趙越超

（中冶南方（武漢）熱工有限公司，湖北 武漢 430205）

1 概述

在高溫空氣燃燒技術(shù)（HTAC）興起以前，軋鋼加熱爐一般采用較高熱值的焦爐煤氣或者混合煤氣作為生產(chǎn)用燃料，煤氣供應(yīng)穩(wěn)定，熱值高，烘爐相對簡單，鋪設(shè)烘爐管即可。

21世紀初，國內(nèi)突破高溫空氣燃燒技術(shù)后，因其可以提高高爐煤氣的燃燒溫度，使得高效利用高爐煤氣作為加熱爐燃料成為可能，雙蓄熱技術(shù)迅速在軋鋼加熱爐中大規(guī)模應(yīng)用。但由于高爐煤氣的不穩(wěn)定性和較高的燃燒要求，這些加熱爐仍需要在主生產(chǎn)高爐煤氣系統(tǒng)外另外鋪設(shè)專門的點火煤氣管道（焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣或混合煤氣），這要求鋼廠必須有高熱值煤氣，對公輔系統(tǒng)的壓力比較大，一些沒有此類煤氣的鋼廠應(yīng)用受限；或者花高價采用專用烘爐裝置，但是，啟停爐的點火流程仍將是一個相當(dāng)不安全的操作。

如果能夠采用高爐煤氣直接點火烘爐技術(shù)，則將使鋼廠更加靈活地使用高爐煤氣而不用額外鋪設(shè)高熱值煤氣管路，有較大的實用價值；從現(xiàn)實的需求來看，現(xiàn)在越來越多的鋼廠也要求加熱爐采用高爐煤氣直接烘爐技術(shù)。

2 高爐煤氣直接點火烘爐技術(shù)

2．1 直接點火烘爐的難點

高爐煤氣是高爐煉鐵生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的可燃氣體，其物理性質(zhì)大致如表1所示。

表1 高爐煤氣基本物理性質(zhì)

高爐煤氣的可燃成分主要是CO，其余H2和碳氫化合物含量較少。CO的著火點溫度約為650℃，高爐煤氣的著火點溫度相應(yīng)在700℃左右；而煤氣中不可燃成分體積占了大部分，使得其在低溫環(huán)境中即使被點燃了，也很容易熄滅。另外，不少鋼廠缺少有效的煤氣凈化加壓裝置，高爐煤氣的壓力和熱值都不穩(wěn)定，導(dǎo)致小流量煤氣供應(yīng)時非常容易因壓力過低而斷流，烘爐過程恰巧就是煤氣用量不大的時候，因此，直接使用高爐煤氣將非常的不安全。

2．2 直接采用蓄熱燒嘴點火烘爐技術(shù)

點火后，需要穩(wěn)定的燃燒溫度和不穩(wěn)定的煤氣供應(yīng)壓力，使得傳統(tǒng)的烘爐管方式不能用于高爐煤氣烘爐，尤其在低溫烘爐階段。要采用高爐煤氣直接點火，關(guān)鍵是要解決穩(wěn)定的燃燒環(huán)境溫度，同時，保證煤氣壓力的穩(wěn)定。參考高爐生產(chǎn)中富余高爐煤氣采用長明燈方式放散燃燒的經(jīng)驗，在蓄熱燒嘴前設(shè)置明火或者能夠提高溫度的裝置，讓高爐煤氣噴到明火或者高溫裝置，持續(xù)燃燒。受此啟發(fā)，設(shè)計了一個利用蓄熱燒嘴直接點火的方案：在加熱爐下蓄熱燒嘴設(shè)置一堆蓄熱擋磚，距離約1m，擋磚纏繞4根電阻絲帶，爐外通電，在點火操作前，通電至少2h用于加熱擋磚；在擋磚和燒嘴間點燃明火，持續(xù)燃燒；擋磚和明火的高度要與蓄熱燒嘴噴口基本齊平。完成正常的吹掃放散等點火前流程后，緩慢開啟蓄熱燒嘴，噴出速度合適的高爐煤氣流，微調(diào)后保持一定的火焰剛度。為保證烘爐的溫度均勻性，如圖1在加熱爐合適設(shè)置多個點火點。

圖1 加熱爐點火位置設(shè)置

本方案已在某廠加熱爐項目中實施，能夠保證烘爐成功，但也暴露出一些問題，主要有：（1）低溫段燃燒不穩(wěn)定。因為直接采用蓄熱燒嘴，噴口未做特殊設(shè)計，煤氣噴出速度受管網(wǎng)壓力波動影響很大，容易熄滅和脫火，熄滅后的重新點火危險系數(shù)仍然很高。（2）燒嘴和高溫裝置分體布置，出燒嘴噴口的仍為冷煤氣，需高溫裝置的持續(xù)加熱，而高溫裝置的持續(xù)性不高，操作仍具有危險性。（3）蓄熱燒嘴調(diào)節(jié)性不高，造成烘爐溫度不均勻。（4）蓄熱燃燒的特性，導(dǎo)致作為點火燒嘴的煤氣燒嘴及其配套的空氣燒嘴無法換向，爐溫升高后，排煙溫度也超溫。（5）因無獨立的烘爐管線，除燃燒的燒嘴外，其余燒嘴靠換向閥和手閥密封，存在漏煤氣的危險，使用不安全。

2．3 新型高爐煤氣專用點火燒嘴

由此可知，必須采用持續(xù)加熱煤氣，并能穩(wěn)定控制燃燒的方法，才能達到實用效果。

考慮到流體的連通性特性和受煤氣管網(wǎng)采用煤氣柜緩沖煤氣壓力的啟發(fā)，設(shè)計了如圖2的高爐煤氣專用點火燒嘴。

圖2 高爐煤氣專用點火燒嘴

高爐煤氣從管內(nèi)噴入加熱腔體后，因體積擴大，煤氣在腔體內(nèi)減速，起到緩沖存儲作用，穩(wěn)定煤氣壓力；噴口縮徑，根據(jù)流體力學(xué)原理，噴出煤氣速度將提高，有助于保持火焰形狀和剛度。點火前，在加熱腔內(nèi)約二分之一的體積塞滿浸油的木材，先打開烘爐空氣閥，然后，將明火從點火孔伸入加熱腔體內(nèi)，點燃木柴，目的是迅速提高加熱腔內(nèi)耐材溫度，同時，從點火孔伸進一根鐵棒，鐵棒加熱后用于遭遇熄火事故的備用熱源；之后緩慢打開烘爐煤氣蝶閥，從燒嘴觀察孔觀察，若有藍色火焰噴出，說明高爐煤氣已經(jīng)點著。穩(wěn)定燃燒3～4h后，即可方便調(diào)節(jié)點火燒嘴功率。采用此新型高爐煤氣專用點火燒嘴，因其體積小，可以根據(jù)加熱爐爐體均勻布置，既解決了高爐煤氣直接點火的問題，又保證了烘爐的溫度均勻性。點火煤氣管道從生產(chǎn)用高爐煤氣主管道節(jié)點閥前引出，配置相應(yīng)的蝶閥和盲板閥，獨立于主煤氣管道，保證了安全性，也不再需要單獨引入高熱值煤氣系統(tǒng)，簡化了公輔系統(tǒng)配置。

3 結(jié)語

在多個項目中，已使用此新型高爐煤氣專用點火燒嘴用于烘爐，并可重復(fù)使用，效果良好；應(yīng)用高爐煤氣直接烘爐技術(shù)后，取消了高熱值煤氣管路的鋪設(shè)，簡化了業(yè)主公輔系統(tǒng)，具有推廣意義。