富氧烧炉技术在热风炉中的应用

张旭辉， 刘文文， 赵新民， 郑 伟， 郑 毅

（山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西 太原 030003）

生产实践·应用技术

富氧烧炉技术在热风炉中的应用

张旭辉， 刘文文， 赵新民， 郑 伟， 郑 毅

（山西太钢不锈钢股份有限公司， 山西 太原 030003）

通过对太钢热风炉富氧烧炉技术的实践研究，在对不同条件下合理空燃比的探寻中，最终找到富氧率为4%时，拱顶温度和废气温度皆在可控范围内，且焦炉煤气用量减少43%。

热风炉 富氧率 空燃比

山西太钢不锈钢股份有限公司（全文简称太钢）5号高炉（4 350 m3）采用4座新日铁外燃式热风炉，拱顶温度维持1 400℃以上，保证高炉使用的风温长期稳定在1 250℃左右，在热风炉烧炉前通过预热高炉煤气和助燃空气，并掺烧部分焦炉煤气，降低了高炉固体燃料消耗。在日常生产中，为了保持较高的拱顶温度，焦炉煤气用量占总能源介质的比例为3%。由于焦炉煤气不仅价格昂贵，且各工序对其需求量比较大，公司焦炉煤气平衡问题尤显突出，减少热风炉焦炉煤气使用量对公司能源介质平衡有着重要的意义。面对这些问题，可从两方面入手，一是寻找替代焦炉煤气的介质，二是提高助燃空气中的氧含量。而许多厂家使用转炉煤气替代焦炉煤气，但太钢转炉煤气尚供给不足，而制氧能力却有较大富裕。因此，有必要开展富氧烧炉技术而减少焦炉煤气的可行性研究和应用。

1 热风炉富氧烧炉的可行性研究

1.1 富氧烧炉工业分析

根据太钢5号高炉热风炉工作特点，在维持理论燃烧温度不变时，在不同富氧率下计算焦炉煤气用量、空气用量、高炉煤气用量、废气量的变化情况见图1。

图1 高炉煤气量、焦炉煤气量、空气量和废气量随富氧率的变化情况

计算表明，随着富氧率的提高，空气用量和焦炉煤气用量逐渐减少，高炉煤气的用量逐渐增大，烟气量减少的幅度不大。通过计算可知，当富氧率提至4%时，焦炉煤气用量降至5 000 m3/h。

1.2 富氧烧炉特性分析

理论燃烧温度计算公式为：

式中，t理为理论燃烧温度，℃；Vn为单位质量燃气的烟气体积，m3/kg；C产为烟气比定压热容，kJ/（m3·K）；QDW为混合燃料低发热值，kJ/kg。

当高发热值的煤气减少时，混合煤气低发热量QDW将降低，若维持理论燃烧温度不变，需要减少生成物的量［1］。

燃气完全燃烧时，理论烟气量为：

式中，Vy为理论燃烧产物的生成量，m3/m3；nCO、nH2、nCO2、nN2、nH2O、nO2为高炉煤气中各成分体积分数；VO2为空气中氧含量，%。

助燃空气经过富化后，氧浓度提高，同等燃烧条件下（燃烧相同煤气量、产生燃烧热量不变），燃烧所需空气量减少，生成物的量也将减少，理论燃烧温度将保持不变［2］。

2 热风炉富氧烧炉技术的实施

助燃空气通入一定量的氧气来提高空气含氧量，需要设计富氧管道系统和对助燃空气管道进行改造。根据工艺要求，太钢氧气总管压力1.2 MPa经富氧管道系统中压力调节阀和管径变化调低至20 kPa，之后进入助燃空气管道，经过空气换热器，富化的助燃空气温度可预热至150℃，在燃烧器中参与燃烧反应。

