烟气反吹技术在蓄热式加热炉CO 减排中的应用

孙 宝， 丁国伟

（河北钢铁集团唐山分公司一钢轧厂， 河北 唐山 063000）

随着国家对环境的重视程度越来越高，大气污染物排放成为国家关注的焦点。蓄热式轧钢加热炉由于其特殊的工艺特点，煤气并不能完全燃烧利用，在燃烧过程中，换向阀与蓄热式烧嘴之间的煤气会被直排到大气中，从而造成烟气中存在大量的CO。大量CO 直接排放到大气中存在诸多危害，其中主要包括以下几种：

1）大量煤气直接外排，造成环境污染。

2）造成能源的大量浪费，如果能够充分回收利用，可以有效降低加热炉煤气消耗。

3）蓄热箱中残余的煤气随烟气外排时，会与蓄热箱中的煤气发生二次燃烧，由于燃烧温度高于蓄热体的荷重软化温度，造成蓄热体损坏，并增加NOx排放量。

因此蓄热加热炉的CO 排放问题已经成为亟待解决的严重的环保问题，如果不能从根本上解决，可能对环境造成严重的污染，甚至造成环保停产的严重后果。

1 技术改进与创新

河北钢铁集团唐山分公司（以下简称唐钢）一钢轧厂1 700 mm 线两座加热炉采用的都是空、煤双蓄热燃烧技术。通过对加热炉现场实际情况进行调研，确定加热炉烟气中排放的CO 主要有两个来源：其一，加热炉燃烧过程中未能完全燃烧的CO 随烟气直接排入大气；其二，加热炉换向阀与烧嘴之间的管道中残留的煤气随烟气直接排放进入大气。而第二种原因产生的CO 排放量占全部CO 排放量的80%以上，因此解决第二种CO 排放问题是控制轧钢加热炉CO 排放的重点。

1.1 管道中残留煤气的原因

蓄热式燃烧系统由蓄热烧嘴、三通换向阀、空煤烟管道系统、风机、控制系统等组成。每个三通换向阀之前的煤气、烟气管道是相互独立的，但是三通阀到烧嘴之间的管道则是煤气和烟气共同使用的。在正常生产时，燃烧侧的烧嘴将会由燃烧状态切换到排烟状态，即三通换向阀将会由进煤气状态切换到排烟气状态，换向后公共管道内的煤气将会被抽到排烟管道中，而且由于换向阀每60 s 将换向一次，加热炉的各个控制段将会周而复始的不停的排放公共管道中的煤气，这将导致公共管道内的大量残余煤气随着加热炉排放的烟气直接排放至大气中，从而造成轧钢加热炉排放大量CO，造成严重的环境污染。

1.2 反吹系统原理

在确保原有设备不进行较大变动的情况下，考虑到可行性、成本等因素，决定利用中介气体在三通阀换向后，将三通阀和烧嘴之间的公共管道内的煤气吹到炉内进行燃烧。这样再换向时，公共管道内存在的是中介气体。然后换向阀的煤烟阀板打开，进行正常的排烟工作。这样就不会有煤气被吸入到烟气管道内了，避免了煤气浪费以及排放污染[1]。

1.3 中介气体的选择

由于技术方案中需要使用中介气体对含有大量煤气的管道进行吹扫，因此中介气体的选择必须优先保证使用的安全性，因此中介气体必须选择不含或仅含有少量氧气的气体。同时由于反吹气体的消耗量很大，因此需要选择能够稳定并大量供应的中介气体。通过以上条件进行选择，符合要求的中介气体为氩气、氮气、加热炉烟气三种。考虑到氩气和氮气使用成本较高，而加热炉烟气作为加热炉本身的排放废气，不存在成本问题，同时使用烟气作为中介气还可以降低烟气中的NOx浓度。蓄热式燃烧过程排烟过程中，由于炉气中含有一定的O2（3%～10%），当炉气进入煤气蓄热式烧嘴时，当这部分炉气中的O2会与蓄热式烧嘴中的CO 发生二次燃烧，由于蓄热箱内煤气温度和烟气温度均在1 000 ℃以上，因此此时发生的二次燃烧，会剧烈生成NOx，因此，当蓄热式烧嘴中的CO 被吹入炉内燃烧后，高温烟气进入炉内就不再会发生二次燃烧，因此也就能降低NOx的排放。

