張?zhí)靹?劉允陽 王三忠 郭永波

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

轉爐煤氣是在轉爐煉鋼過程中，鐵水中的碳在高溫下和吹入的氧生成一氧化碳和少量的二氧化碳的混合氣體。轉爐煤氣含一氧化碳60 % ～80 %，二氧化碳15 % ～20 %，以及氮、氯和微量氧。轉爐煤氣的發(fā)生量在一個冶煉過程中并不均衡，成分也有變化。當達不到回收要求時需要點火放散，在點火放散過程中點火放散裝置起重要作用，一旦點火裝置不能正常點火，轉爐煤氣就會直接排放到大氣層中，給大氣造成污染，嚴重時會影響到周圍人的生產(chǎn)生活，使周圍職工群眾出現(xiàn)輕微中毒現(xiàn)象，出現(xiàn)安全事故。為了避免環(huán)境污染和安全事故的發(fā)生，安鋼第二煉軋廠對現(xiàn)有的轉爐煤氣點火裝置進行優(yōu)化改造，起到了較好的作用。

1 現(xiàn)狀

安鋼第二煉軋廠擁有3 座150 t 轉爐，轉爐煉鋼過程中產(chǎn)生的煤氣在達到回收要求時進行回收利用，達不到回收要求時經(jīng)煙囪點火放散。3 座轉爐對應四套獨立的風機和煙囪，煙囪上面共有4 套放散點火裝置(其中4#煙囪為1#、2#、3#煙囪的備用煙囪)。放散煙囪管徑為Ф2120，煙囪高為65 m。

改造前使用的點火形式為電子點火器引燃長明火(燃燒介質為焦爐煤氣)，長明火引燃放散的轉爐煤氣。直管防風式放散點火裝置由燃燒器主體、火焰檢測部分、控制部分及外圍設備組成，每個煙囪放散點火的火源管為DN50 的焦爐煤氣管道。其中，煙囪點火放散的控制形式是根據(jù)轉爐煉鋼和煤氣回收情況控制燃燒器。每個燃燒器有3 個點火燒嘴組成，在主燃燒器四周均勻分布(每塔3 臺火檢)，實現(xiàn)放散煤氣的燃燒。考慮到轉爐煤氣中CO 的含量高，毒性大，一旦點火失敗，轉爐煤氣擴散到附近區(qū)域將造成人員的煤氣中毒，故為了確保轉爐煤氣點火放散的安全，每個煙囪的火源管使用了長明火的方式。

2 存在的問題

自1#、2#、3#轉爐投產(chǎn)以來，放散點火系統(tǒng)運行一直不穩(wěn)定，經(jīng)常存在點不著火的現(xiàn)象。經(jīng)過分析，點不著火主要有以下幾種原因:(1)常明火點燃后存在熄火現(xiàn)象。由于雨季或進入冬季后，嚴寒的氣候使得放散的氣體所含的水汽迅速冷凝成水，冷凝水部分進入到常明火內并進入燃料氣管道形成積液，對常明燈正常使用的供氣量造成影響，放散轉回收時，吹氮氣防止回火及高空大風的作用，會引起常明燈的熄滅;(2)點火槍長時間使用容易碳化，煙囪放散處由于蒸汽大，造成點火困難;(3)放散轉爐煤氣中的CO 含量熱值低，放散煤氣的熱值也低是轉爐煤氣無法著火的原因之一;(4)由于主火炬拌燒的焦爐煤氣壓力降低，火焰高度不夠，焦爐煤氣主管網(wǎng)壓力約為0．25 MPa，但由于放散塔較高，且設計的管徑較小為DN 50，加之焦爐煤氣中的焦油、萘等雜質會沉浸在管道內壁，造成管道的堵塞或阻損比較大，因此到達火炬頂部時焦爐煤氣壓力很低;(5)當轉爐煤氣放散量較大時，還會出現(xiàn)伴燒火焰被吹滅的情況。

同時，火源管用的焦爐煤氣冬天含水大、焦油多易堵塞，需要人員上去定期吹掃，給人身安全帶來一定隱患;加上火源管長明火長期使用焦爐煤氣，造成焦爐煤氣的浪費。

3 改進思路

針對存在的問題，第二煉軋廠組織設備、技術、安全等部門經(jīng)過論證分析，提出了以下幾個改進思路:(1)取消現(xiàn)有放散塔內的3 個“長明火”。當某支放散管排放燃氣時，對應的高空點火伴燒器自動將該放散管排放出的轉爐煤氣點燃，并在該放散管排放的過程中始終點燃，但是高空點火伴燒器內的電梯電弧在該放散管中的煤氣被點燃后即停止工作，從而減少了電能消耗;(2)每個放散頭都有對應的火焰監(jiān)測，從而確保了排放燃氣時放散管處于燃燒狀態(tài);(3)改造后的高空點火伴燒器的點火和伴燒不需要其他任何燃料氣，從而大幅度地降低了伴燒燃氣的成本;(4)4 管放散塔適時自動點火伴燒和放散管燃燒情況參量進入綜合集控系統(tǒng)。集控系統(tǒng)的設計(包括自動點火、伴燒、火焰監(jiān)測、控制系統(tǒng)的軟硬件技術及設備)都應用目前控制領域先進的技術。

