高效钢包烘烤装置的研制与应用(一)

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摘　要：高效钢包烘烤装置采用旋流二段燃烧型烧嘴，普通空气助燃，并配备相应的调节控制装置。实践证明，应用改造后的钢包烘烤装置，钢包烘烤时间由100h降为60h，单包混合煤气耗量由23800m3降低到16980m3，保证了钢包的供给，2套烘包装置年效益可达250万元。

1 前言
　　济南钢铁集团总公司第一炼钢厂(简称济钢第一炼钢厂)烤包间原有16台立式钢包烘烤装置，为混合煤气—压缩空气燃烧系统，采用普通套筒式混合煤气烧嘴。该烘烤装置存在如下缺陷：在烤包初期和中期基本不供压缩空气，采用自然吸风助燃，空气、煤气混合条件不好，燃烧不完全，造成煤气浪费和钢包盖周围冒火严重，同时污染了周围环境；火焰刚性较差，达不到包底，造成底部烘烤速度过慢，使烤包周期过长；烧嘴调节比小，调节不灵活，当煤气压力偏高或偏低时，不能很好地组织火焰的形状和燃烧过程；烘烤后期用大量的压缩空气助燃，使能源高质低用，造成浪费；所有烘烤装置均无空气、煤气流量及温度检测装置，使得钢包烘烤过程不能定量检测和考核，不利于工艺和设备改进。为此，济钢研制开发了2套新型钢包烘烤装置。
2 高效钢包烘烤装置的研制
2.1 工艺技术要求
　　济钢第一炼钢厂钢包内衬为镁铝质耐火浇注料，钢包耐火内衬修补或更换后，为了脱去耐火材料中的水分，得到干燥固结耐火材料，必须按一定的升温曲线对钢包耐火内衬进行均匀烘烤。该工艺要求烘烤装置应具有温度调节控制功能，烧嘴应具有较大的调节比和良好的低负荷燃烧性能，同时由于钢包内衬比较深，要求烧嘴燃烧后的高温烟气均匀地分布到钢包的各个部位。在满足上述技术要求的同时，钢包烘烤装置还应高效节能。为此，采用日本住友金属SSC型高效快速、二段燃烧型烧嘴，同时将压缩空气改为普通空气助燃，并配置相应的调节控制装置。系统控制原理见图1。

图1 系统控制原理
2.2 烧嘴的性能
　　每套钢包烘烤装置配1个烧嘴，其性能参数为：
　燃料：高炉、焦炉混合煤气(10500kJ/m3)
　烧嘴型号：SSC-80-M
　燃烧能力：3.35×106kJ/h
　煤气流量：250m3/h
　烧嘴前煤气压力：3000Pa
　空气流量：860m3/h
　烧嘴前空气压力：3000Pa
　新型烧嘴具有下列性能：
(1)烧嘴为旋流二段燃烧型。为了在各种设计工况下都能实现稳定燃烧，助燃空气分为一次风和二次风，并按一定的旋流速度喷出。
(2)调节比大(1：8～1：10)。在低负荷时也能实现稳定安全的燃烧。
(3)升温速度快。由于烧嘴以强旋流喷出燃烧的高温烟气，在钢包内形成强循环气流，加快了对流传热速度，可以实现快速升温。
(4)烘烤温度均匀。该烧嘴在空气流速达到煤气流速的10~15倍时，仍不会脱火，即可以在大空气比的条件下安全燃烧。因此在较低温度时，可以通过增大空气比，在满足温度要求的前提下，产生数量较多的烟气，在较大的温度范围内可以实现均匀烘烤。
(5)烧嘴采用二段燃烧，NOX生成量少，属低NOX型烧嘴。
2.3 检测调节装置
　　原空、煤气管道系统缺乏必要的检测调节装置。为了实现烘烤温度控制，增设了基本的计量和调节设备。每套钢包烘烤装置所需检测控制设备主要包括：流量计2个(空气、煤气)；调节阀3个；高温热电偶1支；温度指示表1台；流量指示仪2台。
2.4 空煤气管路系统改造
　　供风系统采用高压离心通风机9-19N04A，供给高效烧嘴一次风、二次风，取代了原有压缩空气助燃，可以减少供风能耗，2套钢包烘烤装置共用1台助燃风机。对煤气管道进行改造，钢管上部与烧嘴连接处采用软管连接，方便了烤包盖的起升、降落。
3 应用效果与效益分析
3.1 应用效果
　　新钢包烘烤装置于2000年9月28日点火投产以来，运行稳定，保证了钢包的正常供给。其烘包曲线如图2所示。烘包时间由100h降到60h左右，较旧烤包系统提高烤包能力40%左右；单包混合煤气耗量由28300m3降低到16980m3，煤气消耗较旧烤包系统降低40%，同时单包节约压缩空气25000m3，钢包烘烤质量也有所提高，包龄由49炉提高到51炉。

图2 烘包曲线
3.2 效益分析
　据统计，济钢第一炼钢厂烤包间年耗煤气成本原为1161万元，新钢包烘烤装置投产后，煤气成本降为938万元，年节约煤气费223万元。
　　每套新烘包装置每年可烘包135个，则2套新烘包装置年烘包270个。旧烘烤装置以压缩空气助燃，按照每烘烤1个钢包需压缩空气25000m3计算，压缩空气价格为0.062元/m3，则年节约压缩空气费41.85万元。