王騰飛 崔文靜 戴昭穎
(首鋼京唐公司煉鋼作業部)
摘 要：文章主要介紹了首鋼京唐公司高效節能鋼包蓄熱式烘烤器的工藝及改造應用。改造后應用雙蓄預熱式燃燒技術，具有高效節能和低污染排放特征。增加上位機監控管理系統,優化了鋼包烘烤控制模式。目前蓄熱式鋼包烘烤技術應用穩定，相比原烘烤器，烘烤煤氣消耗量減少30%以上，獲得了更好的節能和烘烤效果。
關鍵詞：鋼包烘烤器；蓄熱高效；節能
鋼包作為周轉鋼水的容器，不能直接上線盛裝1600℃左右的鋼水，必須提前預熱，即通過烘烤器烘烤鋼包內襯磚，達到所要求溫度，才能上線使用。鋼包烘烤質量對鋼水溫度有顯著的影響，甚至可能影響連鑄穩定生產。同時國家節能減排的政策對鋼包烘烤溫度和能耗也提出了更高的要求，所以鋼包烘烤器在煉鋼工藝中具有舉足輕重的作用。
傳統燃燒技術因大量的煙氣余熱得不到有效回收利用，熱效率低。隨著鋼鐵行業的發展，鋼包烘烤器要求火焰具有較高的燃燒溫度和一定長度及形狀的燃燒帶[1]，同時在長度方向上具有理想的溫度分布，實現內襯上下部位均勻加熱。
為有效減小煉鋼工藝溫降，采用雙蓄熱式鋼包烘烤器，降低鋼包烘烤器燃氣消耗，提高鋼包內襯烘烤均勻性，達到高效節能的目的。
1高效節能鋼包蓄熱烘烤系統
1.1蓄熱式燃燒技術
蓄熱式燃燒技術也稱高溫空氣燃燒技術(HTAC),主要通過高效蓄熱體，將空氣預熱至1000℃以上，不但可以有效提高燃燒效率和燃燒溫度，而且可以使鋼包內溫度場更加穩定均勻蓄熱式烘烤器采用雙噴嘴，燒嘴設計有預混燃燒室，空煤氣預混合后燃燒，有效提高燃燒溫度。雙噴嘴交替燃燒，促進高溫氣體充分傳熱給低溫區，減少熱量損失，實現升溫更快更均勻。高溫空氣燃燒技術[2]具有高效節能與低NOx， CO2排放等多重優越性，從根本上攻克了長期困擾鋼包烘烤煙氣余熱回收利用率低、對環境污染嚴重等重大技術難題。
蓄熱式燃燒系統主要由鼓風系統、燃氣系統和排煙系統三部分組成（見圖1 。其中，換向閥、燒嘴和控制系統是三個最為核心的設備。對于換向閥，由于其工作在高速切換的狀態，設備穩定性成為主要考察的性能指標；對于燒嘴，面向工藝應用保證烘烤質量（包括烘烤溫度和烘烤均勻性）是燒嘴結構優化的主要方向；對于控制系統，開發以減少超調量為目標的自適應控制技術是保證烘烤按曲線進行和實現節能烘烤的關鍵。
1.2烘烤曲線自動控制
蓄熱式烘烤器的控制系統采用可變雙限幅串級調節控制方法，以溫度串級并聯調節系統為主系統，如圖2。在溫度反饋控制方式中，選擇串級調節控制方法控制鋼包烘烤溫度，通過改變煤氣流量和空氣流量來實現控溫，以大修包烘烤為例，烘烤溫度與烘烤曲線吻合度高，且調節閥調節頻率較低，能有效提高調節閥使用壽命。
1.3烘烤器智能管理系統
監控系統新增上位機能實現多套鋼包烘烤器集中監控。該系統提供維護操作界面，可完成各種監視及管理功能，同時還具有烘烤優化控制模式功能，增加節能效果。上位機監控基本功能是采集烘烤過程中各種過程數據，包括煤氣流量、空氣流量、空燃比、包蓋溫度和鋼包號等，并以溫度-時間曲線方式實時顯示烘烤過程的溫度變化趨勢，實現對鋼包烘烤過程的有效跟蹤和監控。
2鋼包蓄熱式烘烤關鍵配套技術
2.1二位七通同軸換向閥
二位七通同軸換向閥成功解決了普通換向閥容易卡死、泄漏和壽命短等問題。該換向閥由柱面摩擦改為線摩擦，減小換向閥摩擦阻力，從而降低故障率。密封件采用銅滑塊自動磨損補償,防止竄氣，保證排煙溫度與燒嘴空燃比的準確性。空燃氣換向閥的控制由原固定的換向頻率,改為根據溫度變化自動調整換向周期，從而延長換向閥內驅動氣缸的使用壽命。
2.2換向時間自動調節技術
不同煙氣溫度同等的蓄熱體積情況下，通過換向時間調節來提高燃燒溫度以及換熱效率，設置換向時間自動調節系統。當煙氣溫度較低時,換向時間設置較長，增加蓄熱體蓄熱量，有效提高低溫烘烤階段空氣預熱溫度。跟蹤在線溫度變化不斷調整換向時間，延長換向閥壽命，保證空氣蓄熱溫度的同時達到極限節能的目標。
2.3烘烤煙氣量實時調節
蓄熱式鋼包烘烤產生的煙氣主要通過包沿和排煙管道排出，為達到極限節能，應降低包沿熱量逸散。烘烤過程中，煙氣量為一變化值，當蓄熱室排煙量大于實際煙氣發生量時，鋼包中負壓，會出現包沿吸冷風現象，降低烘烤溫度；當蓄熱室排煙量小于實際發生量時，包內正壓，熱煙氣從包沿逸散，能源浪費。蓄熱式烘烤技術采用煙氣流量調節技術，根據煤氣、空氣流量以及包內溫度對煙氣量進行實時調節，保持包內微正壓狀態，使鋼包既不吸冷風也不逸散熱煙氣,CO2排放大幅降低，實現節能目標的同時降低碳排放。
3 現場應用效果
高效節能鋼包蓄熱式烘烤技術在首鋼京唐公司煉鋼部運行已超過1年，設備總體運行良好。該烘烤器能夠穩定保證鋼包包蓋處烘烤溫度在1000℃以上，鋼包包底耐材溫度在800℃以上, 同時實現平均節能率30%以上，烘烤溫度曲線偏差在±45℃范圍內，大幅提高了鋼包作業的穩定性和熱狀態，降低了烘烤器的能源消耗。
4 結語
(1) 鋼包蓄熱式烘烤器主要采用高速蓄熱燒嘴、自動換向調節、煙氣量自動控制以及智能集中監控系統，以實現節能和裝備智能的目標。
(2) 蓄熱式鋼包烘烤器設備總體運行良好, 穩定保證鋼包包蓋處烘烤溫度在1000℃以上,鋼包包底耐材溫度在800P以上，平均節能率達30%以上，節能效果顯著，有效保證了鋼包的熱狀態穩定。
(3) 通過煙氣量自動調節，減少煙氣外逸, CO2排放大幅降低，實現節能目標的同時降低碳排放。
參考文獻
[1] 周 峰，戴方欽，祁 霞.蓄熱式臥式鋼包烘烤器在韶鋼的運用[J].冶金能源，2016, 35 (4) 33 -37.
[2] 尹濤.蓄熱式鋼水包烘烤裝置的設計及應用 [J] 冶金能源，2015 , 34 (5) 25 -27 .