宣鋼大包烤包器節能技術改造

陳 巖

（河鋼宣鋼設備能源部，河北張家口 075100）

1 概述

目前，宣鋼一鋼軋廠有大包烘烤器6 套（2 套立式、4套臥式），二鋼軋廠150爐區有8套（4套立式、4套臥式）大包烤包器，使用的大包烤包器采用“雙孔蓄熱、循環切換烘烤”的方式烘烤，該方式存在明顯的缺點。首先由于延時切換造成了烘烤時間長，煤氣消耗大，且大包準備周期長，效率低；其次換向閥故障頻發，維護工作量大，換向閥故障期間烘烤系統失去蓄熱功能，切排煙溫度高，能源回收利用率低。

另外由于手動控制大包烘烤過程，不能及時進行調節，火焰外溢，不可避免地造成煤氣浪費；同時在鋼包烘烤管理、操作中，由于無法在烘烤過程中準確測量耐材溫度，均是執行定性（靠經驗操作）管理，即按照小火、中火、大火進行操作，存在過烘烤浪費能源或欠烘烤影響耐材質量問題。除此之外，煤氣管道銹蝕嚴重，管道內部積渣多，造成內徑減小，煤氣流通不暢、流量減小。

為此，決定對宣鋼大包烤包器進行升級改造，實現宣鋼大包烘烤過程自動高效控制，達到節約烘烤時間，提高烘烤質量，減少煤氣消耗的目的。

2 項目實施的技術方案

2.1 技術原理

目前采用換向閥式蓄熱烘烤系統，工作原理：通過引風機抽取高溫煙氣實現換向蓄熱燃燒。見圖1。存在問題是：換向閥位于包蓋上，常年處于高溫環境，故障率高；烘烤過程中引風機全程開啟。

圖1 換向閥蓄熱式烘烤系統

無引風機、無換向閥蓄熱烘烤系統見圖2，應用“獨特換熱通道、專利自主配風高效燒嘴以及大規格整體蓄熱體”等技術，無需引風機即可以實現自主蓄熱。同時，由于專利燒嘴在工作過程中可實現自主配風，因此助燃風機僅起到補充作用，風機電機功率可大幅度降低。因沒有換向閥，包蓋高溫區域沒有易損件，大大降低了維修成本。

圖2 無引風機無換向閥蓄熱式烘烤系統圖

2.2 總體改造技術方案

(1)該項目的改造范圍是通過運用無引風機、無換向閥蓄熱式技術對一鋼軋廠大包烘烤器6 套（其中臥式4 套，立式2 套）和二鋼軋廠150 爐區8 套（4套立式、4套臥式）大包烤包器進行改造。

(2)工藝參數要求：烘烤位閥前煤氣壓力3～4 kPa，冬季最低壓力2 kPa；最低200 mm3/h 煤氣流量調節，同時保證此流量下烘烤時火焰剛性，火焰不外翻；采用蓄熱結構，在保證安全使用的同時降低煤氣使用量，保證烘烤效果不變,烘烤時間縮短；排煙溫度可以自由調節，鋼包溫度＞400 ℃時，排煙溫度在100～180 ℃之間，保證蓄熱體高效的煙氣余熱回收；焦爐煤氣、空氣、煙氣流量均能實現自由調節，合理空氣配比以及排煙量，防止空氣過剩、燃燒不充分,包蓋熱量逸散及吸冷風等情況。

2.3 改造具體步驟

關閉所改造設備煤氣支管閥門，并對閥后管路進行氮氣吹掃、檢測；進行保護性拆除，如卷揚、機架、風機、小車、導軌等保持原狀，充分利舊；安裝蓄熱式燃燒系統、控制系統、計量裝置及其他需改造更新組件；冷試車，檢查設備機械動作及運轉是否正常；對支管閥及管路打壓試驗，檢查有無泄漏；點火試運行，試烘烤，檢驗設備是否滿足烘烤工藝和節能要求；制定烤包器操作規程及設備點檢維護標準。

