轧钢厂加热炉燃烧系统改造

毕延恒

【摘 要】 加热炉是轧钢行业中重要的工艺生产设备之一。加热炉在保证安全运行及完成加热钢坯任务的同时，还要考虑高效及经济地燃烧。如何采用合理有效的控制策略，当加热炉控制系统的负荷及煤气的质量等因素发生波动时，仍然能使加热炉内的炉膛温度、炉膛压力、排烟温度等参数稳定在控制范围之内，并且能够使加热炉工作在最佳燃烧区内，提高产品质量且能节约能耗、降低对环境造成的污染等等，是提高企业竞争力的主要措施，也是企业界和科技界对加热技术改进一直关注的热门课题。

【关键词】 轧钢厂；加热炉；燃烧系统；改造

一、立项背景及总体思路

钢铁工业是国家最重要的材料和基础工业，担负着国民经济高速发展和国防安全所需钢铁材料的生产重任。随着经济的持续快速发展，国家倡导低碳节能环保这与我国目前的能源短缺状况存在巨大的矛盾，已经制约了我国现代化的进程，必须降低生产能耗。钢铁行业其能耗在各行业中首屈一指，占总能耗的20%，而加热炉的能耗占钢铁能耗的25%。针对这种加热能耗关系，在保证生产正常进行的前提下，尽可能地降低钢坯的加热能耗可以使轧钢生产的总能耗得到最大程度的降低，因此如何提高加热炉的加热效率，优化加热炉的炉温控制和燃烧技术的更新对于冶金工业的节能降耗、降低生产成本、提高产品质量具有重要的现实意义。低能耗高效率的生产，已经成为目前冶金工业控制技术的重点和主要的研究方向。

二、轧钢加热炉现状

轧钢加热炉的炉压变化频繁、空燃比难以抓取，对人工操作技术要求较高。轧钢加热炉燃烧燃料使用的是高炉煤气，由于外网压力经常波动。炉内煤气燃烧的好坏将直接影响炉膛温度、出钢温度、燃烧热效率及氧化烧损率，因此燃烧控制环节亦是加热炉控制中最关键的环节之一。目前加热炉控制过程中频繁的出现过氧燃烧和缺氧燃烧，进而导致炉压不稳，出现炉膛进出口蹿火现象，空燃比难以维持在最佳状态，不但浪费了煤气，而且影响加热炉的产量。

三、加热炉优化燃烧系统开发目的

加热炉优化燃烧系统目的在于提高加热炉热效率、提高产品质量、节约燃气、减少残氧排放量以实现低碳生产、延长加热炉的使用寿命、减轻操作人员劳动强度等功能及指标。旨在对现有钢厂的加热炉燃烧系统进行控制技术优化并提升企业设备的技术功能和操作稳定等优点，已成为降低成本和增加经济效益的深受欢迎的项目之一。该技术已成功运用在国内数家钢铁企业。

四、工程概述

某公司在生產运行中面临着巨大的环保压力，公司在安全生产、节能减排和环境保护压力日益加大。2013年以来公司进行厂区全面治理，厂区面貌得到了极大的改观，“安全生产，清洁厂区，整治环境，呵护城市”成为公司不断追求的目标，公司提出了“生态、科技、务实、高效”的企业管理理念，而煤气发生炉作为WA级危险源，不但危险源点较多，安全隐患也非常多，运行的风险性非常大，现场人员极易发生煤气中毒事故，与企业管理理念相违背。故开发、使用新的能源，减少污染物的排放已成为公司节能减排、改善环境的主要途径之一。

五、技术方案及创新点

本加热炉燃烧系统改造方案，本着低投入，高产出的原则，加热炉本体不做大的改动，只对烧嘴部分的炉体进行局部破除。改造后的加热炉烧嘴共计32个，其中炉头2个端烧嘴，炉子两侧共30个侧烧嘴。考虑到加热炉炉体宽度方向上比较窄，而天然气的热值较高，理论燃烧温相对度较高，燃烧速度相对较慢，火焰较长的特点，为了避免炉内钢坯加热时产生局部过热现象的发生，采取了加热炉上部烧嘴和下部烧嘴交错布置，东侧烧嘴和西侧烧嘴交错布置的方案。

在烧嘴的选型上，考虑到天然气主要成分为甲烷，单位体积热值较高，与空气的燃烧比约为1：10，燃烧需要的空气量较大，如果不能充分混合，极易出现不完全燃烧现象，如果出现不完全燃烧，不但会造成燃料的浪费，成本的增加，不完全燃烧产生的一氧化碳还会对环境造成较大的污染。为避免天然气产生不完全燃烧现象，在与设计单位充分交流研究的基础上，决定采用带中心风的WDH-TYC系列天然气调焰燃烧器。

