趙 鑫,何志鋼,高 月,班會(huì)強(qiáng),張國(guó)臣
京唐公司1580產(chǎn)線有蓄熱式加熱爐3座,每座加熱爐包括預(yù)熱、一加、二加和均熱段,均熱段上加熱采用平焰燒嘴,下加熱采用側(cè)向調(diào)焰燒嘴,其它供熱段采用空氣單蓄熱的蓄熱式燒嘴。
蓄熱式燒嘴使用在第二加熱段上、下、第一加熱段上、下以及預(yù)熱段上、下的側(cè)向供熱,其中第二加熱段下部燒嘴帶點(diǎn)火燒嘴。空氣、煙氣換向閥和煤氣換向閥均采用二通快速切斷閥,閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)型式。 蓄熱式燃燒技術(shù)的特點(diǎn)是,由于排煙溫度較常規(guī)燃燒技術(shù)的排煙溫度低很多,因此蓄熱式燃燒技術(shù)的熱效率大幅度提高,具有非常突出的節(jié)能效果。
蓄熱式燒嘴燃燒原理如圖所示,當(dāng)A側(cè)燒嘴燃燒時(shí),空氣閥和煤氣閥打開(kāi),煙氣閥關(guān)閉,燒嘴正常燃燒,B側(cè)燒嘴的煙氣閥打開(kāi),空氣閥和煤氣閥關(guān)閉;當(dāng)B側(cè)燒嘴燃燒時(shí),空氣閥和煤氣閥打開(kāi),煙氣閥關(guān)閉,燒嘴正常燃燒,A側(cè)燒嘴的煙氣閥打開(kāi),空氣閥和煤氣閥關(guān)閉;渦輪燒嘴開(kāi)關(guān),燒嘴冷卻風(fēng)閥始終處于打開(kāi)狀態(tài),冷卻燒嘴煤氣管道。
加熱爐產(chǎn)生的煙氣主要是一氧化氮和二氧化氮,并且以二氧化氮為主,它們是常見(jiàn)的大氣污染物。
燃燒過(guò)程中形成的NOx分為三類(lèi)。①熱力型NOx。生成原因是空氣中的氮原子和氧原子在高溫爐膛內(nèi)生成。②燃料型NOx。燃料中的氮元素受熱分解后又與空氣中的氧元素發(fā)生反應(yīng)生成。③快速型NOx。第三類(lèi),在低溫火焰中由于含碳自由基的存在還會(huì)生成NO,通常稱(chēng)為快速NOx。燃料中的碳和氫元素先和空氣中的氮元素反應(yīng),再和氧元素反應(yīng)生成。
熱力型氮氧化物的反應(yīng)式如下:
N2+O2→2NO
NO+O2→NO2
熱力型氮氧化物的生成主要是由于空氣中存在氮?dú)猓绻諝庵写嬖谶^(guò)量的氧氣,在高溫條件下會(huì)反應(yīng)生成氮氧化物。當(dāng)溫度<1000℃時(shí),NO分壓很低,NO的生成量很少;當(dāng)溫度≥1000℃時(shí),將會(huì)形成可觀的NO。低溫有利于NO2形成,在高溫NO2分解為NO,溫度≥1000℃時(shí),NO2生成量比NO低得多。
燃料NOx是指燃料中的氮受熱分解和氧化生成NOx,其生成取決于燃料的氮含量。對(duì)于含氮量高的燃料,如果助燃空氣中的氧含量高,就會(huì)生成更多的NOx;降低燃料性氮氧化物的方法是減少助燃空氣量,這樣使燃燒區(qū)域處于還原性氣氛,就能減少NOx的生成量。
蓄熱式加熱爐生成的快速型氮氧化物數(shù)量很少,因此主要降低燃料型NOx及熱力型NOx的生成量。
(1)降低過(guò)??諝庀禂?shù)??諝膺^(guò)剩系數(shù)時(shí)實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值??諝膺^(guò)剩系數(shù)高時(shí)實(shí)際供入的空氣量比理論需要的空氣量多,會(huì)增加NOx生成量,因此要減少供給的助燃空氣量,使燃燒處于還原性氣氛,減少高溫空氣中的氮和氧反應(yīng)的機(jī)會(huì)。
(2)降低空氣預(yù)熱溫度,可使火焰溫度下降,減少NOx生成量。
