

通過(guò)調(diào)研，總結(jié)雙蓄熱式加熱爐產(chǎn)量、加熱爐配置數(shù)量、燃料種類(lèi)、空燃比參數(shù)、換向時(shí)間、反吹時(shí)間、額定反吹壓力、額定反吹流量、煤煙側(cè)CO排放濃度、空煙側(cè)CO排放濃度、密封膠圈更換時(shí)間等運(yùn)行中對(duì)CO減排的影響，數(shù)據(jù)均來(lái)自第二次核查數(shù)據(jù)，部分企業(yè)對(duì)反吹裝置一）空燃比參數(shù)設(shè)置優(yōu)化分析。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研軋鋼雙蓄熱式加熱爐空燃比設(shè)置情況，調(diào)研企業(yè)燃燒高爐煤氣加熱爐一般在0.6～0.8 ，燃燒高轉(zhuǎn)混氣加熱爐一般在 0.8～1.2 ，通常均熱段設(shè)置因鋼壞氧化率的工藝要求，比加熱段偏低一點(diǎn)。調(diào)研企業(yè)普遍存在助燃空氣表計(jì)或煤氣表計(jì)失真情況，無(wú)論是自動(dòng)控制燃燒還是手動(dòng)控制燃燒均不能有效準(zhǔn)確調(diào)節(jié)空燃比，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)，首先保證助燃空氣計(jì)量表計(jì)和燃?xì)庥?jì)量表計(jì)準(zhǔn)確。

2.1反吹裝備配置分析

通過(guò)調(diào)研，部分企業(yè)雙蓄熱式軋鋼加熱爐反吹裝備設(shè)計(jì)不規(guī)范，反吹風(fēng)機(jī)及反吹系統(tǒng)管道等設(shè)計(jì)未達(dá)到吹凈管道殘存煤氣的要求。反吹風(fēng)壓、反吹風(fēng)量等偏低，在規(guī)定的反吹時(shí)間內(nèi)吹掃不徹底，管道內(nèi)剩余殘存煤氣直接排放，導(dǎo)致煤煙側(cè)CO排放數(shù)值偏高。

2.2反吹裝置運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化分析

通過(guò)調(diào)研，軋鋼雙蓄熱式加熱爐反吹參數(shù)，從以往設(shè)計(jì)方案及資料查詢，一般要求實(shí)際吹掃壓力以 6～8kPa 左右為宜，一般不應(yīng)低于 3kPa ；反吹閥時(shí)間 3～6s 。經(jīng)過(guò)兩輪的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，加熱爐越大，需要的反吹時(shí)間越長(zhǎng)，在兼顧生產(chǎn)工藝加熱爐爐溫、爐壓波動(dòng)幅度與加熱爐生產(chǎn)率、鋼坯氧化率等要求的情況下，換向時(shí)間如果為 60s ，實(shí)際反吹壓力大于 6kPa ，反吹時(shí)間在 5～8s ，能夠達(dá)到最佳反吹效果；換向時(shí)間如果為 90s ，實(shí)際反吹壓力大于 6kPa ，可在 5～8s 的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增加反吹時(shí)間，反吹效果更佳；實(shí)際反吹壓力低于 6kPa 時(shí)，一般較難達(dá)到最佳反吹效果。為了保證最佳反吹效果，企業(yè)應(yīng)完善反吹壓力，反吹流量等數(shù)據(jù)顯示和查詢功能，方便崗位職工調(diào)整最佳運(yùn)行參數(shù)。

2.3煤煙側(cè)換向閥運(yùn)行影響分析

雙蓄熱式加熱爐換向閥換向頻繁，年換向次數(shù)可達(dá)20多萬(wàn)次，換向閥的可靠性和耐用性至關(guān)重要，換向閥主要由閥體、氣缸、拉桿、閥板、密封圈、電磁閥等構(gòu)成，其中換向閥在頻繁的換向和高溫?zé)煔鈸诫s著顆粒物的沖刷下容易造成換向閥閥板老化變形和密封膠圈破損，導(dǎo)致加熱爐運(yùn)行中換向閥封閉不嚴(yán)，煤煙側(cè)CO排放數(shù)值升高。調(diào)研的企業(yè)中有部分加熱爐因生產(chǎn)安排，長(zhǎng)時(shí)間不檢修或者延期檢修，換向閥存在閥板老化變形、密封膠圈超期服役等現(xiàn)象，導(dǎo)致?lián)Q向閥封閉不嚴(yán)，反吹系統(tǒng)無(wú)法徹底吹掃。目前市面上使用的密封膠圈設(shè)計(jì)壽命大多為3個(gè)月，企業(yè)根據(jù)加熱爐的運(yùn)行年限和檢修周期等實(shí)際情況，加強(qiáng)檢查，建立檢查記錄臺(tái)賬，達(dá)到使用壽命的密封膠圈和老化變形的閥板及時(shí)安排檢修維護(hù)或者更換。

3結(jié)論

軋鋼雙蓄熱式加熱爐CO減排，既是大氣污染環(huán)境治理的重要環(huán)節(jié)，也是企業(yè)環(huán)保稅落地地區(qū)企業(yè)降本增效的重點(diǎn)治理項(xiàng)目，隨著深入的研究，本文分析涵蓋加熱爐大小、燃?xì)夥N類(lèi)、空燃比參數(shù)設(shè)置、反吹系統(tǒng)硬件配置、反吹系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、換向閥運(yùn)行狀態(tài)等運(yùn)行中可能對(duì)CO排放產(chǎn)生影響的因素，給出最優(yōu)的運(yùn)行技術(shù)區(qū)間。通過(guò)優(yōu)化和調(diào)整，軋鋼雙蓄熱式加熱爐煤煙側(cè)CO排放小時(shí)濃度均值能夠穩(wěn)定達(dá)到 2000mg/m³ 以下，空煙側(cè)CO排放小時(shí)濃度均值能夠穩(wěn)定達(dá)到 500mg/m³ 以下。

參考文獻(xiàn)

[1]部曉宇.唐鋼中厚板蓄熱式加熱爐煙氣反吹自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界，2020（7）：148-149.[2]劉陽(yáng)，劉志強(qiáng)，劉彥川，等.蓄熱式加熱爐中三通換向閥的控制系統(tǒng)[J].機(jī)床電器，2010，37（2）：56-59.[3]張瞳，申愛(ài)兵，劉陽(yáng).蓄熱式加熱爐中三通換向閥的應(yīng)用[A].中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2015年會(huì)論文集[C].北京：冶金自動(dòng)化雜志社，2015：87-89.[4]T/HBJN0003—2022，蓄熱式加熱爐換向殘留煤氣反吹掃系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].