王崇 高越 賈培日 徐明

（1：首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司煉鋼作業(yè)部 河北唐山063200；2：巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司 內(nèi)蒙古巴彥淖爾015543；3：大連新瑞晨環(huán)保科技有限公司 遼寧大連116001）

1 前言

目前，國家正在大力倡導(dǎo)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建立節(jié)約型社會，這在冶金行業(yè)的建設(shè)和發(fā)展上同樣具有特別的指導(dǎo)意義。建立環(huán)境友好企業(yè)，追求資源和能源利用的最大化，回收有較高價值的廢棄資源、能源，減少有害物排放，在中國及在全世界范圍也正在成為必然，因此企業(yè)扎實推進(jìn)節(jié)能降耗和污染減排工作，做到能源利用的最大化，不但有良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時也有很好的社會效益［1，2］。

鋼包烘烤器節(jié)能改造項目是減少煤氣消耗，減少溫室氣體排放的重要舉措，通過國內(nèi)眾多鋼廠相似項目情況來看，相關(guān)項目實施后節(jié)能效果明顯，符合國家有關(guān)政策，既能為國家及地方節(jié)能減排做出貢獻(xiàn)，又能滿足企業(yè)自身發(fā)展和盈利需求，實現(xiàn)各方多贏，其經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)保效益非常顯著，建設(shè)十分必要［3－5］。

2 重要性

鋼包烘烤是煉鋼生產(chǎn)工序中的重要環(huán)節(jié)之一，主要用于新砌、冷修、干燥、周轉(zhuǎn)以及在線快速升溫的各種鋼包的烘烤，烘烤裝置的使用性能對轉(zhuǎn)爐出鋼溫度、煉鋼生產(chǎn)作業(yè)率、鋼包包齡等都有很大的影響。

鋼包烘烤介于煉鋼和連鑄兩個主要生產(chǎn)工序之間，鋼包烘烤溫度的高低對協(xié)調(diào)整體生產(chǎn)有重要作用，對連鑄生產(chǎn)的意義更加重大。從煉鋼工序到連鑄工序的鋼水運(yùn)轉(zhuǎn)中鋼水的熱能損失很大，其中鋼包蓄熱損失約占鋼水熱能損失的一半左右，如果不采用鋼包烘烤方法，補(bǔ)償鋼水的熱能損失，保證鋼水澆注時的溫度，勢必要提高鋼水的出鋼溫度，但這會帶來一系列的問題［6－8］。

首先要提高出鋼溫度，就要增加冶煉時間，增加原材料消耗，提高噸鋼成本。其次，使?fàn)t襯侵蝕速度加快，降低爐齡。因此，提高鋼包的烘烤溫度，對降低出鋼溫度，提高轉(zhuǎn)爐的壽命，增加鋼產(chǎn)量，降低原材料消耗，降低噸鋼成本，保證連鑄的順行都具有重要的意義。

目前國內(nèi)鋼包烘烤技術(shù)，由于烘烤溫度不高，往往采用延長鋼包烘烤時間以達(dá)到出鋼需要；烘烤器燃燒效果不理想、燃?xì)夂涂諝馀浔炔缓侠?、燃?xì)獠荒軌蛲耆紵?，造成能源消耗較大和不安全因素等，這些都是鋼包烘烤的技術(shù)難題［9，10］。

3 存在問題

目前常用的鋼包烘烤器主要有老式套管式烘烤器和蓄熱式烘烤器。

套管式鋼包烘烤器運(yùn)行方式粗放，只考慮烘烤器能夠正常運(yùn)行，鋼包烘烤溫度及烘烤時間多為根據(jù)經(jīng)驗估算，燃?xì)庥昧可弦矡o法做出計量。烘烤器啟動采用人工火把點火，對現(xiàn)場工人產(chǎn)生不安全因素。套管烘烤器采用風(fēng)機(jī)送風(fēng)方式，無法調(diào)節(jié)助燃空氣，容易造成燃?xì)馊紵煌耆?，燃?xì)馊紵什桓摺?/p>

蓄熱式烘烤器采用蓄熱體回收排放煙氣中的余熱，用以加熱助燃空氣和燃?xì)?，達(dá)到一定的節(jié)能效果。烘烤器采用風(fēng)機(jī)固定送風(fēng)方式，烘烤器燃燒效率不高，燃?xì)饪諝馊紵浔炔缓侠?，燃燒不充分，造成能源浪費。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)量大，同時蓄熱體容易堵塞，造成空氣和燃?xì)廨斔筒豁槙?，影響鋼包烘烤效率?/p>

4 特點介紹

4.1 工作原理及特點

（1）工作原理

燃?xì)馍淞餍弯摪婵酒麽槍Σ煌娜細(xì)夥N類主要分為兩種形式：一種是高爐、轉(zhuǎn)爐煤氣所使用的低熱值型烘烤器，當(dāng)燃?xì)馔ㄟ^燒嘴內(nèi)部的錐形體時，由于管道的橫截面積突然減小，氣體流速加快，根據(jù)伯努利方程：

