直燃式煤气放散自动点火伴烧系统在宁钢的应用

吕向东，胡海青，刘永平

（宁波钢铁有限公司能源环保部，浙江宁波 315807）

1 概述

宁钢主厂区分布着高炉煤气燃烧放散管3根，转炉煤气燃烧放散管3根，焦炉煤气燃烧放散管1根，技术改造前都是传统的煤气放散系统。它们全部采用独立的焦炉煤气作为燃料气源，在整个放散系统中铺设有专门的点火伴烧管道阀门系统。冶金行业的煤气放散系统出于对安全环保的考虑，往往都是采取高空燃烧放散，宁钢的煤气放散塔高度约为60 m，相应的点火伴烧管约有80 m，在长期的运行实践中发现这80 m的点火伴烧管容易发生堵塞，从而影响煤气的正常燃烧放散。为了避免发生煤气不燃烧放散的事故，在煤气不放散时会对点火伴烧专用焦炉煤气管道进行定期的清扫维护，无形中增加了员工的工作量及安全风险。新型直燃式点火伴烧系统没有常明灯和伴烧环管，它直接利用放散的煤气作为燃料燃烧，本身起到了传统煤气放散系统中的常明灯和伴烧环管的作用，既能保证放散煤气的正常燃烧，相对于传统煤气放散系统中的常明灯平时一直烧着，又能节约大量的焦炉煤气。

2017年3月份宁钢引进了直燃式煤气放散自动点火伴烧系统，陆续对主厂区的高焦转炉煤气燃烧放散管进行了技术改造，从改造后近1年的实践来看效果显著，不仅彻底杜绝了因点火管堵塞而影响安全放散的事件发生，由于新型直燃式点火伴烧系统没有独立的燃烧系统，无需经常清扫点火管道，还有效地降低了员工的工作量及安全风险。

2 系统组成及工作原理

2.1 系统组成

系统主要部件包括点火伴烧器、火焰探测器、高压发生调理器、高压电缆及支撑组件、主控器和DCS系统。

2.2 工作原理

2.2.1 转炉煤气放散系统

从炼钢一次风机房出来的转炉煤气，如果不具备回收条件，就会通过三通阀送至转炉煤气放散塔，与此同时系统会给出相应的启动点火信号，当主控系统获得启动点火信号后，就会立即启动直燃式高空点火伴烧器点火，点燃放散的转炉煤气，装在放散塔头部的火焰探测器会将煤气燃烧情况反馈给系统，当系统确认煤气燃烧正常后，发出停止点火信号，高压发生调理器停止工作，转炉煤气正常燃烧放散。过程中如果出现煤气意外熄灭的情况，火焰探测器也会将煤气未燃烧情况反馈给系统，系统经过确认仍处于放散状态，就会再次给出启动点火信号，点燃意外熄灭的煤气，直至系统确认煤气燃烧正常后，发出停止点火信号，高压发生调理器停止工作。

2.2.2 高焦煤气放散系统

当高焦煤气主管网压力或高焦煤气柜柜位信号高于相应的设定值（具体设定值可根据工艺需要调整）时，高焦煤气放散塔放散阀打开，与此同时系统会给出相应的启动点火信号，其系统的控制动作原理与转炉煤气放散系统相一致。

3 系统主要设备

3.1 直燃式高空点火伴烧器

直燃式高空点火伴烧器自身高1.2 m，其上部高于放散管顶口约0.4 m，用支脚焊接在放散管防风罩的外壁上，每根放散管上安装2套直燃式高空点火伴烧器。放散煤气自动引入直燃式高空点火伴烧器，经过伴烧器内部的催化反应室后点火燃烧。

3.2 火焰探测组件

火焰探测器由安装在伴烧器内部的热电偶套件组成，它将检测到的煤气温度信号反馈给主控制系统，主控制系统根据煤气温度信号判断放散煤气是否点燃并正常燃烧，从而自动发出相应的点火信号。

3.3 高温高压引撑系统

从高压发生调理器到高空点火伴烧器之间的高压引线和支撑引线部分称为高温高压引撑系统。放散塔顶部平台在不放散时跟环境温度相差无几，正常燃烧放散时温度很高，这就要求高温高压引撑系统必须耐高温，并能够适应温度的急剧变化。

