張?zhí)靹?劉允陽(yáng) 王三忠 郭永波

(安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司)

0 前言

轉(zhuǎn)爐煤氣是在轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量的二氧化碳的混合氣體。轉(zhuǎn)爐煤氣含一氧化碳60 % ～80 %，二氧化碳15 % ～20 %，以及氮、氯和微量氧。轉(zhuǎn)爐煤氣的發(fā)生量在一個(gè)冶煉過(guò)程中并不均衡，成分也有變化。當(dāng)達(dá)不到回收要求時(shí)需要點(diǎn)火放散，在點(diǎn)火放散過(guò)程中點(diǎn)火放散裝置起重要作用，一旦點(diǎn)火裝置不能正常點(diǎn)火，轉(zhuǎn)爐煤氣就會(huì)直接排放到大氣層中，給大氣造成污染，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到周?chē)说纳a(chǎn)生活，使周?chē)毠と罕姵霈F(xiàn)輕微中毒現(xiàn)象，出現(xiàn)安全事故。為了避免環(huán)境污染和安全事故的發(fā)生，安鋼第二煉軋廠(chǎng)對(duì)現(xiàn)有的轉(zhuǎn)爐煤氣點(diǎn)火裝置進(jìn)行優(yōu)化改造，起到了較好的作用。

1 現(xiàn)狀

安鋼第二煉軋廠(chǎng)擁有3 座150 t 轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐煉鋼過(guò)程中產(chǎn)生的煤氣在達(dá)到回收要求時(shí)進(jìn)行回收利用，達(dá)不到回收要求時(shí)經(jīng)煙囪點(diǎn)火放散。3 座轉(zhuǎn)爐對(duì)應(yīng)四套獨(dú)立的風(fēng)機(jī)和煙囪，煙囪上面共有4 套放散點(diǎn)火裝置(其中4#煙囪為1#、2#、3#煙囪的備用煙囪)。放散煙囪管徑為Ф2120，煙囪高為65 m。

改造前使用的點(diǎn)火形式為電子點(diǎn)火器引燃長(zhǎng)明火(燃燒介質(zhì)為焦?fàn)t煤氣)，長(zhǎng)明火引燃放散的轉(zhuǎn)爐煤氣。直管防風(fēng)式放散點(diǎn)火裝置由燃燒器主體、火焰檢測(cè)部分、控制部分及外圍設(shè)備組成，每個(gè)煙囪放散點(diǎn)火的火源管為DN50 的焦?fàn)t煤氣管道。其中，煙囪點(diǎn)火放散的控制形式是根據(jù)轉(zhuǎn)爐煉鋼和煤氣回收情況控制燃燒器。每個(gè)燃燒器有3 個(gè)點(diǎn)火燒嘴組成，在主燃燒器四周均勻分布(每塔3 臺(tái)火檢)，實(shí)現(xiàn)放散煤氣的燃燒。考慮到轉(zhuǎn)爐煤氣中CO 的含量高，毒性大，一旦點(diǎn)火失敗，轉(zhuǎn)爐煤氣擴(kuò)散到附近區(qū)域?qū)⒃斐扇藛T的煤氣中毒，故為了確保轉(zhuǎn)爐煤氣點(diǎn)火放散的安全，每個(gè)煙囪的火源管使用了長(zhǎng)明火的方式。

2 存在的問(wèn)題

自1#、2#、3#轉(zhuǎn)爐投產(chǎn)以來(lái)，放散點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行一直不穩(wěn)定，經(jīng)常存在點(diǎn)不著火的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)分析，點(diǎn)不著火主要有以下幾種原因:(1)常明火點(diǎn)燃后存在熄火現(xiàn)象。由于雨季或進(jìn)入冬季后，嚴(yán)寒的氣候使得放散的氣體所含的水汽迅速冷凝成水，冷凝水部分進(jìn)入到常明火內(nèi)并進(jìn)入燃料氣管道形成積液，對(duì)常明燈正常使用的供氣量造成影響，放散轉(zhuǎn)回收時(shí)，吹氮?dú)夥乐够鼗鸺案呖沾箫L(fēng)的作用，會(huì)引起常明燈的熄滅;(2)點(diǎn)火槍長(zhǎng)時(shí)間使用容易碳化，煙囪放散處由于蒸汽大，造成點(diǎn)火困難;(3)放散轉(zhuǎn)爐煤氣中的CO 含量熱值低，放散煤氣的熱值也低是轉(zhuǎn)爐煤氣無(wú)法著火的原因之一;(4)由于主火炬拌燒的焦?fàn)t煤氣壓力降低，火焰高度不夠，焦?fàn)t煤氣主管網(wǎng)壓力約為0．25 MPa，但由于放散塔較高，且設(shè)計(jì)的管徑較小為DN 50，加之焦?fàn)t煤氣中的焦油、萘等雜質(zhì)會(huì)沉浸在管道內(nèi)壁，造成管道的堵塞或阻損比較大，因此到達(dá)火炬頂部時(shí)焦?fàn)t煤氣壓力很低;(5)當(dāng)轉(zhuǎn)爐煤氣放散量較大時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)伴燒火焰被吹滅的情況。

