150 t转炉钢包烘烤器优化实践

王 彬，赵泽东

引言

随着生产节奏的提升，我厂原有单蓄热钢包烘烤器因蓄热能力不足，控制手段落后，存在钢包烘烤升温速度慢、烘烤温度低、煤气消耗量大等缺点，为满足生产工艺要求，降低出钢过程温降对钢包烘烤器进行双蓄热式改造。蓄热式燃烧技术又称新型蓄热式高温余热回收和空气预热技术，是高温空气燃烧技术（HTAC-high temperature air combustion）的一个部分，可以分为仅预热空气的单蓄热式和既预热空气又预热煤气的双蓄热式燃烧。对于钢包烘烤器而言，当前钢铁企业对于这两种预热方式均有利用。

1 单、双蓄热式烘烤器工作原理概述

单蓄热烘烤器仅对空气进行预热，双蓄热烘烤器对空气、煤气均进行预热。单蓄热主要用于高热值煤气，这是因为高热值燃料本身热值高，燃烧温度高，仅仅对空气预热就能达到很高的燃烧温度；同时因为空燃比大，煤气占份额较少，放弃对煤气预热，对烘烤效率影响也较小，所以，为了降低成本，高热值煤气可以采用单蓄热。而对于低热值煤气，则需要采用双蓄热烘烤方式。一方面因为煤气热值低，需要空气、煤气都进行预热才能满足烘烤器的温度要求；另一方面，低热值煤气空燃比很小，煤气占份额很大，如果放弃煤气预热，将会浪费大量烟气余热，降低烘烤器效率。

单蓄热烘烤器有2个腔室，双蓄热烘烤器则必须有4个腔室。在图1所示的基础上，独立加装另外一套同原理换热系统，2套换热系统同时工作，共用一部分蓄热体，分别对助燃空气和可燃气体进行预热，回收燃烧烟气余热。

与对流式换热器不同，蓄热式烟气与蓄热体、蓄热体与燃烧介质之间的换热是接触式的。这种接触式换热效率远远高于对流式。所以较之以往的自预热式烘烤器，蓄热式烘烤器回收烟气余热更多，烘烤效率更高。同样，单蓄热烘烤器与双蓄热烘烤器相比，双蓄热烘烤器在烟气余热回收方面则更占据较明显优势，排放烟气温度也较单蓄热烘烤器更低，但为防止蓄热体内水分以液态存在而影响使用寿命，一般控制排烟温度在100～150℃之间。

2 对原钢包烘烤器进行改造

图1 蓄热式燃烧技术原理图

2.1 单预热改为双预热

将单对助燃空气预热改造为对助燃空气与可燃煤气双预热。目的是助燃空气管路与可燃煤气管路分别通过蓄热体实现对其燃烧前预热，通过优化烧嘴实现燃烧前预混，保证煤气燃烧更加充分。

2.2 要有足量蜂窝蓄热体

蜂窝体是烟气与燃烧介质之间换热的媒介。烧嘴蓄热时，高温烟气流经蜂窝体，将其预热至较高温度，同时降低至100℃左右排出；一个周期后，换向，常温的燃烧介质流过高温的蜂窝体，被加热至高温，参与燃烧，同时，蜂窝体被冷却。蜂窝体需要有足够的热容量，方能充分回收烟气中的热量。蓄热体量不足会产生两方面问题：一方面是因为蓄热体蓄热能力不足，空气、煤气预热温度很低，大部分热量还是随着烟气排放出去，达不到节能效果；另一方面，因为蓄热能力不足，烟气温度降不下来，高温烟气会烧坏引风机、换向阀等设备。经过热平衡计算，得出结论：1000 m3/h的烟气流量需0.18 m3蓄热体。

2.3 优化布局及安保系统

原钢包烘烤器为节省管道，换向阀、引风机等设备都在包盖附近，处于高温区域，很难保证寿命，改造后的烘烤器换向阀、引风机等设备都布置在地坪，远离高温区的同时便于维护维修。对于处于高温区的元器件，如热电偶、点火器和火焰检测器等设备，都加以保护罩，并进行风冷保护。穿过包口的电缆管内均通有冷却风。可确保电气元件安全可靠运行。烘烤器设有低压保护、断电保护、熄火保护和CO超标保护，一旦发生故障则实现系统自动切断并发出声光报警。

2.4 精密控制系统

（1）精密空燃比控制。烘烤器空气管道和煤气管道上均装有流量检测装置和自动调节阀。控制系统根据空燃比和煤气流量自动调节空气量。确保了烘烤器在最佳空气燃气配比下燃烧。避免了人工粗犷调节产生的浪费，同时也消除了烘烤过程中煤气压力波动对燃烧的影响。

（2）合理的控制曲线。烘烤器具备按给定的流量曲线自动烘烤的功能。通过触摸屏设定和选择曲线，烘烤器可以自动调节空、煤气的流量以满足烘烤要求。

烘烤曲线有时间-温度曲线和时间-流量曲线两种。

时间－温度曲线控制：烘烤器具备按给定的流量曲线自动烘烤的功能。通过触摸屏选定预先设置好曲线，实现一键自动烘烤器功能；烘烤器温度曲线启动温度PID调节器，使用温度闭环控制，烘烤器分别给煤气流量调节阀和空气流量调节阀送出预先设定值，完成煤气和空气流量的PID控制。经现场测试，自动烘烤器反馈温度与设定工艺温度波动在±25℃以内。

时间－流量曲线控制：用户无法提供温升曲线的情况下，可以使用时间-流量曲线。细化流量段：通过大量实际经验和现场反馈数据，提炼数学模型，精确计算出每个升温段、保温段需要的时间和流量，现场精确修正。一个离线烘烤器周期大概设定8～12个控制段，专家模糊控制系统。

3 单、双蓄热式钢包烘烤器改造效果对比

我厂自2017年对4#烘烤器进行改造，运行一段时间以来烘烤效果相比未改造的烘烤器逐步显现其优势。两者对比效果如表1、表2。

表1 改造烘烤器煤气消耗对比

表2 改造烘烤器烘烤效果对比

根据改造烘烤器与未改造烘烤消耗数据与烘烤效果的对比，通过蓄热方式、控制手段的优化改造，首先从煤气消耗流量方面降低约25%；对于同类型钢包同烘烤时间内改造后烤包器较改造前升温约30℃，达到相同烘烤温度水平时，烘烤时间则相对未改造烤包器缩短8～9 h。

4 结语

双蓄热式烘烤器的改造能够回收更多的烟气余热，通过调整蓄热蜂窝体体积、优化控制系统等手段，在提升烘烤效果的同时能够实现煤气消耗的节约，对于其他类似单位有一定的借鉴意义。