热风炉富氧烧炉的控制形式有以下三种：按氧气流量控制，通过氧气管道的流量计进行控制，范围为：0～10 000 m3/h；按氧含量控制，通过空气主管的氧含量（体积分数）检测仪进行控制，范围为：20%～30%；按比例控制，通过助燃空气支管流量之和（4个）以及画面设定的富氧比例（0～7%）反算出富氧流量进行控制。

3 热风炉富氧烧炉技术应用效果

3.1 富氧烧炉对废气温度的影响

太钢5号高炉热风炉炉箅子设计温度小于400℃，因此，富氧烧炉后废气温度必须小于炉箅子设计温度，经计算可知：当单独使用高炉煤气烧炉时，富氧率7%的条件下，废气温度大于410℃，对热风炉安全生产构成威胁。实际运行过程中，废气温度与富氧率的变化趋势见图2。从图2中可知，富氧率4%时，废气温度已经升至368℃，比不富氧时提高33℃，此废气温度下，热风炉可安全运行。

图2 不同富氧率烧炉条件下废气温度变化情况

3.2 富氧烧炉对煤气消耗的影响

如图3所示，随着热风炉富氧率不断提升，高炉煤气用量和焦炉煤气用量也有着明显的变化。当富氧率提至4%时，焦炉煤气用量降至3 700 m3/h，较不富氧时降幅为43%，而高炉煤气用量增加25%，可看出焦炉煤气降低的幅度远大于高炉煤气的升高的幅度。而就目前太钢高炉煤气及焦炉煤气价格体系来看，两种介质价格相差27倍，经耦合计算，在富氧率4%条件下，每年可节约500万元。

图3 不同富氧率烧炉条件下高炉煤气和焦炉煤气用量

3.3 富氧烧炉对空燃比的影响

在不同的富氧率的条件下，需要调整高炉煤气和焦炉煤气的空燃比，以达到所需的拱顶温度满足高炉的要求，根据理论测算和实际生产中拱顶温度和残氧量的限制，寻找不同富氧率条件下的合理空燃比。在不富氧的情况下，太钢5号高炉热风炉的焦炉煤气空燃比为6.1，高炉煤气空燃比为0.58。而在富氧烧炉后，空燃比的变化情况见图4所示。富氧率提升至4%时，高炉煤气空燃比下降12.06%，焦炉煤气空燃比下降14.75%。

图4 不同富氧率下的空燃比

4 结论

1）太钢5号高炉热风炉应用富氧烧炉技术，为保证风温长期保持在1 250℃左右，且拱顶温度和废气温度安全可行，富氧率应稳定在4%左右。

2）在生产实践中，随着富氧率的提高，焦炉煤气逐渐减少。当富氧率为4%时，焦炉煤气用量比不富氧条件节约43%。

3）通过实践不同富氧率条件下合理高炉煤气和焦炉煤气空燃比，富氧率4%时，高炉煤气空燃比0.51，焦炉煤气空燃比5.2。

［1］ 宋文刚，林成城.宝钢高炉热风炉新技术的开发与应用［J］.炼铁，2005（9）:64-66.

［2］ 孟凡双，周振龙.富氧燃烧对热风炉操作的影响及评价［J］.工业加工，2011（3）:15-18.

（编辑：苗运平）

Application of Oxygen Enrichment Oven Technology in Hot Stove

ZHANG Xuhui，LIU Wenwen，ZHAO Xinmin，ZHENG Wei，ZHENG Yi
（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030003）

Through practical research on oxygen enrichment oven technology in TISCO hot stove，this paper explores reasonable air-fuel ratio under different conditions，finally finds when oxygen enrichment rate is at 4%，the dome temperature and exhaust gas temperature are within the controllable range，and the amount of coke oven gas is decreased by 43%.

hot stove，oxygen enrichment rate，air-fuel ratio

TF544

A

1672-1152（2016）05-0064-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.24

2016-10-14

张旭辉（1987—），男，现于太钢炼铁厂5号高炉作业区从事炼铁技术管理工作，助理工程师