同時(shí)，火源管用的焦?fàn)t煤氣冬天含水大、焦油多易堵塞，需要人員上去定期吹掃，給人身安全帶來(lái)一定隱患;加上火源管長(zhǎng)明火長(zhǎng)期使用焦?fàn)t煤氣，造成焦?fàn)t煤氣的浪費(fèi)。

3 改進(jìn)思路

針對(duì)存在的問(wèn)題，第二煉軋廠(chǎng)組織設(shè)備、技術(shù)、安全等部門(mén)經(jīng)過(guò)論證分析，提出了以下幾個(gè)改進(jìn)思路:(1)取消現(xiàn)有放散塔內(nèi)的3 個(gè)“長(zhǎng)明火”。當(dāng)某支放散管排放燃?xì)鈺r(shí)，對(duì)應(yīng)的高空點(diǎn)火伴燒器自動(dòng)將該放散管排放出的轉(zhuǎn)爐煤氣點(diǎn)燃，并在該放散管排放的過(guò)程中始終點(diǎn)燃，但是高空點(diǎn)火伴燒器內(nèi)的電梯電弧在該放散管中的煤氣被點(diǎn)燃后即停止工作，從而減少了電能消耗;(2)每個(gè)放散頭都有對(duì)應(yīng)的火焰監(jiān)測(cè)，從而確保了排放燃?xì)鈺r(shí)放散管處于燃燒狀態(tài);(3)改造后的高空點(diǎn)火伴燒器的點(diǎn)火和伴燒不需要其他任何燃料氣，從而大幅度地降低了伴燒燃?xì)獾某杀?(4)4 管放散塔適時(shí)自動(dòng)點(diǎn)火伴燒和放散管燃燒情況參量進(jìn)入綜合集控系統(tǒng)。集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(包括自動(dòng)點(diǎn)火、伴燒、火焰監(jiān)測(cè)、控制系統(tǒng)的軟硬件技術(shù)及設(shè)備)都應(yīng)用目前控制領(lǐng)域先進(jìn)的技術(shù)。

4 采取的措施

4．1 轉(zhuǎn)爐煤氣放散煙囪直燃式自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)概述

高空直燃式自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)取代常規(guī)使用的點(diǎn)火和“長(zhǎng)明火”系統(tǒng)。該系統(tǒng)是使用了電梯電弧和催化反應(yīng)伴燒器的專(zhuān)利技術(shù)產(chǎn)品，它安裝在放散塔燃燒器上端，直接點(diǎn)燃放散的轉(zhuǎn)爐煤氣，系統(tǒng)沒(méi)有任何工藝管道，安裝簡(jiǎn)單、公用工程投資小、基本無(wú)運(yùn)行維護(hù)量。本系統(tǒng)主要有安裝在放散管頭部的直燃式高空點(diǎn)火伴燒器;火焰探測(cè)器及高壓發(fā)生調(diào)理器;高壓電纜及支撐組件;點(diǎn)火伴燒主控器柜和現(xiàn)有的DCS 系統(tǒng)組成。

4．2 系統(tǒng)的控制流程

直燃式自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)的啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)，來(lái)自現(xiàn)有DCS 系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)吹氧過(guò)程中CO 含量的高低(此信號(hào)可根據(jù)工藝需要調(diào)整)或三通閥的開(kāi)回訊信號(hào)以及吹氧過(guò)程中下槍的回訊信號(hào)判斷。啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)分別與1#、2#、3#、4#放散管的放散相對(duì)應(yīng)。一般做法是:當(dāng)CO 含量≥10%且放散三通閥處于放散位置時(shí)點(diǎn)火伴燒，當(dāng)其中任何一個(gè)條件不滿(mǎn)足時(shí)停止點(diǎn)火伴燒。

主控系統(tǒng)獲得啟動(dòng)點(diǎn)火信號(hào)后，立即啟動(dòng)相應(yīng)的直燃式高空點(diǎn)火伴燒器點(diǎn)火，點(diǎn)燃放散的轉(zhuǎn)爐煤氣。安裝在放散管上面的火焰探測(cè)器時(shí)刻監(jiān)測(cè)著火焰情況，當(dāng)放散氣體點(diǎn)燃后，繼續(xù)伴燒直到該放散管停止放散。直燃式自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)的主要工作流程如圖1 所示。