(3)改變燒嘴結(jié)構(gòu),改變煤氣和空氣的混合方式,增加空氣的旋流程度,加熱爐燒嘴空氣分為一次風(fēng)和二次風(fēng),一次風(fēng)為旋流,因此對(duì)燒嘴增大一次風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度,減少二次風(fēng)開(kāi)度,從而使混合煤氣在低溫狀態(tài)下燃燒,減少NOx 生成量。
(4)采用SNCR脫銷(xiāo)裝置去除煙氣中的NOX,爐內(nèi)SNCR工藝是利用還原劑氨水在850℃~1100℃將爐氣中的NOX還原為N2。加熱爐脫硝的原理是將20%的氨水在用除鹽水稀釋后使用專(zhuān)用的噴槍噴入熱回收段,由于正常生產(chǎn)過(guò)程中熱回收段的溫度在850℃~1100℃之間,滿(mǎn)足氨水去除的溫度條件,因此,采用SNCR脫硝工藝可以有效降低NOx排放量,并滿(mǎn)足環(huán)保排放要求。
正常生產(chǎn)時(shí),如果空氣過(guò)剩系數(shù)設(shè)定大或者空燃比高,助燃.空氣中的氧氣未完全燃燒,爐尾的殘氧大于4%的情況下,加熱時(shí)產(chǎn)生的氮氧化物會(huì)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
在加熱板坯過(guò)程中,當(dāng)加熱爐的爐溫超過(guò)1000℃時(shí),氮氧化物的生成量開(kāi)始增加,如果此時(shí)爐氣未處于還原性氣氛,就會(huì)造成氮氧化物超標(biāo)。
爐內(nèi)鋼種的前后出鋼溫度差距大,當(dāng)高溫板坯出完,加熱爐需要手動(dòng)降溫時(shí),由于空氣流量調(diào)節(jié)閥自動(dòng)狀態(tài)下關(guān)小反應(yīng)較慢,造成空燃比較大,氮氧化物在此時(shí)也容易超標(biāo)。
軋機(jī)出現(xiàn)故障,加熱爐需要根據(jù)軋機(jī)處理故障的時(shí)間采取保溫待軋措施,同步減少煤氣和助燃空氣的供給量,如果此時(shí)煙道閘板出現(xiàn)異常,造成爐壓降低,會(huì)使均熱段的氧含量偏高,氮氧化物出現(xiàn)超標(biāo)。
保溫待軋的時(shí)間長(zhǎng)時(shí),需要逐步關(guān)閉預(yù)熱段、一加熱段、二加熱段的燒嘴,由于存在空氣換向閥關(guān)不嚴(yán)的情況以及燒嘴冷卻風(fēng)常開(kāi),造成爐氣中的氧含量偏高,氮氧化物超標(biāo)。
檢修前臨近出空時(shí),加熱段的燒嘴全部關(guān)閉,爐氣中的氧含量增加,爐尾的殘氧量大于4%,氮氧化物的生成量增加,氮氧化物超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。
檢修開(kāi)始后,在爐溫逐步降低的過(guò)程中,爐壓會(huì)發(fā)生波動(dòng),當(dāng)爐壓較低時(shí),均熱段吸入的空氣增加,氮氧化物生成量超標(biāo)。
檢修開(kāi)始裝鋼過(guò)程中,由于燒嘴時(shí)隨著板坯在步進(jìn)梁上前進(jìn)同步開(kāi)啟,只要板坯沒(méi)有裝滿(mǎn)加熱爐就存在燒嘴沒(méi)有全開(kāi)的情況,由于燒嘴中心冷卻風(fēng)保持常開(kāi)狀態(tài),爐內(nèi)的氧化性氣氛強(qiáng),氮氧化物的生成量會(huì)超標(biāo)。
加熱爐各段的空燃比是根據(jù)煤氣熱值儀顯示的數(shù)據(jù)乘以各段的空氣過(guò)剩系數(shù)得到,因此加熱爐在生產(chǎn)過(guò)程中要投入熱值儀參與控制,同時(shí)調(diào)整加熱爐各段的空氣過(guò)剩系數(shù)。
