本發(fā)明涉及一種煉鐵熱風(fēng)爐富氧燒爐的節(jié)能裝置及方法，屬于煉鐵廠熱風(fēng)爐燒爐系統(tǒng)及節(jié)能減排領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

熱風(fēng)爐是鋼鐵企業(yè)煉鐵系統(tǒng)最重要的工藝設(shè)備，安全、穩(wěn)定、高效的熱風(fēng)爐對煉鐵廠整體的運(yùn)行尤為重要，同時由于熱風(fēng)爐的能源消耗龐大，所以開發(fā)熱風(fēng)爐的節(jié)能方法也是鋼鐵企業(yè)節(jié)能的重要一環(huán)。太鋼煉鐵廠五高爐采用4座新日鐵外燃式熱風(fēng)爐，空氣、煤氣雙預(yù)熱，摻燒部分焦?fàn)t煤氣實(shí)現(xiàn)1250℃的風(fēng)溫。我們通過分析計算，將助燃空氣氧含量提高1％～7％，在維持熱風(fēng)爐的熱效率，保證1250℃的風(fēng)溫條件下，可節(jié)約焦?fàn)t煤氣，增加高爐煤氣消耗量。為此我們發(fā)明了一種煉鐵熱風(fēng)爐富氧燒爐的方法，用于節(jié)約熱風(fēng)爐的焦?fàn)t煤氣，進(jìn)而降低熱風(fēng)爐的整體用能成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種煉鐵熱風(fēng)爐富氧燒爐的節(jié)能裝置及方法，對熱風(fēng)爐助燃空氣管道富入一定量的氧氣，進(jìn)而減少熱風(fēng)爐的焦?fàn)t煤氣用量，降低熱風(fēng)爐的用能成本；同時還能夠滿足熱風(fēng)爐的工藝要求，同時還要保證熱風(fēng)爐運(yùn)行安全，防止發(fā)生由于局部氧氣富集引起的安全事故。

本發(fā)明提供了一種煉鐵熱風(fēng)爐富氧燒爐的節(jié)能裝置，包括連接氧氣大管網(wǎng)與富氧插管之間的氧氣主管道，在氧氣主管道上設(shè)置壓力表、流量表、調(diào)節(jié)閥組、過濾器、阻燃器設(shè)備，氧氣主管道的末端設(shè)有富氧插管；富氧插管一端插入助燃空氣管中，另一端通過法蘭與氧氣主管道連接，其安裝方向垂直于助燃空氣管，且富氧插管的端部為斜面，且該斜面背向助燃空氣流向。

所述富氧插管通過法蘭與氧氣主管道連接，在助燃空氣管外側(cè)設(shè)有連接套管，富氧插管與連接套管通過法蘭連接。

本發(fā)明提供了一種煉鐵熱風(fēng)爐富氧燒爐的節(jié)能方法，包括以下內(nèi)容：

(1)控制氧氣流量，通過氧氣管道的流量計進(jìn)行控制，范圍為：0～10000Nm³/h；

(2)控制氧含量，根據(jù)設(shè)在助燃空氣管內(nèi)部的氧含量檢測儀進(jìn)行控制，氧含量控制范圍為：20％～30％。氧含量控制是保證富氧燒爐系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

(3)氧含量比例控制，通過助燃空氣流量V以及要求控制的設(shè)定富氧比例A反算出富氧流量L，即：L＝V×A。

富氧燒爐的關(guān)鍵控制在于助燃空氣富氧率的控制，在助燃空氣支管流量計精確的條件下，可采用助燃空氣流量控制。根據(jù)燃燒四個支管的空氣量自動調(diào)整富氧量。因?yàn)闊犸L(fēng)爐在控制過程中經(jīng)常要進(jìn)行換爐而且在整個燃燒過程中根據(jù)計算機(jī)的控制燃燒的煤氣量會不斷變化，所以富氧量也要隨之變化，才能保證燃燒控制的穩(wěn)定。若流量計不準(zhǔn)，推薦采用助燃空氣氧含量率控制，即在助燃空氣上安裝氧含量檢測儀。富氧燒爐燃燒控制是整個裝置的核心，氧氣流量控制、氧含量控制和氧含量比例控制的有機(jī)結(jié)合，既保證了控制系統(tǒng)的精確性，同時也保證了熱風(fēng)爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明的有益效果：