圖1 轉(zhuǎn)爐直燃式自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)流程圖

4．3 高空點(diǎn)火伴燒器的工作過(guò)程

主控系統(tǒng)獲得啟動(dòng) 點(diǎn)火信號(hào)后，向高壓發(fā)生調(diào)理器饋送220V 交流電，高壓發(fā)生調(diào)理器產(chǎn)生的高壓電通過(guò)高壓電纜送給高空點(diǎn)火伴燒器內(nèi)的電梯發(fā)弧發(fā)生裝置，產(chǎn)生面狀電弧，同時(shí)放散的轉(zhuǎn)爐煤氣自動(dòng)被引入直燃式高空點(diǎn)火器內(nèi)部，在催化反應(yīng)作用下，從高空點(diǎn)火伴燒器上部噴出火焰，為了進(jìn)一步節(jié)約電能，當(dāng)火焰探測(cè)器獲得火焰信號(hào)時(shí)停止發(fā)弧但伴燒依然進(jìn)行，直到放散煤氣中的CO 含量過(guò)低時(shí)自動(dòng)熄滅。

主控器是以PLC 和輸入輸出等設(shè)備構(gòu)成高可靠、智能化的控制系統(tǒng)，它是9509 －ZL －12ZZ 系統(tǒng)的控制核心。主控器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)施全面控制管理和進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)將這些信息傳給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在主控器面板上還可以進(jìn)行半自動(dòng)以及手動(dòng)點(diǎn)火操作。

主控器的信息以硬連接的方式傳送給DCS 系統(tǒng)。在DCS 系統(tǒng)上可以觀(guān)察到現(xiàn)場(chǎng)的整個(gè)工作控制過(guò)程、火焰情況、事件記錄和各種趨勢(shì)圖以及各參量變化，同時(shí)可以進(jìn)行點(diǎn)火操作等。這樣為職工操作提供了很大的便利。

5 改造效果

放散煙囪直燃式自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)從九月份改造運(yùn)行至今，點(diǎn)火運(yùn)行比較穩(wěn)定。通過(guò)使用放散轉(zhuǎn)爐煤氣自身作為伴燒氣源對(duì)放散煙囪火炬系統(tǒng)進(jìn)行改造，能夠安全可靠地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火后放散，減少了直接對(duì)空放散對(duì)大氣的污染和引起中毒事故的危險(xiǎn)。由于采用了轉(zhuǎn)爐煤氣代替焦?fàn)t煤氣作為點(diǎn)火伴燒氣源，大大節(jié)約了高品質(zhì)的焦?fàn)t煤氣。原來(lái)放散煙囪點(diǎn)火伴燒焦?fàn)t煤氣用量為不低于450 m3/h，按我公司焦?fàn)t煤氣定價(jià)0．78 元/m3來(lái)計(jì)算，每年可節(jié)約焦?fàn)t煤氣折合人民幣:450 ×0．78 ×24 ×355 =2990520元。

6 結(jié)束語(yǔ)

使用放散煙囪直燃式自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)后，取消了以前的3 個(gè)放散頭內(nèi)的9 只“長(zhǎng)明火”。當(dāng)某只放散管需要放散煤氣時(shí)，對(duì)應(yīng)的高空直燃式自動(dòng)點(diǎn)火伴燒系統(tǒng)自動(dòng)將該放散管排放出的轉(zhuǎn)爐煤氣點(diǎn)燃，并在該放散管排放過(guò)程中始終點(diǎn)燃，但高空點(diǎn)火伴燒器內(nèi)的電梯電弧在煤氣被點(diǎn)燃后就停止工作，減少電能消耗。每個(gè)放散頭的燃燒情況都有對(duì)應(yīng)的火焰監(jiān)測(cè)，確保排放煤氣時(shí)放散管處于燃燒狀態(tài)。改造后的高空點(diǎn)火伴燒器的點(diǎn)火和伴燒氣體使用的是自身轉(zhuǎn)爐煤氣，且只是在對(duì)應(yīng)的放散管放散時(shí)才使用，大幅度地降低了伴燒燃?xì)獬杀?。每年?jié)省焦?fàn)t煤氣383 萬(wàn)m3，避免了排空放散和污染環(huán)境等事故。

［1］GB6222 －86，《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》［S］．

［2］GB50058 －92，《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》［S］．

［3］GB50054 －93，《低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范》［S］．

［4］賈永坡．轉(zhuǎn)爐煤氣放散點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化改造［J］． 中國(guó)科技縱橫，2014(15):189．