煤气热值波动对加热炉炉内气氛的影响分析

刘刚锋 陈 胜

（1.武汉钢铁（集团）公司研究院 湖北 武汉：430080；2.湖北省冶金工艺模拟工程实验室 湖北 武汉：430080）

1 概述

加热炉是冶金行业的关键设备之一，加热炉性能的好坏直接影响到产品质量的好坏，而加热炉燃料是影响加热炉性能的重要因素，因此根据生产需求合理控制、及时调节加热炉燃料热值、压力、成份、流量等参数是提高加热炉效率的有效措施。

钢铁冶金行业中副产的高炉、焦炉煤气按照不同比例混合而成的混合煤气作为热轧加热炉的主要燃料。实际生产中由于检测仪器误差和调节滞后等原因，使得混合煤气热值波动较大，而导致加热炉内气氛、燃烧温度等关键参数发生变化。极大的影响到产品表面质量控制，如钢坯氧化和脱碳等，同时也影响到加热炉的煤气消耗等技术经济指标。

2 煤气热值波动对加热炉气氛的影响

2.1 混合站煤气波动及成份变化

煤气热值波动使得燃料燃烧时空燃比等参数发生变化，从而引起加热炉理论燃烧温度、炉内气氛、湿烟气量等关键技术参数发生变化，为了高效合理利用燃料，需要通过燃烧计算后合理调节分配燃料热值，提高加热炉性能。煤气热值波动曲线图如图1所示，武钢2012年回收高炉、焦炉和转炉煤气成分数据如表1示。

图1 2012年混合站煤气热值波动趋势图

热值配比计算公式：焦煤体积百分比X，高煤体积百分比Y，焦煤热值16.59高煤热值3.73；根据已知混合煤气热值：

根据上述公式，可以算出不同加热炉对应不同混合站的煤气热值波动时，其高炉煤气、焦煤煤气的体积比也会相应发生变化，其混合后煤气组份也发生变化，具体见表2。

表1 2012年煤气成份表

表2 热值波动后混合煤气组份变化

2.2 煤气热值波动对炉内气氛的影响

炉内气氛决定于燃料成份、空气消耗系数及燃料燃烧的完全程度。实际生产中加热炉燃料为热值、成份不同的焦炉煤气和高炉煤气掺混组成的混合煤气。由于单一的焦炉煤气和高炉煤气成份不变，因此，影响炉内气氛发生变化主要原因是焦炉煤气和高炉煤气的掺混比例。掺混比例不同空燃比也不同，而空燃比变化会引起燃料完全燃烧程度发生变化，从而引起炉内气氛发生变化。

混合煤气中可燃组份在炉内燃烧化学方程式如下：

假设混合煤气中CO、CH4和H2等成份燃烧速率相同，且以混合站煤气热值平均值做为恰好完全燃烧点，根据上述公式计算热值波动时炉内燃烧产物组份变化情况如表3示。

表3 混合煤气热值最高、最低及平均值对应燃烧产物百分比

从表3可知：

（1）假设混合煤气中CO、CH4和H2等成份燃烧速率相同，当空气量维持不变时，煤气热值波动会导致二混，九混A和九混C对应的加热炉炉内燃烧工况出现剧烈波动，燃料从完全燃烧逐渐变为不完全燃烧。一部分CO和H2未能能够充分燃烧，烟气中产生大量的CO和H2，使得炉内气氛在氧化性气氛和还原性气氛中波动；

（2）生产高碳钢为主的加热炉对炉内气氛相对比较敏感，受热值波动引起炉内气氛在氧化性气氛和还原性气氛中波动对产品质量影响较大。

3 结论

（1）如果空气量维持不变，则煤气热值波动会导致炉内燃烧工况出现剧烈波动，从完全燃烧到不完全燃烧，产生大量的CO和H2炉内气氛在氧化性气氛和还原性气氛中波动。

（2）生产高碳钢为主的加热炉对炉内气氛相对比较敏感，受热值波动引起炉内气氛在氧化性气氛和还原性气氛中波动影响较大。

（3）热值波动会导致加热炉出现不完全燃烧，如上所示二混、九混A、九混C会出现明显的化学不完全燃烧损失，燃料热损失增大。

［1］于浩淼，马家骥，余威，等.煤气热值波动对加热炉的影响及解决对策［J］.工业炉，2012，（34）：38－71.

［2］刘金宝，王洪峰.明火加热炉的炉内气氛控制［J］.金属制品，2010，（5）：33－34.