一种炼铁热风炉富氧烧炉的节能装置及方法与流程

本发明涉及一种炼铁热风炉富氧烧炉的节能装置及方法，属于炼铁厂热风炉烧炉系统及节能减排领域。

背景技术：

热风炉是钢铁企业炼铁系统最重要的工艺设备，安全、稳定、高效的热风炉对炼铁厂整体的运行尤为重要，同时由于热风炉的能源消耗庞大，所以开发热风炉的节能方法也是钢铁企业节能的重要一环。太钢炼铁厂五高炉采用4座新日铁外燃式热风炉，空气、煤气双预热，掺烧部分焦炉煤气实现1250℃的风温。我们通过分析计算，将助燃空气氧含量提高1％～7％，在维持热风炉的热效率，保证1250℃的风温条件下，可节约焦炉煤气，增加高炉煤气消耗量。为此我们发明了一种炼铁热风炉富氧烧炉的方法，用于节约热风炉的焦炉煤气，进而降低热风炉的整体用能成本。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种炼铁热风炉富氧烧炉的节能装置及方法，对热风炉助燃空气管道富入一定量的氧气，进而减少热风炉的焦炉煤气用量，降低热风炉的用能成本；同时还能够满足热风炉的工艺要求，同时还要保证热风炉运行安全，防止发生由于局部氧气富集引起的安全事故。

本发明提供了一种炼铁热风炉富氧烧炉的节能装置，包括连接氧气大管网与富氧插管之间的氧气主管道，在氧气主管道上设置压力表、流量表、调节阀组、过滤器、阻燃器设备，氧气主管道的末端设有富氧插管；富氧插管一端插入助燃空气管中，另一端通过法兰与氧气主管道连接，其安装方向垂直于助燃空气管，且富氧插管的端部为斜面，且该斜面背向助燃空气流向。

所述富氧插管通过法兰与氧气主管道连接，在助燃空气管外侧设有连接套管，富氧插管与连接套管通过法兰连接。

本发明提供了一种炼铁热风炉富氧烧炉的节能方法，包括以下内容：

(1)控制氧气流量，通过氧气管道的流量计进行控制，范围为：0～10000Nm³/h；

(2)控制氧含量，根据设在助燃空气管内部的氧含量检测仪进行控制，氧含量控制范围为：20％～30％。氧含量控制是保证富氧烧炉系统安全运行的关键因素。

(3)氧含量比例控制，通过助燃空气流量V以及要求控制的设定富氧比例A反算出富氧流量L，即：L＝V×A。

富氧烧炉的关键控制在于助燃空气富氧率的控制，在助燃空气支管流量计精确的条件下，可采用助燃空气流量控制。根据燃烧四个支管的空气量自动调整富氧量。因为热风炉在控制过程中经常要进行换炉而且在整个燃烧过程中根据计算机的控制燃烧的煤气量会不断变化，所以富氧量也要随之变化，才能保证燃烧控制的稳定。若流量计不准，推荐采用助燃空气氧含量率控制，即在助燃空气上安装氧含量检测仪。富氧烧炉燃烧控制是整个装置的核心，氧气流量控制、氧含量控制和氧含量比例控制的有机结合，既保证了控制系统的精确性，同时也保证了热风炉安全、稳定运行。

本发明的有益效果：

(1)本发明用于对炼铁厂热风炉的助燃空气中均匀富入氧气，通过相关的燃烧控制手段调整热风炉的用能结构，并能保证热风炉安全、稳定、高效的运行；

(2)大大节约了炼铁厂热风炉焦炉煤气的消耗，改变了炼铁热风炉燃料气体消耗结构，达到节约焦炉煤气，降低热风炉用能成本的目的；对于焦炉煤气比较紧张，成本控制比较严格的钢企来说探索了一条新的节能之路。

附图说明

图1为热风炉富氧后各种介质随富氧率变化的消耗曲线图。

图2为热风炉富氧烧炉系统流程图。

图3为富氧插管的结构示意图。

图4为图3的右视图。

图5为富氧烧炉控制系统图。

图中1为截止阀，2为过滤器、3为一级调压阀，4为二级调压阀，5为流量孔板，6为流量调节阀，7为安全阀，8为逆止阀，9为截止阀，10为富氧插管，11为助燃空气管，12为第一法兰，13为第二法兰，14为连接套管，15为热风炉，16为热风炉助燃空气支管流量计，17为空气预热器，18为助燃风机；A为助燃空气流向。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

本发明的理论依据如下：

(1)理论燃烧温度的计算式如下：

式中，t理为理论燃烧温度，℃；Q低为燃料低发热值，kj/kg；Vn为单位质量燃气的烟气体积，m3/kg；C产为烟气比定压热容，kj/(m3.K)。

由以上公式可知，在燃料产物比定压热容和燃料种类不变的情况下，随着氧气体积分数的增加，燃烧化学反应速度加快，烟气体积量减少，理论燃烧温度会逐渐提高。因此利用氧气置换焦炉煤气，可保持热风炉出口风温。

