李寶成

( 河鋼集團唐鋼公司，河北 唐山 063000)

摘 要: 對目前鋼鐵行業(yè)較關注的燒結機排放口 CO 較高問題進行分析，研究并詳細介紹了燒結機富氧點火燃燒工藝技術。設計氧氣外網(wǎng)系統(tǒng)、燒結富氧平臺系統(tǒng)、點火爐增加純氧助燃等裝置以及配套的電力系統(tǒng)、自動化儀表檢測系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等輔助設施，使系統(tǒng)富氧經(jīng)助燃風管道助燃風、氧氣混合器進入到點火爐燒結機助燃風管道內(nèi)的應用方案，實現(xiàn)燒結過程富氧點火燃燒的目的。該技術能進一步降低燒結機頭排放口 CO 排放濃度，有效控制和節(jié)約煤氣用量，對鋼鐵企業(yè)超低排放提供了借鑒。

關鍵詞: 燒結機; 點火爐; 富氧; 二次燃燒; CO

1 引言

鋼鐵企業(yè)燒結生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量 CO，原因主要有兩種，一種是燒結過程產(chǎn)生的 CO₂ 吸附于固定碳周圍，隨著氣溫升高，發(fā)生氣化反應，生成 CO; 另一種是燒結過程中出現(xiàn)局部低氧氣氛，造成碳不充分燃燒產(chǎn)生 CO。另外，燒結過程受向下氣流的影響，焦炭強氣流條件下比靜態(tài)燃燒更易產(chǎn)生 CO，其體現(xiàn)在 CO 的二次燃燒反應上。隨著抽風負壓的增大，氣流速度變快，CO 來不及燃燒就被抽離出燃燒帶也是產(chǎn)生 CO 的一個重要原因。因此，在燒結過程中需要充足的 O₂ 使固體燃料充分燃燒和產(chǎn)生的CO 二次燃燒完全^［1］。

河鋼唐鋼新區(qū) 1# 360 m² 燒結機、2# 360 m² 燒結機點火爐使用的燃料為高爐煤氣，采用空氣助燃，通過使用和提高煙氣循環(huán)量和料面蒸汽噴灑等治理措施，燒結機頭廢氣排放口 CO 排放值濃度有一定程度的降低。目前，國內(nèi)其他鋼鐵企業(yè)和河鋼集團內(nèi)部，同時具有煙氣循環(huán)系統(tǒng)和料面噴吹蒸汽等工藝手段的燒結機尚數(shù)不多，為進一步降低燒結機頭 CO排放，經(jīng)過與國內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)和設計單位調(diào)研論證，燒結機點火爐在富氧條件下助燃，可以進一步減少燒結機機頭煙氣中 CO 排放濃度。同時，還可以降低煤氣使用量，提高燒結成品質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，對提高燒結過程氧含量展開較深入研究，在燒結機機頭點火器增加純氧助燃裝置，將唐鋼新區(qū)低壓氧氣外網(wǎng)的 O₂ 經(jīng)過富氧平臺內(nèi)壓力調(diào)節(jié)閥組及流量調(diào)節(jié)閥組，將 O₂ 壓力適當降低，經(jīng)助燃風管道上安裝的助燃風、氧氣混合器進入到助燃風管道內(nèi)，通過點火器進入流程，以實現(xiàn)燒結過程富氧氣氛目的^［2］。

2 工藝介紹

河鋼唐鋼新區(qū) 1# 360 m² 燒結機、2# 360 m² 燒結機點火爐使用的燃料為高爐煤氣，采用空氣助燃。通過增加氧含量助燃，富氧燃燒采用含氧量超過21%的空氣助燃，可降低煙氣的體積，減少排煙熱損失，提高點火爐熱效率，達到節(jié)約燃料、降低成本的目的。另外，氧含量的提高，可顯著提高理論燃燒溫度，降低燃料燃點，改善火焰質(zhì)量，使燒結點火爐燃燒低熱值高爐煤氣成為可能，且燃燒溫度的提高可加快點火速度。設計范圍包括氧氣外網(wǎng)系統(tǒng)、1# 燒結富氧平臺系統(tǒng)、2# 燒結富氧平臺系統(tǒng)，以及配套的電力系統(tǒng)、自動化儀表檢測系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)等相關輔助設施^［3］。

