放散塔熄火原因分析與改造實踐

陳 偉，陳曉偉,田 朝，楊子凡

（唐山鋼鐵集團有限責任公司動力部，河北唐山 063000）

概述

在國家強化煤氣安全監管的背景下，鋼鐵行業放散煤氣能否順利點燃一直備受關注。針對傳統高爐煤氣放散塔采用焦爐煤氣伴燒，高品質煤氣浪費嚴重的現象[1]，包鋼、首鋼京唐和唐鋼等大型鋼鐵企業均開展了放散塔改造項目[2-4]。放散塔火炬由焦爐煤氣“長明燈”點火伴燒改造成高爐煤氣直燃式點火伴燒，取得了較好的經濟和社會效益。然而高爐煤氣直燃伴燒放散塔熄火現象仍時有發生，但熄火原因和整改措施卻鮮有報道。結合唐鋼高爐煤氣直燃點火放散塔熄火問題，探究了可能造成熄火的原因，并有針對性地完成了改造，以期為同行處理此類問題提供一定的參考。

唐鋼目前運行高爐2 座，高爐煤氣產量為110×104m3/h，高爐煤氣經TRT 發電或減壓閥組減壓后，通過綜合管網送至各用戶和煤氣柜。唐鋼建有三管式放散塔一座（分A、B、C 塔），塔高70 m，通過放散多余煤氣維持管網安全運行，單管放散能力為20×104m3/h，放散火炬采用高爐煤氣直燃自動點火伴燒形式。自2020 年12 月，當單管放散量大于11×104m3/h 時，多次出現放散塔熄火問題，威脅系統安全。

1 原因分析

1.1 高爐煤氣熱值低

研究首鋼京唐公司放散塔火炬改造案例后發現：高爐煤氣熱值低是放散塔熄火的主要原因[2]，與普通高爐相比，爐型越大，所產生的高爐煤氣熱值越低。唐鋼新區采用2 922 m3大型高爐，而首鋼京唐采用5 500 m3的特大型高爐，通過對比唐鋼與首鋼京唐高爐煤氣成分與熱值（表1）發現，熱值相近，但唐鋼新區高爐煤氣熱值較為穩定。

表1 煤氣成分組成對照表

經與廠家協商，在取得伴燒器原件后進行了地面試驗，通過向高爐煤氣中混入不同比例的氮氣，但仍維持與管網壓力一致（12.5 kPa），用以模擬低熱值的高爐煤氣通過伴燒器后點燃情況，實驗表明：在高爐煤氣熱值低至2 356 kJ/m3，放散塔伴燒器仍能穩定燃燒，火焰長度約0.7 m，唐鋼放散塔熄火并非高爐煤氣熱值低造成。

1.2 高爐煤氣含塵量

高爐煤氣含塵量高可能造成直燃式點火伴燒器的熱面式發弧裝置積碳甚至故障，繼而引發放散塔熄火[4]。唐鋼高爐煤氣經除塵裝置處理后其含塵量低于8 mg/m3，其數值低于放散塔點火伴燒器對于含塵量的要求，經檢查后發現，點火裝置并未受到煤氣中粉塵的污染。為防止此類故障發生，應對電極頭部進行清洗。

1.3 放散塔火炬的安裝質量

發弧電極間距大導致發弧效率低，高壓電纜絕緣層破損或燒損致高壓電送不到發弧電極，數據采集探頭因固定不牢固、粉塵覆蓋引起數據反饋不準確等問題均會造成發散塔熄火。檢查后發現放散塔火炬各部分安裝符合技術要求。

1.4 高爐煤氣伴燒氣源不足

唐鋼放散塔火炬頭具備“長明火”伴燒和自動點火兩種模式，伴燒氣源取自高爐煤氣主管網并引送至火炬頭伴燒器。唐鋼地處北方沿海地區，冬季溫度低，伴燒氣源管較細（DN80）且沿塔垂直段較長，可能因高爐煤氣內水汽冷凝致管路堵塞，繼而引起高爐煤氣伴燒氣源不足，伴燒器熄火，類似情況在包鋼放散塔熄火改造中有過報道[5]。現場檢查發現A、B、C 三塔伴燒氣源管內高爐煤氣流量均小于110 m3/h（設計值為250 m3/h），打開管道法蘭連接處有大量水流出。通過關閉伴燒氣源管閥門，對A、B、C 三塔伴燒氣源管進行氮氣吹掃；在伴燒氣源管低點分別加裝排水閥門、冬季加伴熱裝置、伴燒氣源總管加裝排水器后，A、B、C 三塔伴燒氣源管內流量均可增至210 m3/h，放散塔自動點火成功率明顯提高。但“長明火”伴燒模式下，伴燒器仍存在一定頻次的熄火現象。

1.5 放散塔火炬設計問題

針對放散塔火炬在“長明火”模式下，伴燒器仍存在熄火現象，唐鋼通過比照首鋼京唐和包鋼的高爐煤氣直燃放散塔火炬頭后發現：唐鋼放散塔火炬防風罩與伴燒器的組合形式有欠缺，伴燒器存在2處問題。為進一步提高放散塔火炬系統穩定性，唐鋼進行了放散塔火炬頭改造。

2 伴燒器改造

2.1 伴燒器移至防風罩內

如圖1 所示，唐鋼放散塔伴燒器位于防風罩上方，防風罩不能對伴燒器起到保護作用，伴燒器極易受外部環境影響導致熄火。改造后如圖2 所示，將伴燒器移至防風罩內，高爐煤氣燃燒所需要的部分空氣從防風罩下口引入火炬頭部，空氣與高爐煤氣混合后燃燒更加充分，降低燃燒火焰的長度，減小外部環境的影響。

圖1 火炬頭改造前

圖2 火炬頭改造后（符號標注同圖1）

2.2 切除引流裝置

在原設計中，在伴燒器取氣口上加裝了高爐煤氣引流裝置，然而在實際運行中，此引流裝置會降低伴燒器內煤氣的流量和壓力，影響伴燒器的火焰剛度，加之因引流裝置較長，導致伴燒器安裝在防風罩外部，伴燒器火焰易受環境影響而發生熄火現象。改造后，將引流裝置切除，如圖2 中4 所示，使用墊片將引流裝置管道封堵。改造完成前后實際效果如圖3、圖4所示。

圖3 火炬頭改造前實物圖

圖4 火炬頭改造后實物圖

3 結論

通過對高爐煤氣性質、放散塔安裝和設計等可能造成放散塔熄火的原因逐一排查與分析后發現：伴燒氣源不足和火炬頭設計不合理是造成唐鋼高爐煤氣直燃放散塔熄火的原因，通過有針對性的改造后解決了放散塔熄火問題，避免了高爐煤氣直接對空放散造成的環境與安全問題。自2021 年1 月以來，高爐煤氣放散塔在額定放散量范圍內均能夠安全的實現點火放散，系統穩定性明顯提升。