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。設計氧氣外網系統、燒結富氧平臺系統、點火爐增加純氧助燃等裝置以及配套的電力系統、自動化儀表檢測系統、計算機控制系統等輔助設施，使系統富氧經助燃風管道助燃風、氧氣混合器進入到點火爐燒結機助燃風管道內的應用方案，實現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，有效控制和節約煤氣用量，對鋼鐵企業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

鋼鐵企業燒結生產過程中產生大量 CO，原因主要有兩種，一種是燒結過程產生的 CO₂ 吸附于固定碳周圍，隨著氣溫升高，發生氣化反應，生成 CO; 另一種是燒結過程中出現局部低氧氣氛，造成碳不充分燃燒產生 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燃燒更易產生 CO，其體現在 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生的CO 二次燃燒完全^［1］。

河鋼唐鋼新區 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，國內其他鋼鐵企業和河鋼集團內部，同時具有煙氣循環系統和料面噴吹蒸汽等工藝手段的燒結機尚數不多，為進一步降低燒結機頭 CO排放，經過與國內多家鋼鐵企業和設計單位調研論證，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，提高燒結成品質量和產量。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，將唐鋼新區低壓氧氣外網的 O₂ 經過富氧平臺內壓力調節閥組及流量調節閥組，將 O₂ 壓力適當降低，經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，通過點火器進入流程，以實現燒結過程富氧氣氛目的^［2］。

2 工藝介紹

河鋼唐鋼新區 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系統、1# 燒結富氧平臺系統、2# 燒結富氧平臺系統，以及配套的電力系統、自動化儀表檢測系統、計算機控制系統等相關輔助設施^［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、節能、先進的一流設施，保證設備水平達到國內領先、國際同類先進水平，各項技術經濟指標達到國際先進水平。

2．2 技術原理

為滿足唐鋼新區 1# 360m² 燒結機、2# 360 m² 燒結 機點火爐助燃風管道內富氧率平均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。

根據上述 O₂ 用戶及用量表，從原有 DN400 低壓氧氣主管網上，引一根 DN200 的氧氣管道敷設至1# 及 2# 燒結主廠房外，與車間內的富氧平臺連接。O₂ 經助燃風、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低壓氧氣( 0．6 ～0．8 MPa) 外網的 O₂，經過富氧平臺內壓力調節閥組及流量調節閥組將 O₂ 壓力調整到 0．3 MPa，流量調節到 1 020 ～ 2 000 Nm3 /h，再經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，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: 氧氣管道沿唐鋼新區西環路現有動力綜合管網內，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域后，沿現有燒結區域動力綜合管網及廠房東側除塵管道敷設，進入到燒結主廠房內。此氧氣外網均無需新建支架。

O₂ 經富氧平臺閥組調壓、調流量后，敷設至主廠房 23．9 m 的平臺上，經助燃風、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附近，平臺16 m×2．5 m，高 2．5 m，其上設氧氣壓力調節閥組、流量調節閥組、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

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有型號保持一致。

執行機構: 根據被調介質以及工藝要求選擇調節閥并配套安全可靠的執行機構，富氧控制屬于關鍵部位，調節閥處于高溫區域須采用分體結構，速斷閥采用氣動執行機構。配套現場顯示部件，能夠直觀顯示執行器運行狀態及相關參數; 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，配備報警器監控主機，主機安裝在燒結主控室。

3．2 基礎自動化控制系統

富氧平臺儀表數據采集及控制通過 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 有 1# 燒 結 機、2# 燒結機煙氣循環PLC 室內，自動化控制系統電源取自現有煙氣循環系統，PLC 硬件選型、配置、機柜設計及布置必須與現有 1# 燒結機、2# 燒結機煙氣循環控制系統保持一致。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。

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

4 運行情況

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

設計的助燃風管道內平均富氧率 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，兩臺燒結機產量由 23 500 t /d 提升至 23 735 t /d，兩臺燒結機日產量提升約 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，經助燃風管道助燃風、氧氣混合器進入到助燃風管道內，以實現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，可以實現燒結機頭排放口 CO 濃度進一步降低，有效控制和節約煤氣燃料的消耗用量成本，并且可小幅提升燒結礦產量。因此，實現燒結過程富氧點火燃燒，對鋼鐵企業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 的產生及治理途徑－生成機理及排放規律［J］．燒結球團，2021，46( 02) : 1-7．

［2］ 周浩宇，劉 前，李 謙，等．冶金燒結超低負壓點火技術及裝置的研究與應用［J］．世界有色金屬，2019，528( 12) : 9-11．

［3］ 郭佳琪，車婧琦，潘 妮．富氧燃燒技術在燒結點火爐上的應用分析［J］．冶金能源，2020，39( 02) : 30-33．

［4］ 劉 前，周浩宇，裴元東，等．富氧條件對低熱值燃氣燒結點火的影響［J］．中國冶金，2021，31( 07) : 57-62．

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