可知，在錐形體處，氣體的重力勢能不變，由于氣體流速加快動能增大從而壓力變小產(chǎn)生真空，空氣在大氣壓強(qiáng)的作用下通過預(yù)熱型包蓋上的開孔進(jìn)入到燒嘴中，完成自吸風(fēng)。

錐形體通過螺桿與上端手輪連接，可通過轉(zhuǎn)動手輪調(diào)節(jié)錐形體在燒嘴中的上下位置來改變氣體的流速，進(jìn)而改變吸入風(fēng)量的大小。

另一種形式為焦?fàn)t煤氣、天然氣以及含焦?fàn)t煤氣混合氣體的高熱值型烘烤器，由于此種燃?xì)鉄嶂递^高，可燃成分含量較大，自吸風(fēng)的風(fēng)量無法滿足其充分燃燒的需求，因此需要加配鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行助燃。

（2）工作特點

燃?xì)馍淞餍弯摪婵酒鞯母咝旖?jīng)過特殊設(shè)計，根據(jù)不同的燃?xì)饧盁嶂翟O(shè)計錐形體角度，改變射流效果，其特點為：

1）燃燒效率高：燃?xì)夂椭伎諝饨?jīng)過射流裝置后以一定角度向下形成環(huán)形氣幕，接觸到燒嘴內(nèi)壁后形成渦流將燃?xì)馀c空氣充分混合，提高火焰溫度和燃燒效率。

2）具有余熱回收功能：利用烘烤余熱對助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱，提高能源利用率；預(yù)熱后的空氣與煤氣混合后燃燒，火焰溫度更高，燃燒效果更好。

3）火焰剛性強(qiáng)：采用內(nèi)燃式燒嘴，通過助燃風(fēng)及燃?xì)夤艿赖膲毫腿紵龝r氣體受熱產(chǎn)生的膨脹力將火焰高速噴射出燒嘴，火焰可直達(dá)包底，鋼包受熱均勻，鋼包上下部溫差小。

4）維護(hù)量?。喊w、燒嘴、換熱器等采用優(yōu)質(zhì)耐高溫材料，無易損件，可保證兩年內(nèi)免維護(hù)。

5）節(jié)能效果明顯：采用了預(yù)混、余熱回收等節(jié)能單元，火焰溫度高，提高了能源的利用率；火焰直達(dá)包底，減少包內(nèi)溫差，提升了烘烤效率。

4.2 結(jié)構(gòu)特點

燃?xì)馍淞餍秃婵酒髦饕怯煽諝忸A(yù)熱器、燃燒器和包蓋三部分共同組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。燃燒器引進(jìn)燃?xì)猓諝忸A(yù)熱器利用烘烤余熱加熱助燃?xì)怏w，通過射流裝置將燃?xì)夂椭細(xì)怏w混合后開始燃燒，由于設(shè)計上是采用以燃?xì)鉃橹髋浔瓤諝獾脑?，燃燒效率得到了有效的提高，燃燒沖擊力強(qiáng)，可直達(dá)鋼包包底。

圖1 燃?xì)馍淞餍秃婵酒鹘Y(jié)構(gòu)圖

烘烤器外沿區(qū)域溫度高，助然空氣經(jīng)過包蓋預(yù)熱再進(jìn)入燒嘴，提高火焰溫度。

射流式燒嘴的內(nèi)燃式結(jié)構(gòu)，燃?xì)庠谌紵軆?nèi)燃燒受熱膨脹，提高火焰速度，增強(qiáng)火焰強(qiáng)度，保證包內(nèi)受熱均勻。

采用單預(yù)熱結(jié)構(gòu)形式，利用空氣預(yù)熱器抽取烘烤廢氣和余熱加熱空氣，回收散失熱量，提高熱效率。同時冷卻包蓋溫度，延長包蓋使用壽命。

4.3 燃?xì)庹{(diào)節(jié)

燃?xì)馍淞餍秃婵酒鞯娜細(xì)庹{(diào)節(jié)可分為手動調(diào)節(jié)和自動調(diào)節(jié)兩種。

1）手動調(diào)節(jié)通過手輪、調(diào)徑操縱桿來控制燃?xì)獾挠昧浚ㄍㄟ^手動操作閥門來實現(xiàn)手動調(diào)整）。

2）自動調(diào)節(jié)則是通過控制系統(tǒng)來控制燃?xì)?、空氣的用量，一方面能實現(xiàn)最佳的空燃比，同時又能減少燃?xì)獾牧髁?，既能夠調(diào)節(jié)鋼包烘烤溫度，又達(dá)到了節(jié)約燃?xì)獾哪康摹?/p>

控制系統(tǒng)及參數(shù)設(shè)置畫面如圖2、圖3所示。

圖2 控制系統(tǒng)畫面

圖3 參數(shù)設(shè)置畫面

4.4 技術(shù)安全性

傳統(tǒng)設(shè)備在使用煤氣尤其是中低熱值的煤氣時經(jīng)常出現(xiàn)點火困難，管道壓力波動時就容易脫火、熄滅，這樣就很容易出現(xiàn)因火焰熄滅致使工人煤氣中毒的情況，對鋼廠的日常生產(chǎn)是一個很大的安全隱患。