在生產(chǎn)的過(guò)程中,要關(guān)注熱值儀顯示的正確性,發(fā)現(xiàn)熱值儀數(shù)據(jù)過(guò)大或過(guò)小,及時(shí)聯(lián)系能源部進(jìn)行確認(rèn),并且通知維檢單位檢查,確保熱值儀正常工作。
要合理設(shè)置各段的空氣過(guò)剩系數(shù),使?fàn)t內(nèi)呈還原性氣氛,空氣過(guò)剩系數(shù)的設(shè)置從均熱段到預(yù)熱段逐步加大。均熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)控制在0.93~1.0之間,控制均熱段為弱還原性氣氛,一方面是減少由于爐門(mén)處關(guān)閉不嚴(yán)密吸入空氣產(chǎn)生氮氧化物,另一方面是減少高溫段由于空氣含量多導(dǎo)致的氮氧化物增加;二加熱段空氣過(guò)剩系數(shù)控制在0.97~1.03之間,基本保證空、煤氣完全燃燒,減少過(guò)剩的空氣量;一加熱段的空氣過(guò)剩系數(shù)控制在1.0~1.15之間,空氣量比煤氣量稍微偏多,這樣可以保證二加熱段沒(méi)有完全燃燒的煤氣在一加段燃燒,防止?fàn)t尾冒煙情況發(fā)生。
在正常生產(chǎn)過(guò)程中要保證爐尾的殘氧值小于4%,通過(guò)爐尾攝像頭觀察時(shí)要以爐尾偶有未完全燃燒煤氣。
(1)控制加熱爐各段的爐溫在1300℃以?xún)?nèi),對(duì)于生產(chǎn)極限規(guī)格耐候鋼和高強(qiáng)鋼等難軋鋼種,加熱爐的最高爐溫控制在1320℃以?xún)?nèi)。對(duì)于蓄熱式加熱爐一加熱段爐溫上限為1280℃,預(yù)熱段最高溫度為1200℃,盡可能減少高溫造成氮氧化物的生成量。
(2)如果前后鋼種出鋼溫度相差較大,需要升降溫操作,必須控制升、降溫速度不超過(guò)250℃/h,其中半小時(shí)的升、降溫速度必須小于150℃/h,減少升、降溫過(guò)程中由于空氣伴隨煤氣流量不及時(shí)造成氮氧化物波動(dòng)。在降溫過(guò)程中,如果某一加熱段燒嘴全部關(guān)閉后氮氧化物的生成量大,可能是由于燒嘴的冷卻風(fēng)或者是空氣閥關(guān)閉不嚴(yán),造成進(jìn)入爐內(nèi)的空氣過(guò)多造成的,此時(shí)要這一加熱段要點(diǎn)燃一對(duì)燒嘴,將空氣和煤氣流量調(diào)節(jié)閥手動(dòng)控制,盡量減少空氣的供應(yīng)量,氮氧化物的生成量就會(huì)降低到正常值。
出現(xiàn)事故停機(jī)、設(shè)備強(qiáng)化、慢節(jié)奏等非正常工況時(shí),密切監(jiān)控NOx排放濃度,如達(dá)到120mg/m3以上,根據(jù)不同的控制模式調(diào)整空燃比:均熱段、二加段、一加段手動(dòng)控制時(shí),空煤氣流量必須小于理論空燃比;自動(dòng)控制時(shí),空氣過(guò)剩系數(shù)按照下限控制,降低爐尾殘氧。氮氧化物仍然超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí),可適當(dāng)增加煤氣用量。
空燃比投入自動(dòng)控制,爐內(nèi)殘氧3%以下,爐內(nèi)降溫時(shí),同步調(diào)節(jié)空氣、煤氣量,禁止加大空氣量降溫,檢查水封槽液位在320mm以上,確保水封槽密封性良好。加熱爐在保溫待軋過(guò)程中將爐壓設(shè)定值比正常生產(chǎn)時(shí)提高5Pa,減少裝、出鋼爐門(mén)口冷空氣吸入量。