(2)理论计算

根据上述理论，结合热工理论的其它计算方法，对热风炉的助燃空气富氧后热风炉各种运行参数及介质消耗的计算见下表1。

计算表明，随着富氧率的提高，高炉煤气的消耗量逐渐增大，空气消耗量逐渐减少，焦炉煤气的消耗比例逐渐减少，热风炉烟气量减少幅度很小，热风炉的热效率基本维持在81％的水平。高炉煤气量、焦炉煤气量、助燃空气量及废气量随富氧率的变化趋势图可见图1。从图1可更直观的发现，随着助燃空气中氧气的不断增加，焦炉煤气和助燃空气用量同时下降，高炉煤气用量上升，废气量基本维持不变。

结论：炼铁热风炉烧炉用氧气替代焦炉煤气在理论上是可行的，同时能保证热风炉的正常烧炉温度及热效率。

本实施例按最大富氧量10000Nm³/h将氧气富入高炉热风炉进行了相关管路的设计，管路工艺流程见图2。系统主要由DN400-250氧气主管道一条，同时配套了压力、流量检测仪表、调节阀组、过滤器、阻燃器、富氧插管、支架。在氧气主管道上依次设有截止阀1、过滤器2、一级调压阀3、二级调压阀4、流量孔板5、流量调节阀6、安全阀7、逆止阀8、截止阀9，富氧插管10插入助燃空气管11内。

如图2～4所示，本发明的炼铁热风炉富氧烧炉的节能装置，包括连接氧气大管网与富氧插管之间的氧气主管道，在氧气主管道上设置压力表、流量表、调节阀组、过滤器、阻燃器设备，氧气主管道的末端设有富氧插管10；富氧插管10一端插入助燃空气管11中，另一端通过法兰与氧气主管道连接，其安装方向垂直于助燃空气管11，且富氧插管10的端部为斜面，且该斜面背向助燃空气流向。

所述富氧插管10通过第一法兰12与氧气主管道连接，在助燃空气管11外侧设有连接套管14，富氧插管10与连接套管14通过第二法兰13连接。

本发明提供了一种炼铁热风炉富氧烧炉的节能方法，包括以下内容：

(1)控制氧气流量，通过氧气管道的流量计进行控制，范围为：0～10000Nm³/h；

(2)控制氧含量，根据设在助燃空气管内部的氧含量检测仪进行控制，氧含量控制范围为：20％～30％。氧含量控制是保证富氧烧炉系统安全运行的关键因素。

(3)氧含量比例控制，通过助燃空气流量V以及要求控制的设定富氧比例A反算出富氧流量L，即：L＝V×A。

富氧烧炉的关键控制在于助燃空气富氧率的控制，在助燃空气支管流量计精确的条件下，可采用助燃空气流量控制。根据燃烧四个支管的空气量自动调整富氧量。因为热风炉在控制过程中经常要进行换炉而且在整个燃烧过程中根据计算机的控制燃烧的煤气量会不断变化，所以富氧量也要随之变化，才能保证燃烧控制的稳定。若流量计不准，推荐采用助燃空气氧含量率控制，即在助燃空气上安装氧含量检测仪。富氧烧炉燃烧控制是整个装置的核心，氧气流量控制、氧含量控制和氧含量比例控制的有机结合，既保证了控制系统的精确性，同时也保证了热风炉安全、稳定运行。

富氧烧炉报警设置及强制切断：

(1)报警设置：

①流量报警：氧气主管流量报警，报警值10000Nm³/h

②富氧率报警：报警值4％

③含氧率报警：报警值25％

④压力报警：氧气调节阀后压力HH＝30KPa、LL＝12KPa

⑤氧气快速切断阀故障时报警

⑥氧气温度≥60℃报警

(2)强制切断：

①快切阀后氧气压力最高30KPa，最低压力12KPa；否则应关闭快速切断阀，停止送氧；

②助燃风机停止，应关闭快速切断阀，停止送氧；

③热风炉所有支管流量为0或所有助燃空气管道燃烧阀(4个)都关闭时，应关闭快速切断阀，停止送氧；

④空气管道压力剧烈波动时(≥±5KPa/min)，关闭氧气快速切断阀；

⑤流量调节阀、压力调节阀出现故障时，关闭氧气快速切断阀；

⑥氧气温度≥70℃时，关闭氧气快速切断阀；

该装置投入试用后，随着富氧率的不断提高，节约的焦炉煤气越来越多，特别是从2016年1月份开始，富氧率已稳定在4％，焦炉煤气用量减少5800m³/h，剔除增加的高炉煤气用量及氧气量，按照当前各介质的结算价格，每年可直接产生经济效益630万元，达到了预期的节能目的。