采用的是內(nèi)燃式煤氣專用燒嘴，助燃?xì)怏w在燃燒管穿過煤氣內(nèi)形成的一層氣幕，這樣就使得空氣和煤氣在燃燒管內(nèi)就充分混合并達(dá)到最佳配比。根據(jù)煤氣流量自動配風(fēng)，當(dāng)煤氣流量發(fā)生變化時，它所帶進(jìn)去的風(fēng)量也隨之發(fā)生變化，不會發(fā)生脫火現(xiàn)象。

在采用先進(jìn)安全高效燒嘴的基礎(chǔ)上，配備完善的控制系統(tǒng)，運(yùn)行參數(shù)與報警參數(shù)畫面如圖4所示?？蓪崿F(xiàn)以下功能：

圖4 運(yùn)行參數(shù)與報警參數(shù)畫面

1）低壓報警連鎖：當(dāng)煤氣壓力低于1.5kPa（壓力可調(diào)），系統(tǒng)聯(lián)動發(fā)出聲光報警同時切斷煤氣快切閥，防止管線回火，造成安全生產(chǎn)事故。

2）煤氣濃度檢測連鎖：當(dāng)煤氣濃度達(dá)到設(shè)定值并持續(xù)一段時間（時間可調(diào)），系統(tǒng)聯(lián)動發(fā)出聲光報警并切斷煤氣快切閥，防止煤氣泄漏，確保人身安全。

3）氮氣吹掃系統(tǒng)：烘烤器點火之前，氮氣自動吹掃一段時間（時間可設(shè)），排盡燒嘴內(nèi)的燃?xì)?，烘烤器停用后，氮氣自動吹掃一段時間，排盡燒嘴內(nèi)的燃?xì)?，保證設(shè)備的安全。

4）火焰檢測保護(hù)功能：檢測到火焰熄滅后，系統(tǒng)自動報警；報警一段時間后，無人處理，系統(tǒng)自動切斷。

5）自動點火功能：當(dāng)煤氣壓力正常，火焰突然中斷時，系統(tǒng)優(yōu)先進(jìn)行自動點火。若點火成功，則烘烤程序繼續(xù)運(yùn)行；若點火失敗，系統(tǒng)自動報警并切斷煤氣供應(yīng)。

4.5 包內(nèi)溫度監(jiān)控系統(tǒng)

通過選擇特定的波長，能克服火焰和熱氣體干擾，直接準(zhǔn)確測量鋼包內(nèi)壁耐火材料溫度，以鋼包溫度準(zhǔn)確測量為基礎(chǔ)，根據(jù)烘烤曲線，實現(xiàn)自動烘烤，當(dāng)包內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定值，系統(tǒng)輸出信號減小煤氣調(diào)節(jié)閥開度，自動進(jìn)入保溫狀態(tài)，保證出包溫度一致，為澆鋼提供溫度一致的鋼包，能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量且節(jié)約煤氣用量。此外，還可根據(jù)客戶需求增加上位機(jī)系統(tǒng)，方便操作人員實時了解鋼包烘烤狀態(tài)。

5 效果

通過對鋼包烘烤器原有煙氣、燃?xì)?、助燃空氣管路的利舊改造，新增自動控制系統(tǒng)，優(yōu)化長明火燒嘴火焰檢測裝置等措施的實施，實現(xiàn)了鋼包的全自動化烘烤，使得鋼包烘烤器實現(xiàn)了一代向二代燃燒系統(tǒng)的改造升級，鋼包烘烤的爐襯溫度較原來平均提升了100℃，極大的改善了鋼包內(nèi)襯穩(wěn)定的穩(wěn)定性，鋼包包蓋的使用壽命由原來的半年提高到2年以上。

通過改變鋼包烘烤器燃?xì)馍淞?，新制作鋼包蓋，新增設(shè)紅外測溫裝置，取消換向閥及蓄熱體等措施，使得烘烤器火焰直達(dá)鋼包底部，即降低了設(shè)備運(yùn)行及維護(hù)成本，又增加了燃?xì)獾睦寐?。鋼包烘烤器改造后，?jié)氣率達(dá)到30%以上，為公司降本增效工作筑牢了根基，節(jié)能改造前后能耗情見表1、表2。

表1 烘烤器節(jié)能改造前能耗情況

表2 烘烤器節(jié)能改造后能耗情況

6 結(jié)語

燃?xì)馍淞魇胶婵酒鞯母脑炷軌蚧厥崭嗟臒煔庥酂?，能源利用率高、燃燒效率高、火焰剛性?qiáng)，在提升烘烤效果的同時能夠?qū)崿F(xiàn)煤氣消耗的節(jié)約，為高效化穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠保障，對于相關(guān)單位有一定的借鑒意義。