煤氣熱值波動(dòng)或熱值偏高時(shí),加熱爐操作聯(lián)系能源部調(diào)整煤氣中的焦?fàn)t煤氣或高爐煤氣含量,從而使煤氣熱值恢復(fù)正常并且保持平穩(wěn)。
(1)加熱爐檢修前臨近出空時(shí),板坯所在的燃燒段按照正常燒鋼控制,并通過(guò)減少過(guò)剩系數(shù)設(shè)定或者手動(dòng)控制空、煤氣流量降低燃燒段的空燃比。
(2)如果某一段板坯如果已經(jīng)出空,完全關(guān)閉該段燒嘴。如風(fēng)壓較高,可逐步減小助燃風(fēng)機(jī)入口閥開(kāi)度,并且打開(kāi)熱風(fēng)放散閥和預(yù)熱段空氣調(diào)節(jié)閥,助燃空氣在低溫狀態(tài)下產(chǎn)生的氮氧化物量很小,因此降低爐溫可以有效減少氮氧化物生成量。
(3)檢修期間如氮氧化物較高,打開(kāi)爐門(mén)檢查已關(guān)閉的燒嘴煤氣快切閥是否關(guān)嚴(yán),可以通過(guò)檢查燒嘴是否向爐內(nèi)漏火來(lái)判斷,未關(guān)嚴(yán)的關(guān)閉現(xiàn)場(chǎng)手閥,并聯(lián)系維檢人員處理快切閥嚴(yán)密性。如果存在某一爐次停爐時(shí),無(wú)特殊情況必須保證煙閘全關(guān),停助燃風(fēng)機(jī),如需處理設(shè)備,操作工關(guān)注排放情況,同時(shí)對(duì)該爐煙閘和人孔進(jìn)行臨時(shí)密封,防止煙囪含氧量過(guò)高。
(1)空氣系統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)閥、壓差變速器反饋不準(zhǔn)確,可能造成供應(yīng)燒嘴燃燒的空氣量增多;燒嘴空氣快切閥出現(xiàn)匡量后在全關(guān)情況下會(huì)漏氣造成在換向過(guò)程中泄漏到爐內(nèi)的空氣量增多;煙氣快切閥出現(xiàn)匡量后會(huì)造成燒嘴煙氣泄漏量大,進(jìn)而出現(xiàn)蓄熱箱超溫同時(shí)燒嘴會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋮s吹掃模式,從而向爐內(nèi)吹入大量空氣。因此要定期對(duì)各段空氣流量調(diào)節(jié)閥及相應(yīng)的壓差變速器進(jìn)行檢驗(yàn),保證其測(cè)量準(zhǔn)確;通過(guò)在流量調(diào)節(jié)閥一定的情況下逐個(gè)開(kāi)關(guān)空氣和煙氣手閥觀察段空氣或煙氣流量是否等比例變化的情況來(lái)判斷空氣或煙氣閥的閥板是否斷裂;定期檢查空氣和煙氣快切閥的閥頭匡量,并且記錄匡量閥的位置。對(duì)于上述檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)提交維檢人員處理。
1號(hào)~3號(hào)加熱爐先后修復(fù)了66個(gè)空氣快切閥和40個(gè)煙氣快切閥,并且完成了所有空氣流量調(diào)節(jié)閥和壓差變速器的檢驗(yàn),處理后在關(guān)閉燒嘴的情況下,爐尾殘氧值趨于穩(wěn)定。
(2)加熱爐爐尾的殘氧儀對(duì)空燃比也非常重要,殘氧儀通過(guò)激光測(cè)量煙氣中的氧含量,因此殘氧儀的測(cè)量精度非常重要,當(dāng)殘氧儀上的激光透過(guò)率低于10%時(shí),殘氧儀測(cè)量就不準(zhǔn)確,因此日常設(shè)備檢查中要檢查殘氧儀透過(guò)率,同時(shí)增加殘氧儀透過(guò)率低于10%后出現(xiàn)聲光報(bào)警,提醒操作和維檢人員及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查。