(1)本發(fā)明用于對煉鐵廠熱風(fēng)爐的助燃空氣中均勻富入氧氣，通過相關(guān)的燃燒控制手段調(diào)整熱風(fēng)爐的用能結(jié)構(gòu)，并能保證熱風(fēng)爐安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行；

(2)大大節(jié)約了煉鐵廠熱風(fēng)爐焦?fàn)t煤氣的消耗，改變了煉鐵熱風(fēng)爐燃料氣體消耗結(jié)構(gòu)，達(dá)到節(jié)約焦?fàn)t煤氣，降低熱風(fēng)爐用能成本的目的；對于焦?fàn)t煤氣比較緊張，成本控制比較嚴(yán)格的鋼企來說探索了一條新的節(jié)能之路。

附圖說明

圖1為熱風(fēng)爐富氧后各種介質(zhì)隨富氧率變化的消耗曲線圖。

圖2為熱風(fēng)爐富氧燒爐系統(tǒng)流程圖。

圖3為富氧插管的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為圖3的右視圖。

圖5為富氧燒爐控制系統(tǒng)圖。

圖中1為截止閥，2為過濾器、3為一級調(diào)壓閥，4為二級調(diào)壓閥，5為流量孔板，6為流量調(diào)節(jié)閥，7為安全閥，8為逆止閥，9為截止閥，10為富氧插管，11為助燃空氣管，12為第一法蘭，13為第二法蘭，14為連接套管，15為熱風(fēng)爐，16為熱風(fēng)爐助燃空氣支管流量計，17為空氣預(yù)熱器，18為助燃風(fēng)機(jī)；A為助燃空氣流向。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例：

本發(fā)明的理論依據(jù)如下：

(1)理論燃燒溫度的計算式如下：

式中，t理為理論燃燒溫度，℃；Q低為燃料低發(fā)熱值，kj/kg；Vn為單位質(zhì)量燃?xì)獾臒煔怏w積，m3/kg；C產(chǎn)為煙氣比定壓熱容，kj/(m3.K)。

由以上公式可知，在燃料產(chǎn)物比定壓熱容和燃料種類不變的情況下，隨著氧氣體積分?jǐn)?shù)的增加，燃燒化學(xué)反應(yīng)速度加快，煙氣體積量減少，理論燃燒溫度會逐漸提高。因此利用氧氣置換焦?fàn)t煤氣，可保持熱風(fēng)爐出口風(fēng)溫。

(2)理論計算

根據(jù)上述理論，結(jié)合熱工理論的其它計算方法，對熱風(fēng)爐的助燃空氣富氧后熱風(fēng)爐各種運(yùn)行參數(shù)及介質(zhì)消耗的計算見下表1。

計算表明，隨著富氧率的提高，高爐煤氣的消耗量逐漸增大，空氣消耗量逐漸減少，焦?fàn)t煤氣的消耗比例逐漸減少，熱風(fēng)爐煙氣量減少幅度很小，熱風(fēng)爐的熱效率基本維持在81％的水平。高爐煤氣量、焦?fàn)t煤氣量、助燃空氣量及廢氣量隨富氧率的變化趨勢圖可見圖1。從圖1可更直觀的發(fā)現(xiàn)，隨著助燃空氣中氧氣的不斷增加，焦?fàn)t煤氣和助燃空氣用量同時下降，高爐煤氣用量上升，廢氣量基本維持不變。

結(jié)論：煉鐵熱風(fēng)爐燒爐用氧氣替代焦?fàn)t煤氣在理論上是可行的，同時能保證熱風(fēng)爐的正常燒爐溫度及熱效率。

本實(shí)施例按最大富氧量10000Nm³/h將氧氣富入高爐熱風(fēng)爐進(jìn)行了相關(guān)管路的設(shè)計，管路工藝流程見圖2。系統(tǒng)主要由DN400-250氧氣主管道一條，同時配套了壓力、流量檢測儀表、調(diào)節(jié)閥組、過濾器、阻燃器、富氧插管、支架。在氧氣主管道上依次設(shè)有截止閥1、過濾器2、一級調(diào)壓閥3、二級調(diào)壓閥4、流量孔板5、流量調(diào)節(jié)閥6、安全閥7、逆止閥8、截止閥9，富氧插管10插入助燃空氣管11內(nèi)。