4 采取的措施

4．1 轉爐煤氣放散煙囪直燃式自動點火伴燒系統(tǒng)概述

高空直燃式自動點火伴燒系統(tǒng)取代常規(guī)使用的點火和“長明火”系統(tǒng)。該系統(tǒng)是使用了電梯電弧和催化反應伴燒器的專利技術產(chǎn)品，它安裝在放散塔燃燒器上端，直接點燃放散的轉爐煤氣，系統(tǒng)沒有任何工藝管道，安裝簡單、公用工程投資小、基本無運行維護量。本系統(tǒng)主要有安裝在放散管頭部的直燃式高空點火伴燒器;火焰探測器及高壓發(fā)生調理器;高壓電纜及支撐組件;點火伴燒主控器柜和現(xiàn)有的DCS 系統(tǒng)組成。

4．2 系統(tǒng)的控制流程

直燃式自動點火伴燒系統(tǒng)的啟動點火信號，來自現(xiàn)有DCS 系統(tǒng)對現(xiàn)有系統(tǒng)吹氧過程中CO 含量的高低(此信號可根據(jù)工藝需要調整)或三通閥的開回訊信號以及吹氧過程中下槍的回訊信號判斷。啟動點火信號分別與1#、2#、3#、4#放散管的放散相對應。一般做法是:當CO 含量≥10%且放散三通閥處于放散位置時點火伴燒，當其中任何一個條件不滿足時停止點火伴燒。

主控系統(tǒng)獲得啟動點火信號后，立即啟動相應的直燃式高空點火伴燒器點火，點燃放散的轉爐煤氣。安裝在放散管上面的火焰探測器時刻監(jiān)測著火焰情況，當放散氣體點燃后，繼續(xù)伴燒直到該放散管停止放散。直燃式自動點火伴燒系統(tǒng)的主要工作流程如圖1 所示。

圖1 轉爐直燃式自動點火伴燒系統(tǒng)流程圖

4．3 高空點火伴燒器的工作過程

主控系統(tǒng)獲得啟動 點火信號后，向高壓發(fā)生調理器饋送220V 交流電，高壓發(fā)生調理器產(chǎn)生的高壓電通過高壓電纜送給高空點火伴燒器內的電梯發(fā)弧發(fā)生裝置，產(chǎn)生面狀電弧，同時放散的轉爐煤氣自動被引入直燃式高空點火器內部，在催化反應作用下，從高空點火伴燒器上部噴出火焰，為了進一步節(jié)約電能，當火焰探測器獲得火焰信號時停止發(fā)弧但伴燒依然進行，直到放散煤氣中的CO 含量過低時自動熄滅。

主控器是以PLC 和輸入輸出等設備構成高可靠、智能化的控制系統(tǒng)，它是9509 －ZL －12ZZ 系統(tǒng)的控制核心。主控器對現(xiàn)場設備實施全面控制管理和進行數(shù)據(jù)采集，同時將這些信息傳給計算機系統(tǒng)。在主控器面板上還可以進行半自動以及手動點火操作。

主控器的信息以硬連接的方式傳送給DCS 系統(tǒng)。在DCS 系統(tǒng)上可以觀察到現(xiàn)場的整個工作控制過程、火焰情況、事件記錄和各種趨勢圖以及各參量變化，同時可以進行點火操作等。這樣為職工操作提供了很大的便利。

5 改造效果

放散煙囪直燃式自動點火伴燒系統(tǒng)從九月份改造運行至今，點火運行比較穩(wěn)定。通過使用放散轉爐煤氣自身作為伴燒氣源對放散煙囪火炬系統(tǒng)進行改造，能夠安全可靠地實現(xiàn)點火后放散，減少了直接對空放散對大氣的污染和引起中毒事故的危險。由于采用了轉爐煤氣代替焦爐煤氣作為點火伴燒氣源，大大節(jié)約了高品質的焦爐煤氣。原來放散煙囪點火伴燒焦爐煤氣用量為不低于450 m3/h，按我公司焦爐煤氣定價0．78 元/m3來計算，每年可節(jié)約焦爐煤氣折合人民幣:450 ×0．78 ×24 ×355 =2990520元。

6 結束語

使用放散煙囪直燃式自動點火伴燒系統(tǒng)后，取消了以前的3 個放散頭內的9 只“長明火”。當某只放散管需要放散煤氣時，對應的高空直燃式自動點火伴燒系統(tǒng)自動將該放散管排放出的轉爐煤氣點燃，并在該放散管排放過程中始終點燃，但高空點火伴燒器內的電梯電弧在煤氣被點燃后就停止工作，減少電能消耗。每個放散頭的燃燒情況都有對應的火焰監(jiān)測，確保排放煤氣時放散管處于燃燒狀態(tài)。改造后的高空點火伴燒器的點火和伴燒氣體使用的是自身轉爐煤氣，且只是在對應的放散管放散時才使用，大幅度地降低了伴燒燃氣成本。每年節(jié)省焦爐煤氣383 萬m3，避免了排空放散和污染環(huán)境等事故。

［1］GB6222 －86，《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》［S］．

［2］GB50058 －92，《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》［S］．

［3］GB50054 －93，《低壓配電設計規(guī)范》［S］．

［4］賈永坡．轉爐煤氣放散點火系統(tǒng)優(yōu)化改造［J］． 中國科技縱橫，2014(15):189．