高效节能蓄热式钢包烘烤技术在湘钢的应用

邓晓湖，沈 毅，林建湘，毛叶平，李兹焕，代朝永

（湖南华菱节能环保科技有限公司，湖南长沙 410007）

前言

钢包作为盛储钢水的容器，也是精练设备的组成部分，担负着盛接、精练和钢水运输等多重任务，随着我国钢铁行业的不断发展，产品质量和生产成本已成为钢企发展的核心[1-2]。由于炼钢过程中钢包、中间包的烘烤质量对钢水温度有着显著的影响，甚至可能影响连铸的稳定生产，因此对钢包、中间包的烘烤温度和能耗也提出了更高的要求[3]。高效节能蓄热式钢包烘烤技术可以快速提高钢包的烘烤温度，改善钢包烘烤效果，并降低钢水在周转过程中的温降，可实现稳定生产、节能降耗和改善钢水质量的目的[4]。

1 蓄热式HTAC的原理和组成

HTAC技术的原理如图1所示，2个对应的蓄热室及其中的蓄热体、2个蓄热式烧嘴和相关控制系统组成了一个基本的蓄热式燃烧系统单元。当烧嘴A工作时，另一侧的烧嘴B及其蓄热室则为排烟通道，烟气带出的热量在经过烧嘴B同侧蓄热体时留在了蓄热室中；一定时间后切换换向阀，这时烧嘴B工作，烧嘴A及同侧蓄热体则充当排烟通道，2个烧嘴就这样交替工作。当热烟气流经A、B两侧的蓄热室时，热量会留在蓄热室中，常温空气流经A、B两侧的蓄热室时，被烟气留在蓄热室中的热量预热，然后流至炉膛燃烧。经过不断的切换，烧嘴A、B不断的交替工作，蓄热体被不断地加热和冷却，最终空气能被预热到900～1000℃左右，而废烟气的温度能降低到150～200℃左右。这项技术能很好地利用热烟气的物理显热来预热空气，大大地提高了烟气热量的回收利用率[5]。

2 现状分析

图1 蓄热式HTAC节能高效钢包烘烤装置原理及设备图

表1 4台烤包器改造前小时煤气耗量表

湘钢某分厂钢包烘烤器是2005年投产使用的，为换热式烘烤器，但由于使用年限较长，设备陈旧，已基本不具备换热功能，浪费大量的能源（混合煤气），烘烤时间长，并且达不到理想的钢包烘烤效果。现湘钢提出转炉煤气需就地使用，解决转炉煤气放散问题。由于转炉煤气相较原混合煤气热值较低，原有钢包烘烤器无法使用转炉煤气达到钢包烘烤温度及时间要求。

现对 1#、2#、4#、5#共 4 台卧式烤包器进行新型烘烤器改造，4台烤包器改造前煤气耗量如表1，通过表1计算可知平均耗量990 m3/h。

3 技术改造思路和方案

对上述4台卧式钢包烘烤器采用蓄热式高温空气燃烧技术进行改造，可以极限回收高温烟气余热，实行助燃空气与燃气的高温预热。改造后空气预热温度升高到1000℃，燃气预热到400℃，改造前后均采用1.02的过剩空气系数，通过计算，而改造后的钢包烘烤器热效率提高了30%。

该改造主体涉及的系统主要由供风系统、煤气系统、燃烧蓄热系统以及控制系统组成，各子系统突出部件主要如下：

（1）高频空煤气换向阀：本次改造项目采用耐高温自动补偿式换向阀，同一驱动轴驱动的，因此在换向的时候能够确保空燃气同时到达同一蓄热式烧嘴，在旋转的任意瞬间，换向阀内的两种介质空燃气是分开的，防止产生暴燃现象，切换动作时间0.5 s。

（2）陶瓷蓄热体：蓄热式烧嘴使用的蓄热体为陶瓷蜂窝体，流通面积大70%、热态阻损20 mmH2O；满足15 s换向周期的传热要求，蓄热体采用蜂窝体，壁厚为0.6 mm。