(3)做好加熱爐爐壓檢測(cè)設(shè)備的檢查與維護(hù)。正常生產(chǎn)過(guò)程中,加熱爐爐壓保持微正壓控制,這樣減少了從裝、出鋼爐門(mén)處吸入冷空氣,降低煙氣中的氧含量,減少氮氧化物的生成量。由于加熱爐周?chē)h(huán)境溫度高,降低了壓力表的精度,同時(shí)由于爐氣中的煙塵量多,爐壓取壓管容易堵塞,造成爐壓檢測(cè)不準(zhǔn)確。
1-3號(hào)加熱爐對(duì)爐壓的壓力表安裝存放箱,在箱子內(nèi)部加裝隔熱棉,并且重新布置在遠(yuǎn)離爐墻和通風(fēng)的位置,降低壓力表周?chē)臏囟龋恢谱鲗?zhuān)用工具定期疏通取壓管,保證取壓管暢通;定期打開(kāi)爐壓取壓孔,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)判斷取壓孔微管冒火情況檢查爐壓設(shè)定值是否合適;設(shè)置爐兩側(cè)的爐壓報(bào)警程序,當(dāng)加熱爐兩側(cè)的爐壓值偏差大于5Pa時(shí),發(fā)出聲光報(bào)警,操作人員及時(shí)聯(lián)系維檢人員檢查爐壓設(shè)備出現(xiàn)的問(wèn)題。
(4)維檢單位要做到每月對(duì)熱值儀用標(biāo)氣進(jìn)行標(biāo)定,熱值儀偏差不能超出要求,如果偏差超出標(biāo)氣的范圍,立即對(duì)熱值儀檢查處理。
2021年12月份,1580產(chǎn)線投入脫銷(xiāo)系統(tǒng),將20%的氨水用除鹽水稀釋后通過(guò)安裝在加熱爐熱回收段的噴槍噴入爐內(nèi),從而使煙氣中的氮氧化物大幅度下降,在正常生產(chǎn)過(guò)程中氮氧化物可以達(dá)到70mg/m3。在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)以下措施最大限度的實(shí)現(xiàn)脫銷(xiāo)裝置的性能:
(1)實(shí)現(xiàn)脫硝系統(tǒng)自動(dòng)控制。脫銷(xiāo)系統(tǒng)中氨水泵和除鹽水泵采用變頻控制,在啟用脫硝系統(tǒng)后,操作工設(shè)定需要達(dá)到的氮氧化物排放量后氨水泵和除鹽水泵自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速,從而自動(dòng)調(diào)整噴氨量,最終達(dá)到設(shè)定的排放量。這樣一方面減少操作工的工作量,另一方面做到了控制的準(zhǔn)確性,并且減少了氨水的使用量。
(2)備用的氨水泵和除鹽水泵起到了保障作用。每座加熱爐需要一臺(tái)氨水泵和除鹽水泵,在使用過(guò)程中,如果水泵出現(xiàn)問(wèn)題,就可能導(dǎo)致其對(duì)應(yīng)加熱爐的氮氧化物無(wú)法控制,因此需要安裝備用的氨水泵。在脫硝系統(tǒng)中,備用的氨水泵和除鹽水泵和正常使用的氨水泵以及除鹽水泵是并聯(lián)關(guān)系,當(dāng)某一臺(tái)泵出現(xiàn)問(wèn)題后,直接從操作畫(huà)面上直接點(diǎn)擊水泵切換,現(xiàn)場(chǎng)就自動(dòng)啟泵并且開(kāi)、關(guān)現(xiàn)場(chǎng)電磁閥,實(shí)現(xiàn)水泵的自動(dòng)切換,保證加熱爐脫銷(xiāo)效果。
