智能二代蓄熱式鋼包烘烤器在鞍鋼煉鋼總廠的應(yīng)用

高波1  曾誠(chéng)2  張衛(wèi)南2

（1.鞍鋼股份煉鋼總廠，2.上海安可科技股份有限公司，鞍山，114021）

摘  要:本文主要介紹了鞍鋼總廠智能二代蓄熱式鋼包烘烤器的工藝及應(yīng)用。鋼包烘烤設(shè)備進(jìn)行智能二代蓄熱式鋼包烘烤器改造后，實(shí)現(xiàn)了烘烤器智能烘烤、高效運(yùn)維、持續(xù)節(jié)能、提升烘烤效果等目標(biāo)，符合國(guó)家的節(jié)能減排長(zhǎng)期性工作要求。

關(guān)鍵詞:智能；鋼包烘烤器；節(jié)能；蓄熱式

Application of Intelligent 2rd Regeneration Combustion System

on Making general plant of Angang Steel Co.,Ltd

Gaobo1  Zengcheng2  Zhangweinan2

(1.Making general plant of Angang Steel Co.,Ltd.; 2.Shanghai Anchor Sci.& Tech.Co., Ltd. Ansan 114021)

Abstract:Describe the process and performance of Intelligent 2rd Regeneration Combustion System on Making general plant of Angang Steel Co.,Ltd. Ladle preheating achieved intelligent controlling, high efficient running and maintaining, continuous fuel saving, good qualities and so on after Intelligent 2rd Regeneration Combustion System retrofits and meet country’s long time requirements of energy saving.

Key words:Intelligent, Ladle Preheating, Energy Saving, Regeneration

1 烘烤器改造前狀況

鞍鋼總廠四分廠共有鋼包烘烤器7臺(tái)，其中在用6臺(tái)，均為一代蓄熱式鋼包烘烤器，但均已不具備蓄熱式功能，存在能源浪費(fèi)嚴(yán)重，烘烤溫度不均勻，安全措施不完善等問題。分析原因如下：

（1）因無煙氣溫度預(yù)警系統(tǒng)，引風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期故障，未正常開啟，無法實(shí)現(xiàn)余熱回收，造成能源浪費(fèi)；

（2）因換向閥設(shè)計(jì)不合理，故障率高，導(dǎo)致長(zhǎng)期不換向，單燒嘴工作，烘烤溫度不均勻，烘烤效果差；

（3）控制方式粗放，人工按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行煤氣量及空燃比調(diào)節(jié)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，溫度吻合性差；

（4）因燒嘴設(shè)計(jì)不合理，主燒嘴火焰形態(tài)較散，火焰剛性差，火焰外溢嚴(yán)重，烘烤溫度不均勻，包底溫度低，無自動(dòng)點(diǎn)火及火焰檢測(cè)，安全措施不完善；

（5）烘烤過程數(shù)據(jù)無記錄，不可溯源。

2 項(xiàng)目基本情況

針對(duì)以上問題，為進(jìn)一步節(jié)能降耗，經(jīng)過一系列評(píng)審流程后，最終選取上海安可科

技股份有限公司的智能二代蓄熱式鋼包烘烤器技術(shù)對(duì)原有烘烤器進(jìn)行升級(jí)改造，同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)以下項(xiàng)目目標(biāo)：

（1）技術(shù)升級(jí)后烤包器平均小時(shí)節(jié)能率≥30%；

（2）烘烤結(jié)束后包內(nèi)壁耐材表面溫度＞1100℃；

（3）烘烤結(jié)束后鋼包內(nèi)壁底部溫度及上壁溫差＜50℃；

（4）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理；

（5）完善自動(dòng)點(diǎn)火、火檢監(jiān)控等一系列安全措施；

（6）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)一鍵式自動(dòng)烘烤，溫度曲線溫和性良好。