3 大包烤包器設備技術性能及工藝參數

3.1 設備性能參數

烘烤形式：立式或臥式;

鋼包初始溫度：常溫;

包蓋直徑：按實際尺寸;

包蓋耐材：耐火纖維組合塊;

加熱形式：蓄熱;

燃燒介質：焦爐煤氣;

煤氣壓力：2～10 kPa;

煤氣熱值：5000×4.18 kJ/m3;

排煙溫度：100～180 ℃;

排煙形式：經冷卻后排出;

烘烤時間：按工藝執行;

烘烤溫度：960 ℃;

煤氣管道直徑：DN200;

空氣管道直徑：DN200;

包內最大溫差：＜50℃;

包底溫度：準備處測溫750℃。

3.2 設備機械性能

(1)機架和導軌：原有結構不變。

(2)旋轉分氣軸：特點是結構緊湊,減少管路分布。

(3)包蓋風冷吊臂：旋轉分氣軸內供出的助燃空氣和燃燒介質按設定路線送入自吸式燃燒器,在輸送助燃空氣和燃燒介質過程中可起到冷卻大臂作用。

(4)包蓋：鋼質外殼，耐材為耐火纖維組合塊，內襯采用全纖維耐火材料，由含鋯型耐火纖維模塊及纖維毯組成。耐材長期使用溫度1350 ℃，壓縮后容重大于200 kg/m3。耐纖采用網狀錨固組件固定，含鋯硅酸鋁質渣球，含量≤10%，水分≤0.5%，熱導率≤0.2 W（熱面溫度1250 ℃）。內部采用耐高溫澆筑料制作。

(5)自吸式燃燒器：核心部件采用Cr25Ni20 制作。

(6)煤氣管路組成：由氣動切斷閥、電動調節蝶閥、調節蝶閥、管路等組成。

(7)長明火配備防回火裝置。

3.3 電氣、儀表性能

電氣采用PLC控制系統。選用PLC編制相應的軟件，實現自動點火、聯鎖保護及自動報警等程序控制功能。電氣控制柜防護等級為IP54，色標為鉑灰，電控柜采用雙層柜門結構進行防護。快速切斷閥具有自動及手動兩種功能。

3.4 烤包系統控制及聯鎖功能

(1)烘烤裝置點火控制：自動點火，吹掃，常明火和火焰檢測，熄火報警，超溫報警及低壓快速切斷保護并聲光報警（煤氣壓力1.5～2 kPa 自動切斷報警）。

(2)燃燒控制：采用蓄熱式燃燒技術，煤氣流量與助燃氣體流量配比控制，煤氣流量有瞬時流量顯示及累積流量顯示功能。

(3)煤氣壓力、助燃氣體壓力、儀表壓縮空氣壓力、烘烤器蓋位置等參與聯鎖。煤氣總管壓力過低、空氣總管壓力過低等異常情況發生時，能自動切斷燃氣并聲光報警；

(4)固定式一氧化碳氣體濃度檢測報警裝置與鋼包烘烤裝置煤氣切斷閥聯鎖。

3.5 烘烤工藝曲線及模式

烘烤大包時按以下烘烤曲線控制加熱時間及溫度，實現全自動烘烤：準備的鋼包以及周轉包，大修包：小火6 h 300 ℃、中火6 h 600 ℃、大火6 h 960 ℃；中修包：小火 4 h 300 ℃、中火 4 h 600 ℃、大火 4 h 960 ℃；小修包：小火 4 h 400 ℃、中火4 h 600 ℃、大火4 h 960 ℃。

3.6 采用一鍵式操作

機旁設操作箱，就地手動/PLC 自動控制設備，可在線組態，有設定好溫度烘烤曲線的自動烘烤旋鈕，煤氣流量有瞬時流量顯示及累積流量顯示功能。

(1)手動操作：在控制面板上設置了三種烘烤模式分別是小火、中火、大火。

(2)自動操作：除了在控制面板上設置有三種操作模式外，系統內部還分別設置有多種烘烤曲線，每種曲線分別對應了不同的加熱需求，如新砌鋼包、周轉鋼包等，操作時只要選取對應的加熱模式然后啟動程序開始按鈕即可；當烘烤程序運行結束時，系統會自動將火焰調節至小火保溫狀態，直至啟動程序結束按鈕。能有效降低勞動強度，減少因人為因素對燃氣的消耗。