这种烧嘴是一种新型的高性能调焰燃烧器，它采用了两路配风结构，其中一路与天然气有相同的流向，沿燃烧器自身的轴线向前喷出；另一路配燃空气经过一个旋流器后旋转向前喷出，里外两路的供风结构设计使天然气与助燃风得到充分的混合，避免了不完全燃烧现象的出现。并且通过改变两路空气的流量比例，可以有效的改变配燃空气与天然气的掺混程度和混合气流的形状，从而有效的改变燃烧器出口处火焰的长度和火焰的形状。

采用该种新型烧嘴后，现在的加热炉的加热质量比改造前的加热质量有了明显的改观，这种烧嘴具有比一般烧嘴更高的燃气和空气混合气出口速度，可以产生更为强烈的炉内气体对流，从而提高了燃料的热利用率和保证炉内有更均匀的温度分布。

关键技术一：采取烧嘴交错布置，加大了炉内气体的挠动，使钢坯加热均匀性得到提高，避免炉钢坯加热时产生局部过热现象的发生；

关键技术二：采用带中心风的WDH-TYC系列天然气调焰燃烧器，使加热不同钢种时，烧嘴火焰调节范围加大；有较高的出口速度，火焰对流强，炉温均匀；且燃烧效果好，安全性能高，环境污染低。

六、实施效果及经济效益

（一）运行方面

该轧厂加热炉燃烧系统改造前，发生炉的入炉燃料为无烟煤，由于供货商及产煤地的不固定，燃煤的质量波动较大，从而对发生炉的炉况运行影响较大，经常出现结渣及发生炉冷运行事故，且常因发生炉运行不稳定，造成停车事故；且使得发生炉产出的热脏发生炉煤气的热值也随煤质的波动而变得极不稳定，使吨钢燃耗不但波动较大，且运行成本也非常高，对钢坯的加热均匀性也产生较大影响。改燃天然气后，由于天然气的热值相对比较稳定，加热炉运行非常平稳，从9月份投运至今尚未发生过因加热影响造成停车的生产事故，事故率大幅度降低。由于天然气比热脏发生炉煤气清洁干净得多，生产的钢材表面质量得到了较大的改观。

（二）安全方面

改造前，煤气发生炉为WA级危险源，不但危险源点较多，且安全隐患也非常多，運行的风险性非常大，现场人员极易发生煤气中毒事故。加热炉燃烧系统改燃天然气后，减少了安全隐患，运行风险得到了有效的控制。

（三）环保方面

改燃天然气后，减少二氧化硫和粉尘排放量接近100%，减少二氧化碳排放量达60%，减少氮氧化合物排放量达50%，社会效益得到极大的提升。

（四）费用方面

改燃天然气前，二轧厂燃料消耗结算方式为以盘定消，块煤+筛下煤粉按综合实际价格结算，煤粉回收按300元/吨冲减。

2013年轧厂块煤消耗26137吨，煤粉回收3377吨，煤粉回收每吨300元，块煤1550元/吨（含税价），2012年燃料总费用550×27138-3266×300=4108.4万元，2012年全年的年产量26.4万吨，则吨钢燃料成本（含税价）为155.62元/t。改燃天然气后，2013年圆钢吨钢平均单耗为45.7m3/t钢，含税价2.95元/Nm3，天然气的燃料成本（含税价）为134.82元/吨，吨钢燃耗成本降低20.8元/t。2013年圆钢产量14.23万吨，则运行费用节省14.23×20.8=296万元。

年修费用：节省发生炉的年维护费用，2012年发生炉维护费用62.56万元。

节约电耗：发生炉系统运行功率110kW，改燃天然气后，可节约此项费用54万元（电费按0.62元/kWh，运行天数330天计算）。

节省原料准备费用：改燃天然气后，责块煤筛分的物业公司予以取消，运煤物业费用5.8万元/月，年节约费用69.6万元。

七、结语

优化燃烧就是利用机械、电气、计算机等组合的自动控制系统，保证加热炉在燃烧的过程中达到空气、煤气配合比时刻处于最佳状态，与手动烧炉相比，节约了能源，提高了生产效率，降低了废气排放，优化燃烧系统已成功应用于国内多家钢铁企业的轧钢加热炉，用户数据表明，通常情况下，采用优化燃烧系统可降低原氧化烧损率的2%以上，节约煤气2.0%-5.0%。

参考文献：

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[2]彭好义，蒋绍坚，艾元方，周孑民.低氧燃烧及其实现途径分析[J].冶金能源.2002（02）

[3]杨志，邓仁明，李太福，胡德声.轧钢加热炉的控制与节能[J].仪器仪表学报.2001（S1）