李晋东

（山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂， 山西  太原  030003）

摘 要：针对太钢炼铁厂5 号高炉热风炉燃烧系统的介质结构进行调整，利用单价较低的氧气替代单价较高的焦炉煤气进行新的热风炉燃烧工艺的探索，提高热风炉燃烧系统的能源可用结构范围，对整个热风炉燃烧系统燃烧过程中的各种介质参数进行自动分析、自动调整，保证热风炉正常送风温度为1 250 ℃，保证热风炉安全、稳定、高效运行。

关 键 词：热风炉  富氧烧炉  焦炉煤气

山西太钢不锈钢股份有限公司（全文简称太钢）炼铁厂5 号高炉采用4 座新日铁外燃式热风炉，空气、煤气双预热，参烧部分焦炉煤气实现1 250 ℃的风温。通过分析计算，将助燃空气氧含量提高了1%~7%，在维持热风炉的热效率，保证1 250 ℃的风温条件下，可增加高炉煤气消耗量，节约焦炉煤气。进而改善整个热风炉的能源可用结构，减少热风炉的能源可用成本。

根据太钢能源平衡，焦炉煤气短缺，氧气富余，5号高炉热风炉改为富氧烧炉后，可节约焦炉煤气，用于硅钢冷连轧、不锈钢冷连轧等准备投产的项目，从而最终减少太钢购买天然气的费用。因此，该项目的实施，对太钢整体的节能目标具有至关重要的作用。

1   基础计算

1）理论燃烧温度的计算。理论燃烧温度的计算公式如下：

式中：t _理为理论燃烧温度，℃；Q _低为燃料低发热值，kJ/kg；V_n 为单位质量燃气的烟气体积，m³/kg；C _产为烟气比定压热容，kJ/（m³·K）。

由公式（1）可知，在燃料产物比定压热容和燃料种类不变的情况下，随着氧气体积分数的增加，燃烧化学反应速度加快，烟气体积量减少，理论燃烧温度会逐渐提高。因此利用氧气置换焦炉煤气，可保持热风炉出口风温，用氧气置换焦炉煤气在理论上可行。

2）通过计算得知，随着富氧率的提高，高炉煤气的消耗量逐渐增大，空气消耗量逐渐减少，焦炉煤气的消耗比例逐渐减少，热风炉烟气量减少幅度很小，热风炉的热效率能够基本维持在81%的水平。

2   改造措施

根据5 号高炉热风炉现有工艺技术条件，结合现场实际条件进行相关的改造，主要由以下几部分组成。

2.1   煤气管路的改造

通过连通管将焦炉煤气和高炉煤气主管连通，增加电动蝶阀及电动盲板阀，若采用参烧焦炉煤气烧炉，电动蝶阀及电动盲板阀处于关闭状态；若采用全烧高炉煤气烧炉，则关闭原来焦炉煤气总管上慢板阀，然后开启连通管蝶阀及盲板阀，让高炉煤气通过连通管进入焦炉煤气管道进行燃烧，具体见图1。

2.2   富氧烧炉系统的改造

按最大富氧量10 000 m³/h 将氧气富入5 号高炉热风炉，新建一套富氧管路系统，主要包括有一级调压阀、二级调压阀、流量调节阀、快速切断阀、止回阀及富氧插、截止阀等，具体的管路设计见下图2。

2.3   控制系统的改造

2.3.1   检测仪表设备（见表1）

2.3.2   主要控制手段

氧气流量控制是通过氧气管道的流量计进行控制；氧含量控制是根据空气主管的氧含量检测仪进行控制；比例控制是通过助燃空气支管流量之和（4 个）以及画面设定的富氧比例反算出富氧流量进行控制。

富氧烧炉的关键控制在于助燃空气富氧率的控制，在助燃空气支管流量计精确的条件下，可采用助燃空气流量控制。根据燃烧4 个支管的空气量自动调整富氧量。因为热风炉在控制过程中经常要进行换炉而且在整个燃烧过程中根据计算机的控制燃烧的煤气量会不断变化，所以富氧量也要随之变化，才能保证燃烧控制的稳定。

3   项目实施

5 号高炉热风炉富氧烧炉工程于2014 年9 月开工建设，经过各方努力，于2014 年12 月30 日完成设备安装，同时在2015 年3 月16 日于5 号高炉休风期间，与生产系统配合，进行了富氧烧炉系统的调试以及导入相关的控制程序，并在高炉送风后，富氧烧炉系统随之投产。富氧率从最初的0.5%逐级调整，通过不断观察、不断试验、试验再观察，并最终在2015 年8 月份把富氧率提高到4%，目前稳定运行在4%下。

4   效果

通过本项目的研究、实施和应用，太钢4 350 m³高炉热风炉获得了良好的能耗指标，特别是在2015年8 月份把富氧率稳定在4%后，效果更加明显，具体见表2。

根据表2 对比，结合目前太钢各个能源介质单价，每年可为太钢节约630 万元，该项目为太钢创造节能型企业做出了贡献，同时令4 350 m³ 高炉热风炉各项指标在同类型热风炉中名列前茅。该项目在太钢的成功应用后，一定会有更广阔的应用前景。

5   目前存在的问题及工作方向

5.1   存在的问题

1）富氧烧炉后，高温区扩大，对热风炉耐材的影响还需要长时间细致观察，短时不能盲足增加富氧率。

2）热风炉采用交错并联烧炉，在换炉期间，煤气系统关闭，由于自动控制系统的延迟性，导致热风炉系统瞬时氧气量上升，对热风炉的安全操作不利。继续提高富氧率，需要合理解决该问题。

5.2   工作方向

1）全面观察富氧情况下对热风炉耐材的影响，为下一步提高富氧率做准备。

2）从工艺方面或设备控制方面采取措施解决在换炉期间氧气含量瞬时上升的问题，积极探索更高富氧率工况下热风炉系统各参数的变化趋势。