(3)完善的報(bào)警信息。脫銷(xiāo)系統(tǒng)的水泵、流量和液位出現(xiàn)異常后都會(huì)發(fā)出報(bào)警信息,操作工可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的異常情況。同時(shí)編寫(xiě)程序顯示煙囪中氮氧化物的實(shí)時(shí)生成量和小時(shí)累積量,當(dāng)實(shí)時(shí)生成量或小時(shí)累計(jì)量超過(guò)報(bào)警值時(shí)產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào),便于操作人員及時(shí)修改脫硝系統(tǒng)中氮氧化物的設(shè)定值。
加熱爐生產(chǎn)穩(wěn)定、工藝參數(shù)正常情況下出現(xiàn)氮氧化物超標(biāo)或指標(biāo)變化趨勢(shì)異??赡苁菬煔鈾z測(cè)設(shè)備存在檢測(cè)不準(zhǔn)確的情況,因此每天對(duì)煙氣檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)定,每周對(duì)煙氣檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)標(biāo)定,手動(dòng)標(biāo)定是檢查煙氣檢測(cè)設(shè)備對(duì)標(biāo)氣檢測(cè)的準(zhǔn)確性,通過(guò)經(jīng)常性的標(biāo)定保證煙氣中氮氧化物檢測(cè)數(shù)值的準(zhǔn)確性。
除了對(duì)煙氣檢測(cè)設(shè)備的檢查,加熱爐工藝人員還采購(gòu)了便攜式的煙氣檢測(cè)儀,不定期在同一時(shí)間段檢測(cè)爐氣中的氮氧化物,并且和煙氣檢測(cè)設(shè)備的氮氧化物產(chǎn)生量進(jìn)行對(duì)比,當(dāng)兩者之間差距超過(guò)10mg/m3時(shí),就需要對(duì)兩種檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢查,知道檢測(cè)值在10mg/m3范圍內(nèi)。
從2021年1月份開(kāi)始,首鋼京唐公司1580作業(yè)區(qū)加熱爐通過(guò)上述措施加強(qiáng)對(duì)氮氧化物的控制,使氮氧化物的生成量大大降低,在不起用脫硝系統(tǒng)的情況下從最初的160mg/m3降低到110mg/m3,低于了國(guó)家規(guī)定的最低排放標(biāo)準(zhǔn)(≤150mg/m3)要求量的80%標(biāo)準(zhǔn);在采用脫硝系統(tǒng)后氮氧化物的生成量為70mg/m3,低于唐山排放限值(≤150mg/m3)要求量的80%標(biāo)準(zhǔn),減少了對(duì)環(huán)境的污染。
(1)控制NOx重點(diǎn)還是控制空氣供給量;爐內(nèi)氣氛以弱還原為主,通過(guò)調(diào)整一次風(fēng)比例控制燃料燃燒速度;同時(shí)要合理控制各加熱段的溫度,減少因?yàn)闋t溫高導(dǎo)致的NOx生成量大。
(2)燒嘴空氣量供入不均勻,決定了單個(gè)燒嘴的燃燒完全程度不一致,空氣供入量大的燒嘴產(chǎn)生NOx量大。所以需要維護(hù)燒嘴換向閥,保證燒嘴換向閥不漏風(fēng);需要保證各段流量調(diào)節(jié)閥測(cè)量準(zhǔn)確。
(3)做好加熱爐檢測(cè)儀表熱值儀、殘氧儀、爐壓檢測(cè)的檢查與維護(hù),保持加熱爐爐況穩(wěn)定,可以減少氮氧化物的生成。
(4)脫銷(xiāo)設(shè)備最大限度的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,提高氮氧化物控制的精準(zhǔn)性。