如圖2～4所示，本發(fā)明的煉鐵熱風(fēng)爐富氧燒爐的節(jié)能裝置，包括連接氧氣大管網(wǎng)與富氧插管之間的氧氣主管道，在氧氣主管道上設(shè)置壓力表、流量表、調(diào)節(jié)閥組、過濾器、阻燃器設(shè)備，氧氣主管道的末端設(shè)有富氧插管10；富氧插管10一端插入助燃空氣管11中，另一端通過法蘭與氧氣主管道連接，其安裝方向垂直于助燃空氣管11，且富氧插管10的端部為斜面，且該斜面背向助燃空氣流向。

所述富氧插管10通過第一法蘭12與氧氣主管道連接，在助燃空氣管11外側(cè)設(shè)有連接套管14，富氧插管10與連接套管14通過第二法蘭13連接。

本發(fā)明提供了一種煉鐵熱風(fēng)爐富氧燒爐的節(jié)能方法，包括以下內(nèi)容：

(1)控制氧氣流量，通過氧氣管道的流量計進(jìn)行控制，范圍為：0～10000Nm³/h；

(2)控制氧含量，根據(jù)設(shè)在助燃空氣管內(nèi)部的氧含量檢測儀進(jìn)行控制，氧含量控制范圍為：20％～30％。氧含量控制是保證富氧燒爐系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

(3)氧含量比例控制，通過助燃空氣流量V以及要求控制的設(shè)定富氧比例A反算出富氧流量L，即：L＝V×A。

富氧燒爐的關(guān)鍵控制在于助燃空氣富氧率的控制，在助燃空氣支管流量計精確的條件下，可采用助燃空氣流量控制。根據(jù)燃燒四個支管的空氣量自動調(diào)整富氧量。因?yàn)闊犸L(fēng)爐在控制過程中經(jīng)常要進(jìn)行換爐而且在整個燃燒過程中根據(jù)計算機(jī)的控制燃燒的煤氣量會不斷變化，所以富氧量也要隨之變化，才能保證燃燒控制的穩(wěn)定。若流量計不準(zhǔn)，推薦采用助燃空氣氧含量率控制，即在助燃空氣上安裝氧含量檢測儀。富氧燒爐燃燒控制是整個裝置的核心，氧氣流量控制、氧含量控制和氧含量比例控制的有機(jī)結(jié)合，既保證了控制系統(tǒng)的精確性，同時也保證了熱風(fēng)爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

富氧燒爐報警設(shè)置及強(qiáng)制切斷：

(1)報警設(shè)置：

①流量報警：氧氣主管流量報警，報警值10000Nm³/h

②富氧率報警：報警值4％

③含氧率報警：報警值25％

④壓力報警：氧氣調(diào)節(jié)閥后壓力HH＝30KPa、LL＝12KPa

⑤氧氣快速切斷閥故障時報警

⑥氧氣溫度≥60℃報警

(2)強(qiáng)制切斷：

①快切閥后氧氣壓力最高30KPa，最低壓力12KPa；否則應(yīng)關(guān)閉快速切斷閥，停止送氧；

②助燃風(fēng)機(jī)停止，應(yīng)關(guān)閉快速切斷閥，停止送氧；

③熱風(fēng)爐所有支管流量為0或所有助燃空氣管道燃燒閥(4個)都關(guān)閉時，應(yīng)關(guān)閉快速切斷閥，停止送氧；

④空氣管道壓力劇烈波動時(≥±5KPa/min)，關(guān)閉氧氣快速切斷閥；

⑤流量調(diào)節(jié)閥、壓力調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障時，關(guān)閉氧氣快速切斷閥；

⑥氧氣溫度≥70℃時，關(guān)閉氧氣快速切斷閥；

該裝置投入試用后，隨著富氧率的不斷提高，節(jié)約的焦?fàn)t煤氣越來越多，特別是從2016年1月份開始，富氧率已穩(wěn)定在4％，焦?fàn)t煤氣用量減少5800m³/h，剔除增加的高爐煤氣用量及氧氣量，按照當(dāng)前各介質(zhì)的結(jié)算價格，每年可直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益630萬元，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能目的。