孫 寶， 丁國偉

（河北鋼鐵集團(tuán)唐山分公司一鋼軋廠， 河北 唐山 063000）

隨著國家對環(huán)境的重視程度越來越高，大氣污染物排放成為國家關(guān)注的焦點。蓄熱式軋鋼加熱爐由于其特殊的工藝特點，煤氣并不能完全燃燒利用，在燃燒過程中，換向閥與蓄熱式燒嘴之間的煤氣會被直排到大氣中，從而造成煙氣中存在大量的CO。大量CO 直接排放到大氣中存在諸多危害，其中主要包括以下幾種：

1）大量煤氣直接外排，造成環(huán)境污染。

2）造成能源的大量浪費，如果能夠充分回收利用，可以有效降低加熱爐煤氣消耗。

3）蓄熱箱中殘余的煤氣隨煙氣外排時，會與蓄熱箱中的煤氣發(fā)生二次燃燒，由于燃燒溫度高于蓄熱體的荷重軟化溫度，造成蓄熱體損壞，并增加NOx排放量。

因此蓄熱加熱爐的CO 排放問題已經(jīng)成為亟待解決的嚴(yán)重的環(huán)保問題，如果不能從根本上解決，可能對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，甚至造成環(huán)保停產(chǎn)的嚴(yán)重后果。

1 技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新

河北鋼鐵集團(tuán)唐山分公司（以下簡稱唐鋼）一鋼軋廠1 700 mm 線兩座加熱爐采用的都是空、煤雙蓄熱燃燒技術(shù)。通過對加熱爐現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)研，確定加熱爐煙氣中排放的CO 主要有兩個來源：其一，加熱爐燃燒過程中未能完全燃燒的CO 隨煙氣直接排入大氣；其二，加熱爐換向閥與燒嘴之間的管道中殘留的煤氣隨煙氣直接排放進(jìn)入大氣。而第二種原因產(chǎn)生的CO 排放量占全部CO 排放量的80%以上，因此解決第二種CO 排放問題是控制軋鋼加熱爐CO 排放的重點。

1.1 管道中殘留煤氣的原因

蓄熱式燃燒系統(tǒng)由蓄熱燒嘴、三通換向閥、空煤煙管道系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、控制系統(tǒng)等組成。每個三通換向閥之前的煤氣、煙氣管道是相互獨立的，但是三通閥到燒嘴之間的管道則是煤氣和煙氣共同使用的。在正常生產(chǎn)時，燃燒側(cè)的燒嘴將會由燃燒狀態(tài)切換到排煙狀態(tài)，即三通換向閥將會由進(jìn)煤氣狀態(tài)切換到排煙氣狀態(tài)，換向后公共管道內(nèi)的煤氣將會被抽到排煙管道中，而且由于換向閥每60 s 將換向一次，加熱爐的各個控制段將會周而復(fù)始的不停的排放公共管道中的煤氣，這將導(dǎo)致公共管道內(nèi)的大量殘余煤氣隨著加熱爐排放的煙氣直接排放至大氣中，從而造成軋鋼加熱爐排放大量CO，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

1.2 反吹系統(tǒng)原理

在確保原有設(shè)備不進(jìn)行較大變動的情況下，考慮到可行性、成本等因素，決定利用中介氣體在三通閥換向后，將三通閥和燒嘴之間的公共管道內(nèi)的煤氣吹到爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。這樣再換向時，公共管道內(nèi)存在的是中介氣體。然后換向閥的煤煙閥板打開，進(jìn)行正常的排煙工作。這樣就不會有煤氣被吸入到煙氣管道內(nèi)了，避免了煤氣浪費以及排放污染[1]。

1.3 中介氣體的選擇

由于技術(shù)方案中需要使用中介氣體對含有大量煤氣的管道進(jìn)行吹掃，因此中介氣體的選擇必須優(yōu)先保證使用的安全性，因此中介氣體必須選擇不含或僅含有少量氧氣的氣體。同時由于反吹氣體的消耗量很大，因此需要選擇能夠穩(wěn)定并大量供應(yīng)的中介氣體。通過以上條件進(jìn)行選擇，符合要求的中介氣體為氬氣、氮氣、加熱爐煙氣三種?？紤]到氬氣和氮氣使用成本較高，而加熱爐煙氣作為加熱爐本身的排放廢氣，不存在成本問題，同時使用煙氣作為中介氣還可以降低煙氣中的NOx濃度。蓄熱式燃燒過程排煙過程中，由于爐氣中含有一定的O2（3%～10%），當(dāng)爐氣進(jìn)入煤氣蓄熱式燒嘴時，當(dāng)這部分爐氣中的O2會與蓄熱式燒嘴中的CO 發(fā)生二次燃燒，由于蓄熱箱內(nèi)煤氣溫度和煙氣溫度均在1 000 ℃以上，因此此時發(fā)生的二次燃燒，會劇烈生成NOx，因此，當(dāng)蓄熱式燒嘴中的CO 被吹入爐內(nèi)燃燒后，高溫?zé)煔膺M(jìn)入爐內(nèi)就不再會發(fā)生二次燃燒，因此也就能降低NOx的排放。