（3）燃气管路布局：燃气通道置于蜂窝蓄热体中间，它能吸收蜂窝蓄热体中的多余热量，将其传给燃气对燃气形成预热，从而平衡烟气当量保证热量的充分利用，一方面减小烟气当量的不平衡量，降低了排烟温度，另一方面也提高了燃烧效率，节约了能源。

（4）控制系统：系统采用PLC进行控制，实现蓄热换向控制、自动点火和火焰监测控制、手动/自动烘烤控制、安全联锁报警系统、保温控制等。

4 改造后节能效果及问题分析

4.1 改造后节能效果

表2 4台烤包器改造后小时煤气耗量及节能率表

由以上数据可以看出4台烤包器自投用到累计时间为止平均节能率为30.51%，其中1#、2#烤包器节能率均超过30%，而5#烤包器节能率只有23.74%。

表3 钢包烘烤数据分析表

4.2 问题分析

（1）相对其他烘烤器5#烘烤器节能率较低。根据数据库各烘烤器数据分析，5#节能率节远低于其他烘烤器，手动烘烤次数也远多于其他烘烤器，现场分析后得出主要原因是5#烘烤器台车电机有问题，导致小车打滑，操作人员无法简单操作将包盖与钢包扣严，热量逸散严重，导致钢包烘烤流量升高，同时因烘烤速度减慢，促使操作人员使用手动进行烘烤，能源浪费比较严重，从而影响节能率。

（2）改造初期，点火枪堵塞较为频繁，导致熄火报警。现场对点火枪拆卸并检查发现，管道堵塞物均为煤气焦油及其他杂质，分析原因为因煤气较脏，导致点火枪堵塞。根据现场煤气条件及压力情况，对点火枪内部结构进行改进，改进后的点火枪稳定使用半年未出现堵塞现象。

（3）设备运行半年后，煤气切断阀出现关不死状态。拆阀检查维护发现，现场阀板镀铬层严重腐蚀，积垢较为严重，导致阀座密封圈磨损严重。分析为煤气杂质较多，腐蚀性较强，同时阀门水平低位安装导致阀门腐蚀严重。做出修改方案，重新制作阀体及阀板，使用耐腐蚀SUS630，更加耐腐蚀。同时改变安装方式，更换为竖直安装，减少腐蚀。

（4）设备包盖密封不严，导致节能率下降，以及台车车轮因温度过高弯曲。现场特别是预备包包沿钢渣较多，导致包盖密封不严，能量逸散严重，环境温度较高。根据现场情况修改包盖方案，通过机械手段防止因钢渣较多导致的包盖密封不严。

5 结论

（1）与改造前烤包系统相比，新型节能蓄热高温燃烧技术的烤包系统可实现转炉煤气就地消纳，且节气率平均30%左右，达到钢包烘烤的先进水平。

（2）新型烤包系统加热钢包速度快且均匀，钢包升温曲线平稳规律，在线钢包温度达到1100℃，火焰直达包底，火焰刚性充足，缩短钢包平均烘烤时间至4 h左右。

（3）原钢包烘烤器煤气能耗990 m3/h，作业率50%。烘烤器技术升级后，节约煤气率约30%，全年可节约混合煤气520万m3，折合年发电效益约为380万元，节能效果显著。

[1]田旺远.蓄热式烤包器的研制与应用[J].冶金动力，2012（6）：91-92.

[2]康建国，候志昌.高效节能烘烤技术在宝钢钢包及中间包的应用[J]. 宝钢技术，2016（5）：50-54.

[3]温德智，欧俭平.蓄热式钢包烘烤技术在涟钢的应用[J].湖南冶金，2005,33（4）：25-28.

[4]贾城，闫振武，蔺云志.蓄热式燃烧技术在炼钢厂烤包器上的应用[J].炼钢，2008，24（1）:51-52.

[5] 李淑芬. 钢包烘烤装置的发展[J].冶金能源，2003，22（3）：37-39.