3 項(xiàng)目技術(shù)原理、特點(diǎn)及控制

3.1 技術(shù)原理

3.1.1 設(shè)備節(jié)能工藝原理

二代蓄熱燃燒技術(shù)是火焰爐節(jié)能技術(shù)方面具有革命性意義的技術(shù)，受到燃燒工程界的重視。此種燃燒法系利用一對(duì)由燃燒器及蓄熱體組合的加熱單元交互切換運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)其中燃燒器A使用經(jīng)過蓄熱體預(yù)先加熱的高溫空氣進(jìn)行高溫燃燒時(shí)，燃燒器B則作為高溫?zé)煔獾呐艢馔ǖ�，使高溫�(zé)煔饨?jīng)過蓄熱體與金屬換熱器，由蓄熱體與金屬換熱器回收熱能；在進(jìn)入下一個(gè)周期時(shí)，切換閥動(dòng)作，燃燒器B使用經(jīng)過蓄熱體預(yù)先加熱的高溫空氣進(jìn)行高溫燃燒時(shí)，燃燒器A則作為高溫?zé)煔獾呐艢馔ǖ溃�使高溫�(zé)煔饨?jīng)過蓄熱體與金屬換熱器，由蓄熱體與金屬換熱器回收熱能，如此周而復(fù)始進(jìn)行切換運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)作。采用二代蓄熱式燃燒技術(shù)可以極限回收高溫?zé)煔庥酂幔瑢?shí)行助燃空氣與燃?xì)獾母邷仡A(yù)熱。二代蓄熱式鋼包烘烤器的熱效率是一項(xiàng)重要技術(shù)性能指標(biāo)，改造后空氣預(yù)熱溫度升高到1000℃，燃?xì)忸A(yù)熱到400℃，熱效率可以提高31.09 %。

3.1.2 高頻空煤氣換向閥

新型高頻空煤氣換向閥：采用耐高溫自動(dòng)補(bǔ)償式換向閥。安全性能好，采用同一驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的，因此在換向的時(shí)候能夠確�？杖�?xì)馔瑫r(shí)到達(dá)同一蓄熱式燒嘴，在旋轉(zhuǎn)的任意瞬間，換向閥內(nèi)的兩種介質(zhì)空燃?xì)馐欠珠_的，防止產(chǎn)生暴燃現(xiàn)象；穩(wěn)定性能好，自動(dòng)補(bǔ)償式二位七通切換閥磨擦面積小，摩擦力小，密封件采用特殊裝置做自動(dòng)磨損補(bǔ)償，切換動(dòng)作時(shí)間短,只需要0.5秒；可靠性能高，采用旋轉(zhuǎn)氣缸作為驅(qū)動(dòng)元件，閥體體積變小，不需要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，有效的減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，也減少了故障點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境使用、使用壽命長(zhǎng)。

3.1.3 高效陶瓷蓄熱體

二代蓄熱式燒嘴使用的蓄熱體為陶瓷蜂窩體，具有流通面積大（70%）、熱態(tài)阻損20mmH2O、不易堵塞；比表面積大、綜合傳熱系數(shù)高、可滿足15s換向周期的傳熱要求；蓄熱體采用蜂窩體，壁厚為0.6mm，抗熱震性好。

3.1.4 特殊燃?xì)夤苈凡季?/p>

一路燃?xì)馔ǖ乐糜诜涓C蓄熱體中間，采用特殊結(jié)構(gòu)強(qiáng)化蜂窩蓄熱體向其輻射傳熱的面積，它能吸收蜂窩蓄熱體中的多余熱量，將其傳給燃?xì)鈱?duì)燃?xì)庑纬深A(yù)熱，從而平衡煙氣當(dāng)量保證熱量的充分利用，一方面減小煙氣當(dāng)量的不平衡量，降低了排煙溫度，另一方面也提高了燃燒效率，節(jié)約了能源。

3.2 蓄熱式烤包特點(diǎn)與控制

烤包系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)以下功能：

3.2.1 蓄熱換向控制

烘烤開始后，當(dāng)烘烤達(dá)到一定時(shí)間時(shí)換向切換控制，根據(jù)烘烤時(shí)間和時(shí)序進(jìn)行換向時(shí)間的控制。在烘烤結(jié)束狀態(tài)下PLC每60秒輸出模擬量值控制快速換向裝置，實(shí)現(xiàn)切換控制，這樣可以有效的延長(zhǎng)換向閥的使用時(shí)間。