綜合考慮，選擇煙氣作為反吹系統(tǒng)的中介氣體。

1.4 煙氣反吹系統(tǒng)工作過程

在煤煙引風(fēng)機(jī)后的管道上，新增一臺引風(fēng)機(jī)，將一部分煙氣引入換向閥前的管道上。風(fēng)機(jī)入口設(shè)調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)吹掃煙氣的壓力和流量；風(fēng)機(jī)出口接一組三通閥，用于控制反吹煙氣流轉(zhuǎn)。

當(dāng)煤氣蓄熱結(jié)束后（蓄熱三通閥煤氣閥關(guān)閉），反吹煙氣經(jīng)由調(diào)節(jié)閥、新增引風(fēng)機(jī)、反吹煙氣流轉(zhuǎn)控制三通閥進(jìn)入吹掃總管道，被引入總管道的煙氣通過吹掃閥（吹掃閥采用三通閥，一加和二加共用一個三通閥，均熱上下兩段共有一個三通閥）將蓄熱三通閥和燒嘴之間公共管道內(nèi)的煤氣吹掃到爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。吹掃結(jié)束后，通過調(diào)整反吹煙氣流轉(zhuǎn)三通閥的閥門阻止反吹煙氣進(jìn)入吹掃管道，同時蓄熱三通閥煙氣閥打開排煙。通過以上換向過程由反吹煙氣將蓄熱三通閥和燒嘴之間公共管道內(nèi)殘余的煤氣進(jìn)行了吹掃置換，使所有煤氣進(jìn)入爐膛內(nèi)燃燒，杜絕了煤氣外排。為保證吹掃效果，在煤煙總管上設(shè)一個CO 檢測探頭，檢測實際煤煙排放值，并調(diào)節(jié)各段的吹掃時間。煙氣反吹系統(tǒng)工作過程如圖2 所示。

圖2 煙氣反吹系統(tǒng)具體工作過程

1.5 安全措施

為保證反吹系統(tǒng)在運行中的安全，制定了相應(yīng)的安全措施，其中的內(nèi)容包括：

1）在舊煤煙引風(fēng)機(jī)入口和新增引風(fēng)機(jī)出口各增一個殘氧檢測探頭，用于檢測煤煙煙氣中的實際氧含量。當(dāng)煤煙中氧含量超標(biāo)時，反吹系統(tǒng)停止工作。

2）為防止吹掃后的殘余煤氣進(jìn)入爐內(nèi)爆炸，當(dāng)各段爐溫超過750 ℃時，煤氣反吹才允許投用；一旦各段爐膛溫度低于750 ℃，該段煤氣反吹停止運行。

3）在煙氣反吹風(fēng)機(jī)前增加一路氮氣吹掃管路，在各支管末端閥門前增加放散管路，便于在該系統(tǒng)啟用前或者停用后對該段管路進(jìn)行吹掃。

4）在控制系統(tǒng)中增加了安全聯(lián)鎖項目，當(dāng)反吹風(fēng)機(jī)停機(jī)等情況發(fā)生時，加熱爐煙氣反吹系統(tǒng)自動切斷相應(yīng)閥門停止運行。

2 實施效果

加熱爐煙氣反吹系統(tǒng)在唐鋼1 700 mm 線蓄熱式加熱爐投入使用后，在CO 排放控制和節(jié)能降耗方面取得了非常顯著的效果。

2.1 CO 排放控制效果

加熱爐排放煙氣中的CO 顯著降低，通過對加熱爐煙氣反吹系統(tǒng)投入前后的數(shù)據(jù)對標(biāo)，加熱爐排放煙氣的CO 含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）有原來的最高50 000×10-6降低至2 500×10-6，平均降低幅度在90%以上，效果顯著。

圖3 煙氣反吹系統(tǒng)實施前、后排放煙氣中CO 濃度

2.2 加熱爐節(jié)能效果

加熱爐煤氣消耗明顯降低，噸鋼煤氣成本降低3.08 元/t，較之前的加熱爐煤氣成本降低了11%，顯著降低了加熱爐的煤氣成本，見表1。

表1 加熱爐2019 年1 月—12 月份煤氣成本 元/t

3 結(jié)語

唐鋼1 700 mm 線加熱爐煙氣反吹系投入使用，把原來直接排放到大氣的CO 回收利用，解決了軋鋼加熱爐向大氣中大量排放CO 的問題，減少了環(huán)境污染；同時降低了生產(chǎn)過程中的噸鋼煤氣消耗，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。