3.4 高压发生调理器

高压发生调理器由高压发生器和高压调理器两部分组成，高压发生器产生13000 V的高压电，再经高压调理器后输出2万～3万V的超高压电。

3.5 主控制柜

主控制柜内安装有PLC和各种信号处理器、驱动器、电源等，控制器面板上有各种信号指示灯，按钮及手动点火开关等。

4 系统工作过程及主要特点

4.1 工作过程

主控系统获得启动点火信号后，向高压发生调理器馈送220 V交流电，高压发生调理器产生的高压电，通过高压不锈钢电缆送给高空点火伴烧器内的电弧发生装置，产生面状电弧，首先点燃被引入伴烧器的放散煤气，伴烧器燃烧后就可以进一步点燃主放散管的煤气。燃烧的煤气会使装在放散塔头部的火焰探测器获得温度信号，火焰探测器将这些温度信号传送给主控制系统，当主控制系统根据这些温度信号判断放散塔正常燃烧后，给高压发生调理器发出停止点火的信号，电弧发生装置就会停止发弧，此时放散塔的煤气正常燃烧放散。之后的燃烧放散过程中如果出现煤气意外熄灭的情况，火焰探测器也会将煤气未燃烧情况反馈给系统，系统经过确认仍处于放散状态，就会再次给出启动点火信号，点燃意外熄灭的煤气，直至系统确认煤气燃烧正常后，发出停止点火信号，高压发生调理器停止工作。

4.2 主要特点

（1）使用以Siemens PLC为主体的控制系统，可靠性高，可以实现智能化管理。

（2）系统正常情况下处于自动状态，整个启动点火、判断燃烧情况、停止点火等过程全部自动进行，无需人工操作，与煤气放散自动控制系统结合起来，就能很好地应对煤气系统突发情况。当需要进行人为干预或在其他特殊情况下也可以使用半自动和手动操作。

（3）点火部件采用电梯式发弧装置，这种电弧发生装置能够产生面状电弧源，相对于线状电弧源点火成功率更高。

（4）使用火焰探测器检测放散塔的燃烧情况，正常放散期间当火焰探测器检测到未燃烧情况时，会给主控制系统反馈相应的信号，主控制系统得到未燃烧放散的信号后又会向高压发生调理器发出相应的点火信号，伴烧器重新点火，从而确保放散塔放散期间处于燃烧状态，整个过程全部由计算机系统自动完成。

（5）在自动点火放散系统中加入异常情况报警点，可以及时发现系统故障，以便做出应对。

（6）利用放散煤气作为点火伴烧气源，不再需要单独的伴烧燃料，不仅减少对独立伴烧系统的维护工作量，还可以节约大量的点火伴烧用焦炉煤气。

5 效果与效益

由新型直燃式煤气放散自动点火伴烧系统替代传统煤气放散点火伴烧系统的技术改造，通过在宁钢近1年时间的实践检验，不仅彻底地解决了传统煤气放散点火伴烧系统容易堵塞、疏通困难、增加人工点火危险性等诸多弊端，而且由于新型直燃式点火伴烧系统直接使用放散煤气作为伴烧气源，不再需要额外的点火伴烧燃料，因此为用户节约了大量的焦炉煤气。以宁钢高炉煤气放散系统为例，传统的点火伴烧系统每根放散管配有一根DN80的焦炉煤气点火伴烧管，分布着3×Ø25的长明灯以及16×Ø5的伴烧管，取伴烧管口焦炉煤气流速为6 m/s，则3根高炉煤气放散管的点火伴烧用焦炉煤气量为114.5 m3/h，采用直燃式点火伴烧系统后每年仅高炉煤气放散系统就能节约焦炉煤气约1百万m3。

6 结语

现今的冶金行业竞争激烈，安全环保压力大，直燃式煤气放散自动点火伴烧系统虽然给企业带来的经济效益有限，但它相对于传统煤气放散点火系统的诸多优点，以及预示的技术革新方向和隐含的安全环保效应在宁钢的应用实践中得到了充分的印证。