煙氣反吹技術在蓄熱式加熱爐CO減排中的應用
摘要： 蓄熱式加熱爐在燃燒過程中,換向閥與蓄熱燒嘴之間的CO會被直接排放到大氣中,造成環境污染和能源浪費.通過研究與實踐,將煙氣反吹技術應用到蓄熱式加熱爐燃燒系統中,有效的解決了現有蓄熱式加熱爐大量殘余CO排放的問題,帶來了顯著的經濟效益和環保效益。
隨著國家對環境的重視程度越來越高，大氣污染物排放成為國家關注的焦點。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排放問題已經成為亟待解決的嚴重的環保問題，如果不能從根本上解決，可能對環境造成嚴重的污染，甚至造成環保停產的嚴重后果。
1技術改進與創新
河北鋼鐵集團唐山分公司(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。通過對加熱爐現場實際情況進行調研，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隨煙氣直接排人大氣；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人大氣。而第二種原因產生的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
蓄熱式燃燒系統由蓄熱燒嘴、三通換向閥、空煤煙管道系統、風機、控制系統等組成。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。在正常生產時，燃燒側的燒嘴將會由燃燒狀態切換到排煙狀態，即三通換向閥將會由進煤氣狀態切換到排煙氣狀態，換向后公共管道內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始的不停的排放公共管道中的煤氣，這將導致公共管道內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，造成嚴重的環境污染。
1.2反吹系統原理
在確保原有設備不進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的煤氣吹到爐內進行燃燒。這樣再換向時，公共管道內存在的是中介氣體。然后換向閥的煤煙閥板打開，進行正常的排煙工作。這樣就不會有煤氣被吸人到煙氣管道內了，避免了煤氣浪費以及排放污染。
1.3中介氣體的選擇
由于技術方案中需要使用中介氣體對含有大量煤氣的管道進行吹掃，因此中介氣體的選擇必須優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定并大量供應的中介氣體。通過以上條件進行選擇，符合要求的中介氣體為氬氣、氮氣、加熱爐煙氣三種。考慮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％一10％)，當爐氣進入煤氣蓄熱式燒嘴時，當這部分爐氣中的O2會與蓄熱式燒嘴中的CO發生二次燃燒，由于蓄熱箱內煤氣溫度和煙氣溫度均在1 000℃以上，因此此時發生的二次燃燒，會劇烈生成NOx，因此，當蓄熱式燒嘴中的CO被吹人爐內燃燒后，高溫煙氣進入爐內就不再會發生二次燃燒，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的中介氣體。
1.4煙氣反吹系統工作過程
在煤煙引風機后的管道上，新增一臺引風機，將一部分煙氣引入換向閥前的管道上。風機人口設調節閥，用于調節吹掃煙氣的壓力和流量；風機出口接一組三通閥，用于控制反吹煙氣流轉。
當煤氣蓄熱結束后(蓄熱三通閥煤氣閥關閉)，反吹煙氣經由調節閥、新增引風機、反吹煙氣流轉控制三通閥進入吹掃總管道，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的煤氣吹掃到爐內進行燃燒。吹掃結束后，通過調整反吹煙氣流轉三通閥的閥門阻止反吹煙氣進入吹掃管道，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殘余的煤氣進行了吹掃置換，使所有煤氣進入爐膛內燃燒，杜絕了煤氣外排。為保證吹掃效果，在煤煙總管上設一個CO檢測探頭，檢測實際煤煙排放值，并調節各段的吹掃時間。煙氣反吹系統工作過程如圖2所示。
1.5安全措施
為保證反吹系統在運行中的安全，制定了相應的安全措施，其中的內容包括：
1)在舊煤煙引風機人口和新增引風機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。當煤煙中氧含量超標時，反吹系統停止工作。
2)為防止吹掃后的殘余煤氣進入爐內爆炸，當各段爐溫超過750℃時，煤氣反吹才允許投用；一旦各段爐膛溫度低于750 oC，該段煤氣反吹停止運行。
3)在煙氣反吹風機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，便于在該系統啟用前或者停用后對該段管路進行吹掃。
4)在控制系統中增加了安全聯鎖項目，當反吹風機停機等情況發生時，加熱爐煙氣反吹系統自動切斷相應閥門停止運行。
2實施效果
加熱爐煙氣反吹系統在唐鋼1 700 mm線蓄熱式加熱爐投人使用后，在CO排放控制和節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投入前后的數據對標，加熱爐排放煙氣的CO含量(質量分數)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。
2.2加熱爐節能效果
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。
3結語
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，減少了環境污染；同時降低了生產過程中的噸鋼煤氣消耗，取得了顯著的經濟效益。
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