3.2.2 自動(dòng)點(diǎn)火控制和全程火焰監(jiān)控

運(yùn)行條件：檢查燃?xì)鈮毫φ�常，送風(fēng)壓力正常。條件滿足后，按下點(diǎn)火煤氣開按鈕，點(diǎn)火變壓器得電打火，安裝在蓄熱烘烤器燒嘴上的火焰檢測(cè)器檢測(cè)有無火焰，著火后可進(jìn)入烘烤狀態(tài)。烘烤中失火，則聲光報(bào)警，同時(shí)關(guān)燃?xì)馇袛嚅y，進(jìn)入吹掃狀態(tài)。常明火燒嘴的火焰檢測(cè)探頭采用紅外線火檢，烘烤全程火焰監(jiān)控。

3.2.3 手動(dòng)烘烤控制

在著火狀態(tài)下操作人員可打開主燃?xì)馇袛嚅y，手動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥開度，給出燃?xì)饬髁�，同時(shí)手動(dòng)調(diào)節(jié)空氣調(diào)節(jié)閥開度，實(shí)現(xiàn)煤氣和空氣流量的控制。

3.2.4 自動(dòng)烘烤控制

在自動(dòng)方式下操作人員打開主燃?xì)馇袛嚅y，進(jìn)入烘烤開始，跟蹤烘烤曲線開始烘烤，烘烤時(shí)間到達(dá)后進(jìn)入保溫模式。

3.2.5 安全連鎖報(bào)警系統(tǒng)

（1）燃?xì)鈮毫?lt;3kPa、鼓風(fēng)壓力<3kPa則聲光報(bào)警，關(guān)燃?xì)馇袛嚅y；

（2）烘烤中熄火則聲光報(bào)警，同時(shí)關(guān)燃?xì)馇袛嚅y；

（3）排煙溫度超限，則聲光報(bào)警，同時(shí)關(guān)引風(fēng)機(jī)。對(duì)發(fā)生報(bào)警后，需要開引風(fēng)機(jī)，須手動(dòng)按開引風(fēng)機(jī)按鈕；

（4）熱電偶斷線，則聲光報(bào)警；

（5）空然比嚴(yán)重失調(diào)則聲光報(bào)警，同時(shí)關(guān)燃?xì)馇袛嚅y；

（6）當(dāng)環(huán)境CO含量監(jiān)測(cè)超標(biāo)時(shí)，聲光報(bào)警并切斷燃?xì)忾y門；

（7）對(duì)發(fā)生以上報(bào)警后，須人工按故障復(fù)位按鈕確認(rèn)并消除故障，重新開始手動(dòng)或自動(dòng)操作。

3.2.6 保溫控制

在自動(dòng)烘烤控制下烘烤時(shí)間到即進(jìn)入保溫燃燒控制即二位控制狀態(tài)，輸出低限燃?xì)饬�、空氣量信�?hào)給調(diào)節(jié)器，保溫狀態(tài)指示燈點(diǎn)亮。

3.3 上位機(jī)監(jiān)控分析系統(tǒng)

在烘烤監(jiān)控分析系統(tǒng)中運(yùn)行有公司開發(fā)的數(shù)據(jù)采集記錄分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的烘烤信息（包括開始烘烤時(shí)間，結(jié)束烘烤時(shí)間，烘烤類型等數(shù)據(jù)），使現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以在操作室全程監(jiān)視烘烤過程。

4 項(xiàng)目實(shí)施前后對(duì)比

4.1 工藝改進(jìn)

（1）實(shí)現(xiàn)了各種鋼包的全自動(dòng)按設(shè)定溫度曲線烘烤，烘烤溫度曲線吻合性控制在±45℃以內(nèi)；

（2）改造后通過測(cè)溫槍在翻轉(zhuǎn)臺(tái)位置對(duì)包底、包中部、包蓋進(jìn)行溫度測(cè)試，包底平均在900℃左右， 包底、包中部、包蓋溫差在100℃以內(nèi)；

