李晉東

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠， 山西  太原  030003）

摘 要：針對太鋼煉鐵廠5 號高爐熱風爐燃燒系統的介質結構進行調整，利用單價較低的氧氣替代單價較高的焦爐煤氣進行新的熱風爐燃燒工藝的探索，提高熱風爐燃燒系統的能源可用結構范圍，對整個熱風爐燃燒系統燃燒過程中的各種介質參數進行自動分析、自動調整，保證熱風爐正常送風溫度為1 250 ℃，保證熱風爐安全、穩定、高效運行。

關 鍵 詞：熱風爐  富氧燒爐  焦爐煤氣

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）煉鐵廠5 號高爐采用4 座新日鐵外燃式熱風爐，空氣、煤氣雙預熱，參燒部分焦爐煤氣實現1 250 ℃的風溫。通過分析計算，將助燃空氣氧含量提高了1%~7%，在維持熱風爐的熱效率，保證1 250 ℃的風溫條件下，可增加高爐煤氣消耗量，節約焦爐煤氣。進而改善整個熱風爐的能源可用結構，減少熱風爐的能源可用成本。

根據太鋼能源平衡，焦爐煤氣短缺，氧氣富余，5號高爐熱風爐改為富氧燒爐后，可節約焦爐煤氣，用于硅鋼冷連軋、不銹鋼冷連軋等準備投產的項目，從而最終減少太鋼購買天然氣的費用。因此，該項目的實施，對太鋼整體的節能目標具有至關重要的作用。

1   基礎計算

1）理論燃燒溫度的計算。理論燃燒溫度的計算公式如下：

式中：t _理為理論燃燒溫度，℃；Q _低為燃料低發熱值，kJ/kg；V_n 為單位質量燃氣的煙氣體積，m³/kg；C _產為煙氣比定壓熱容，kJ/（m³·K）。

由公式（1）可知，在燃料產物比定壓熱容和燃料種類不變的情況下，隨著氧氣體積分數的增加，燃燒化學反應速度加快，煙氣體積量減少，理論燃燒溫度會逐漸提高。因此利用氧氣置換焦爐煤氣，可保持熱風爐出口風溫，用氧氣置換焦爐煤氣在理論上可行。

2）通過計算得知，隨著富氧率的提高，高爐煤氣的消耗量逐漸增大，空氣消耗量逐漸減少，焦爐煤氣的消耗比例逐漸減少，熱風爐煙氣量減少幅度很小，熱風爐的熱效率能夠基本維持在81%的水平。

2   改造措施

根據5 號高爐熱風爐現有工藝技術條件，結合現場實際條件進行相關的改造，主要由以下幾部分組成。

2.1   煤氣管路的改造

通過連通管將焦爐煤氣和高爐煤氣主管連通，增加電動蝶閥及電動盲板閥，若采用參燒焦爐煤氣燒爐，電動蝶閥及電動盲板閥處于關閉狀態；若采用全燒高爐煤氣燒爐，則關閉原來焦爐煤氣總管上慢板閥，然后開啟連通管蝶閥及盲板閥，讓高爐煤氣通過連通管進入焦爐煤氣管道進行燃燒，具體見圖1。

2.2   富氧燒爐系統的改造

按最大富氧量10 000 m³/h 將氧氣富入5 號高爐熱風爐，新建一套富氧管路系統，主要包括有一級調壓閥、二級調壓閥、流量調節閥、快速切斷閥、止回閥及富氧插、截止閥等，具體的管路設計見下圖2。

2.3   控制系統的改造

2.3.1   檢測儀表設備（見表1）

2.3.2   主要控制手段

氧氣流量控制是通過氧氣管道的流量計進行控制；氧含量控制是根據空氣主管的氧含量檢測儀進行控制；比例控制是通過助燃空氣支管流量之和（4 個）以及畫面設定的富氧比例反算出富氧流量進行控制。

富氧燒爐的關鍵控制在于助燃空氣富氧率的控制，在助燃空氣支管流量計精確的條件下，可采用助燃空氣流量控制。根據燃燒4 個支管的空氣量自動調整富氧量。因為熱風爐在控制過程中經常要進行換爐而且在整個燃燒過程中根據計算機的控制燃燒的煤氣量會不斷變化，所以富氧量也要隨之變化，才能保證燃燒控制的穩定。

3   項目實施

5 號高爐熱風爐富氧燒爐工程于2014 年9 月開工建設，經過各方努力，于2014 年12 月30 日完成設備安裝，同時在2015 年3 月16 日于5 號高爐休風期間，與生產系統配合，進行了富氧燒爐系統的調試以及導入相關的控制程序，并在高爐送風后，富氧燒爐系統隨之投產。富氧率從最初的0.5%逐級調整，通過不斷觀察、不斷試驗、試驗再觀察，并最終在2015 年8 月份把富氧率提高到4%，目前穩定運行在4%下。

4   效果

通過本項目的研究、實施和應用，太鋼4 350 m³高爐熱風爐獲得了良好的能耗指標，特別是在2015年8 月份把富氧率穩定在4%后，效果更加明顯，具體見表2。

根據表2 對比，結合目前太鋼各個能源介質單價，每年可為太鋼節約630 萬元，該項目為太鋼創造節能型企業做出了貢獻，同時令4 350 m³ 高爐熱風爐各項指標在同類型熱風爐中名列前茅。該項目在太鋼的成功應用后，一定會有更廣闊的應用前景。

5   目前存在的問題及工作方向

5.1   存在的問題

1）富氧燒爐后，高溫區擴大，對熱風爐耐材的影響還需要長時間細致觀察，短時不能盲足增加富氧率。

2）熱風爐采用交錯并聯燒爐，在換爐期間，煤氣系統關閉，由于自動控制系統的延遲性，導致熱風爐系統瞬時氧氣量上升，對熱風爐的安全操作不利。繼續提高富氧率，需要合理解決該問題。

5.2   工作方向

1）全面觀察富氧情況下對熱風爐耐材的影響，為下一步提高富氧率做準備。

2）從工藝方面或設備控制方面采取措施解決在換爐期間氧氣含量瞬時上升的問題，積極探索更高富氧率工況下熱風爐系統各參數的變化趨勢。