综合考虑，选择烟气作为反吹系统的中介气体。

1.4 烟气反吹系统工作过程

在煤烟引风机后的管道上，新增一台引风机，将一部分烟气引入换向阀前的管道上。风机入口设调节阀，用于调节吹扫烟气的压力和流量；风机出口接一组三通阀，用于控制反吹烟气流转。

当煤气蓄热结束后（蓄热三通阀煤气阀关闭），反吹烟气经由调节阀、新增引风机、反吹烟气流转控制三通阀进入吹扫总管道，被引入总管道的烟气通过吹扫阀（吹扫阀采用三通阀，一加和二加共用一个三通阀，均热上下两段共有一个三通阀）将蓄热三通阀和烧嘴之间公共管道内的煤气吹扫到炉内进行燃烧。吹扫结束后，通过调整反吹烟气流转三通阀的阀门阻止反吹烟气进入吹扫管道，同时蓄热三通阀烟气阀打开排烟。通过以上换向过程由反吹烟气将蓄热三通阀和烧嘴之间公共管道内残余的煤气进行了吹扫置换，使所有煤气进入炉膛内燃烧，杜绝了煤气外排。为保证吹扫效果，在煤烟总管上设一个CO 检测探头，检测实际煤烟排放值，并调节各段的吹扫时间。烟气反吹系统工作过程如图2 所示。

图2 烟气反吹系统具体工作过程

1.5 安全措施

为保证反吹系统在运行中的安全，制定了相应的安全措施，其中的内容包括：

1）在旧煤烟引风机入口和新增引风机出口各增一个残氧检测探头，用于检测煤烟烟气中的实际氧含量。当煤烟中氧含量超标时，反吹系统停止工作。

2）为防止吹扫后的残余煤气进入炉内爆炸，当各段炉温超过750 ℃时，煤气反吹才允许投用；一旦各段炉膛温度低于750 ℃，该段煤气反吹停止运行。

3）在烟气反吹风机前增加一路氮气吹扫管路，在各支管末端阀门前增加放散管路，便于在该系统启用前或者停用后对该段管路进行吹扫。

4）在控制系统中增加了安全联锁项目，当反吹风机停机等情况发生时，加热炉烟气反吹系统自动切断相应阀门停止运行。

2 实施效果

加热炉烟气反吹系统在唐钢1 700 mm 线蓄热式加热炉投入使用后，在CO 排放控制和节能降耗方面取得了非常显著的效果。

2.1 CO 排放控制效果

加热炉排放烟气中的CO 显著降低，通过对加热炉烟气反吹系统投入前后的数据对标，加热炉排放烟气的CO 含量（质量分数）有原来的最高50 000×10-6降低至2 500×10-6，平均降低幅度在90%以上，效果显著。

图3 烟气反吹系统实施前、后排放烟气中CO 浓度

2.2 加热炉节能效果

加热炉煤气消耗明显降低，吨钢煤气成本降低3.08 元/t，较之前的加热炉煤气成本降低了11%，显著降低了加热炉的煤气成本，见表1。

表1 加热炉2019 年1 月—12 月份煤气成本 元/t

3 结语

唐钢1 700 mm 线加热炉烟气反吹系投入使用，把原来直接排放到大气的CO 回收利用，解决了轧钢加热炉向大气中大量排放CO 的问题，减少了环境污染；同时降低了生产过程中的吨钢煤气消耗，取得显著的经济效益。