（3）實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)點(diǎn)火、吹掃和火焰檢測(cè)，失火時(shí)煤氣快速切斷，確保了系統(tǒng)的安全性；

（4）烘烤器火焰無外溢現(xiàn)象；主燒嘴火焰形態(tài)好、長(zhǎng)度長(zhǎng)、無脫火現(xiàn)象、燃燒充分；

（5）鋼包溫度烘烤溫度提高、溫度均勻，有效降低鋼水溫降。

4.2 操作改進(jìn)

（1）由手動(dòng)調(diào)節(jié)改為全自動(dòng)控制；

（2）增加上位機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)，鋼包調(diào)度人員可以實(shí)時(shí)獲得各個(gè)烘烤位的工作狀態(tài)信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了無紙化紀(jì)錄烘烤數(shù)據(jù)（鋼包號(hào)、烘烤類型、烘烤時(shí)間、煤氣耗量、終點(diǎn)溫度）。

4.3 設(shè)備改進(jìn)

（1）烘烤器采用二代蓄熱式技術(shù)改造后，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，主體設(shè)備燒嘴、換向閥、風(fēng)機(jī)工作一年未更換，成功解決了一代蓄熱式設(shè)備存在的燒嘴壽命短、換向閥不換向、引風(fēng)機(jī)不工作不進(jìn)行余熱利用等問題；

（2）控制技術(shù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)流量加溫度反饋控制，滿足烘烤溫度的前提下實(shí)現(xiàn)設(shè)備的極限節(jié)能。

4.4 烘烤數(shù)據(jù)對(duì)比

8月30日19:25開始對(duì)已改造的7#蓄熱式烘烤進(jìn)行試驗(yàn)烤包，烘烤類型為中修，烘烤時(shí)間10h。數(shù)據(jù)如下：

表1：7#位中修鋼包

表2：7#位中修烘烤結(jié)束后吊至整備坑安裝透氣磚時(shí)測(cè)量耐材表面各點(diǎn)溫度情況

從上表數(shù)據(jù)看說明：

（1）烘烤結(jié)束溫度能滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，溫度均勻性較好，滿足各點(diǎn)溫差小于50℃要求；

（2）烘烤至2小時(shí)時(shí)耐材表面溫度已達(dá)到1100℃，滿足技術(shù)附件要求。

9月15日早8點(diǎn)使用未改造的5#烘烤器與改造后7#烘烤器烘烤冷修包，并每小時(shí)記錄一次對(duì)比數(shù)據(jù)，對(duì)比數(shù)據(jù)如下：

表5：7#烘烤器烤小修包

表6：7#烘烤器烤周轉(zhuǎn)

通過以上數(shù)據(jù)分析可得以下結(jié)論：

（1）烘烤結(jié)束并關(guān)火保持包蓋蓋住1小時(shí)后對(duì)比，7#位鋼包高溫點(diǎn)及低溫點(diǎn)溫度各處均高于5#位位鋼包，因而單一從升溫能力比較，7#烘烤器優(yōu)于未改造的5#烘烤器；

（2）7#烘烤器消耗煤氣總用量為5875m3/h（烘烤器自動(dòng)統(tǒng)計(jì)量），5#烘烤器消耗煤氣總量10482m3/h，節(jié)能率為43.95%；節(jié)能效果明顯。

5 總結(jié)

智能二代蓄熱式烘烤器改造后，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目前期定立的目標(biāo)，具備智能烘烤能力，降低現(xiàn)場(chǎng)人員操作強(qiáng)度，減少因認(rèn)為操作原有導(dǎo)致的烘烤故障，設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行6個(gè)月以上無故障，持續(xù)穩(wěn)定的30%以上的節(jié)能效果，可以為鞍鋼煉鋼總廠每年增加700余萬元的節(jié)能收入。