4 運行情況及使用效果

該項目自2018 年8 月投入運行后，設備運行情況良好。改造后的無引風機、無換向閥蓄熱式烘烤系統與改造前的烘烤器比較，燃燒效果明顯改善。

4.1 火焰長度

改造前的蓄熱式烘烤系統由于結構復雜，燃氣壓損大，火焰短，很難到達包底；改造后無引風機、無換向閥蓄熱式烘烤系統，經過對蓄熱體的改造，燃氣和助燃空氣有各自獨立的通道，壓損小，火焰長度根據需要最長可達7 m，實際烘烤過程中可直達包底。

4.2 燃燒方式及效率

改造前蓄熱式烘烤系統以擴散式燃燒為主，燃氣利用率＜80%，廢煙溫度＞200 ℃；改造后的無引風機、無換向閥蓄熱式烘烤系統采用“自吸式”自主配風燃燒，燃氣利用率達到90%以上，廢煙溫度降到100 ℃左右，同時火焰溫度高，與改造前蓄熱式燃燒器燒嘴比，火焰溫度高200 ℃以上。

4.3 設備運行穩定性

改造前烘烤系統雖為蓄熱式，由于換向裝置和蓄熱系統故障頻繁，導致蓄熱功能未充分發揮，且使用過程中需要對蓄熱體進行經常性更換，維護費用高；鋼包在烘烤過程中均存在嚴重的火焰外延現象，包蓋壽命短，修補、更換耐材費用高。改造后的無引風機/無換向閥蓄熱式烘烤系統，省去引風機電耗，助燃風機功率下降。取消換向閥,減少了備件費用和人工費用。因整體型蓄熱器孔徑大，不易被煙氣中的雜質堵塞，設備運行穩定。

4.4 設備自動化水平

改造前烘烤系統控制為開關控制模式，烘烤過程中對燃氣空燃比沒有調節措施，煤氣閥門開啟大小隨意性強，大、中、小火燃燒模式下燃氣和風量閥門開度均是采用經驗管理，缺乏優化調整的手段，改造后的烘烤系統實現了“一鍵式”自動控制。

改造前后效果對比見表1。

表1 改造前后的性能對比

5 效益分析

5.1 經濟效益

項目實施后，鋼包包底溫度高于常規蓄熱式烘烤系統，整體溫度場更均勻，鋼水倒入后溫度損失少，在工藝允許的情況下,可以適當降低煉鋼出鋼溫度，節約煉鋼成本。燒嘴效率的提升和控制手段的完善，使得煤氣耗用量大幅度下降。改造后節能率的計算：

烤包器改造節能率=（改造前烤包煤氣耗量-改造后烤包煤氣耗量）/改造前烤包煤氣耗量*100%

1#～4#立式烘烤器和1#～4#臥式烘烤器改造節能率見表2。

表2 1#～4#立式烘烤器和1#～4#臥式烘烤器改造節能率

從表2 數據看，改造后的烘烤器節能率平均為30.75%。

5.2 社會效益

改造后的無引風機、無換向閥蓄熱式烘烤系統，解決了傳統蓄熱式烘烤系統仍存在排煙溫度高，能源回收利用率低的問題，烘烤溫度有所提升，烘烤時間有下降趨勢；有效實現了斷電、斷氣、壓力過低、熄火等情況下的自動安全防護功能；控制方式實現了全自動烘烤，勞動強度進一步降低，同時也節省了更換風機所產生的勞動強度和成本，在烘烤操作和管理上會更加便捷有效，實現了鋼包烘烤安全、高效，達到節能降耗的目標。