2．1 設計原則

燒結機點火爐富氧助燃點火采用國內(nèi)外成熟、先進、可靠、實用的技術和裝備，選用合理工藝，建設一座清潔、安全、節(jié)能、先進的一流設施，保證設備水平達到國內(nèi)領先、國際同類先進水平，各項技術經(jīng)濟指標達到國際先進水平。

2．2 技術原理

為滿足唐鋼新區(qū) 1# 360m² 燒結機、2# 360 m² 燒結 機點火爐助燃風管道內(nèi)富氧率平均5%，最大9% 的要求，確 定 每 個 燒 結 O₂ 的平均用量和最大用量^［4］，具體見表 1。

根據(jù)上述 O₂ 用戶及用量表，從原有 DN400 低壓氧氣主管網(wǎng)上，引一根 DN200 的氧氣管道敷設至1# 及 2# 燒結主廠房外，與車間內(nèi)的富氧平臺連接。O₂ 經(jīng)助燃風、氧氣混合器后，進入助燃風管道。

2．3 工藝流程簡述

燒結富氧工藝流程即將唐鋼新區(qū)低壓氧氣( 0．6 ～0．8 MPa) 外網(wǎng)的 O₂，經(jīng)過富氧平臺內(nèi)壓力調(diào)節(jié)閥組及流量調(diào)節(jié)閥組將 O₂ 壓力調(diào)整到 0．3 MPa，流量調(diào)節(jié)到 1 020 ～ 2 000 Nm3 /h，再經(jīng)助燃風管道上安裝的助燃風、氧氣混合器進入到助燃風管道內(nèi)，1# 、 2# 燒結富氧閥門平臺，尺寸均為 2．5 m×16 m，高度2．5 m，采用鋼框架結構。平臺四周設置欄桿，并與原有鋼梯休息平臺連接。鋼平臺通過高強化學植栓，固定在燒結主廠房 8．8 m 平臺框架梁及主廠房框架柱上^［5］，工藝流程如圖 1 所示。

2．4 工藝設備及布置

氧氣外網(wǎng): 氧氣管道沿唐鋼新區(qū)西環(huán)路現(xiàn)有動力綜合管網(wǎng)內(nèi)，低壓蒸汽管道東側預留的空間進行敷設，進入到兩臺燒結機區(qū)域后，沿現(xiàn)有燒結區(qū)域動力綜合管網(wǎng)及廠房東側除塵管道敷設，進入到燒結主廠房內(nèi)。此氧氣外網(wǎng)均無需新建支架。

O₂ 經(jīng)富氧平臺閥組調(diào)壓、調(diào)流量后，敷設至主廠房 23．9 m 的平臺上，經(jīng)助燃風、氧氣混合器后進助燃風管道。

富氧平臺: 1# 360 m² 燒結機富氧平臺和 2# 360 m² 燒結機富氧平臺設置在燒結主廠房 8．8 m 平臺上，位于大煙道東側，靠近燒結機煙氣循環(huán)附近，平臺16 m×2．5 m，高 2．5 m，其上設氧氣壓力調(diào)節(jié)閥組、流量調(diào)節(jié)閥組、快速切斷閥、止回閥、阻火器及氧氣管道，主要設備情況見表 3。

3 自動化儀表及控制系統(tǒng)

3．1 主要儀表

流量儀表: 氣體流量測量采用差壓值計算并輔以溫、壓補償，差壓值測量使用差壓變送器，一次取壓裝置使用法蘭式噴嘴，在氧氣接取總管部位安裝獨立流量計，流量計采用標準噴嘴法蘭式一體化流量計，配套溫壓補償儀表及流量轉換單元，流量轉換單元須與現(xiàn)有型號保持一致。

執(zhí)行機構: 根據(jù)被調(diào)介質(zhì)以及工藝要求選擇調(diào)節(jié)閥并配套安全可靠的執(zhí)行機構，富氧控制屬于關鍵部位，調(diào)節(jié)閥處于高溫區(qū)域須采用分體結構，速斷閥采用氣動執(zhí)行機構。配套現(xiàn)場顯示部件，能夠直觀顯示執(zhí)行器運行狀態(tài)及相關參數(shù); 具備斷信號、過扭矩等故障自診斷及保護功能; 配備手輪，能夠實現(xiàn)就地電動和手動操作。

隔離器: 所有儀表模擬量輸入、輸出信號均加裝隔離器( 或配電器) ，隔離器( 或配電器) 按照 PLC通道數(shù)量配置齊全。

氧氣濃度分析: 采用分體式氧化鋯分析儀。固定式可燃、有毒報警器應具備就地聲光報警功能，配備報警器監(jiān)控主機，主機安裝在燒結主控室。

3．2 基礎自動化控制系統(tǒng)

富氧平臺儀表數(shù)據(jù)采集及控制通過 PLC 完成。1# 燒結機與 2# 燒結機各增設 PLC 遠程 I/O 柜一面，安 裝 在 現(xiàn) 有 1# 燒 結 機、2# 燒結機煙氣循環(huán)PLC 室內(nèi)，自動化控制系統(tǒng)電源取自現(xiàn)有煙氣循環(huán)系統(tǒng)，PLC 硬件選型、配置、機柜設計及布置必須與現(xiàn)有 1# 燒結機、2# 燒結機煙氣循環(huán)控制系統(tǒng)保持一致。介于富氧的安全性要求，PLC 柜中機架模板電源和信號 24V 電源均需冗余配置，并配置冗余模塊。

富氧平臺監(jiān)控畫面、趨勢等編程調(diào)試任務，并將監(jiān)控畫面趨勢等最終集成融入到現(xiàn)有中控上位機顯示畫面內(nèi)，在原燒結控制室內(nèi)進行監(jiān)視與控制。

4 運行情況

目前唐鋼新區(qū) 1# 燒結機、2# 燒結機燃燒介質(zhì)采用的是高爐煤氣，煤氣成分見表 4。

設計的助燃風管道內(nèi)平均富氧率 5%，最大富氧率 9%，進行了相關測試，并得出如下結果:⑴在富氧率 0 ～ 9%條件下燃燒，燒結機頭排放口 CO 濃度由＞7 000 mg /Nm³ 降至約4 200 mg /Nm³ ，排放口 CO 濃度可降低 40%以上，如圖 2 所示;

⑵在富氧率 0 ～ 9%條件下燃燒，兩臺燒結機高爐煤氣燃料消耗 ( 噸燒結礦消耗煤氣量) 由33 m³ /t 降至 32 m³ /t，燃料消耗降低 3%以上，如圖 3 所示;

⑶在富氧率 0 ～ 9%條件下燃燒，兩臺燒結機產(chǎn)量由 23 500 t /d 提升至 23 735 t /d，兩臺燒結機日產(chǎn)量提升約 1%，如圖 4 所示。

5 結語

燒結機富氧點火技術是通過在燒結機點火爐增加純氧助燃裝置，經(jīng)助燃風管道助燃風、氧氣混合器進入到助燃風管道內(nèi)，以實現(xiàn)燒結過程富氧條件下燃燒。

燒結機點火爐在富氧條件下燃燒，可以實現(xiàn)燒結機頭排放口 CO 濃度進一步降低，有效控制和節(jié)約煤氣燃料的消耗用量成本，并且可小幅提升燒結礦產(chǎn)量。因此，實現(xiàn)燒結過程富氧點火燃燒，對鋼鐵企業(yè)超低排放提供了借鑒。

參考文獻:

［1］ 廖繼勇，鄭浩翔，甘 敏，等．燒結煙氣 CO 的產(chǎn)生及治理途徑－生成機理及排放規(guī)律［J］．燒結球團，2021，46( 02) : 1-7．

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［5］姜 穎．探索燒結富氧點火自動控制的實現(xiàn)與應用［J］． 世界有色金屬，2020，550( 10) : 12-13．