罩式焦炉煤气中添加天然气的研究.doc

2016年全国轧钢生产技术会议罩式炉焦炉煤气中添加天然气的研究易守安 严开龙 杜克飞 林攀（马鞍山钢铁股份公司，安徽马鞍山，243000）易守安（马鞍山钢铁股份公司，安徽省马鞍山市，243000）摘要 为了提高单位燃气的净热值以此来提高马钢冷轧总厂镀锌退火炉的升温速度以及在高温区域的稳定性，在整个冷轧总厂包括罩式退火炉的焦炉煤气中添加了5%的天然气。通过对罩式炉燃烧系统的分析，对煤气和天然气及混合后燃气净热值和消耗的氧气量进行了计算；用两种方式对空燃比进行调节，对尾气的含量进行检测分析、以及对烧嘴和内罩和加热罩的影响的跟踪检查，添加5%天然气后罩式炉的空燃比按计算调整后，尾气含量能达到设计值，混合燃气对罩式炉设备及罩式炉的加热时间基本无影响。关键字 焦炉煤气；天然气；空燃比；燃烧系统Research on adding naturalgas to cokeovengas for the top hat annealing furnaceYi shouan,Yan kailong,Du kefei,Lin pan(Maanshan iron and Steel Co.Ltd,Maanshan 243000,china)Abstract: In order to improve the net calorific value of gas-fired units in order to improve the heating rate and stability in high temperature zone in the galvanizing annealing furnace in Maanshan Iron and steel in the cold rolling mill factory , including the top hat annealing furnace of coke oven gas adding 5% of the natural gas. Through the analysis of the top hat annealing furnace combustion system,the net calorific value and the consumption amount of oxygen is calculated for the cokeoven gas and natural gas and mixed gas. The tail gas content can reach the design value with two ways of air-fuel ratio regulation by analyzed the content of the tail gas for added 5% natural gas after top hat annealing furnace air-fuel ratio according to calculation of the adjustment.The influence of burner and the inner cover and the heating cover track inspection . The heating time and equipment for the top hat annealing furnace has no effect for the mixed gas.Key words: cokeovengas;naturalgas;air-fuelratio;combustionsystem.0引言全氢罩式退火炉是冷轧产品退火设备，将钢卷置于氢气氛围中经加热（700850）、保温和冷却的热处理工艺，钢卷在全氢气氛下的光亮退火1。马钢股份公司罩式退火炉由奥地利EBENR公司设计制造2，现在有48个炉台，30个加热罩，26个冷却罩，48个终冷台，设计产量为90万吨，产品种类CQ、DQ、DDQ、HSLA。钢卷的原料为酸洗冷连扎（PL/TCM）板，厚度为0.32.5mm、宽度9001575mm、最大外径1900mm、最大卷重28.35吨，原料残留油脂最大300mg/m2、残留铁粉最大150mg/m2；每个炉台可放4个钢卷、最大荷载重量107.55吨、最大堆垛高度为6155mm，内罩控制温度最大750，加热罩内顶部温度最大850。原设计燃气为焦炉煤气，冷轧总厂为了提升2#镀锌线产量需要提高单位燃气的净热值而在原有的焦炉煤气中添加了5%的天然气；罩式炉与2#镀锌线为同一根燃气主管所以也必须使用含95%的焦炉煤气和5%的天然气的燃气。罩式炉的生产工序，钢卷吊装到炉台上，选择退火程序，内罩放置在炉台上并夹紧，冷泄漏测试测试内置无泄漏，初次吹扫用氮气置换内罩空气，加热到设定温度710，然后按退火工艺保温一定时间同时进行泄漏测试，调开加热罩扣上冷却罩，冷却到设定温度160(钢卷内部温度)吊出冷却罩，吊出内罩，吊出钢卷到终冷台冷却，再装下一炉钢如此循环。1加热罩燃烧系统 加热罩燃烧系统的构成如下图1加热罩燃烧系统示意图所示；1为煤气主管，2为机动切断阀，3为煤气快速接头，4为机动调节阀，5为煤气压差流量计，6为手动调节阀，7为手动切断阀，8为电磁切断阀；9为助燃风机，10为空气机动调节阀，11为空气压差流量计，12为空气手动调节阀，13为热交换器，14为高速煤气烧嘴。图1加热罩燃烧系统示意图图1中除1和2以外其他部件均安装在加热罩上；1为煤气主管，2为煤气主管机动切断阀。3、4、5、6为加热罩上的煤气主管道控制部件，燃烧系统中3为煤气快速接头其作用是在吊入加热罩时罩上煤气主管与与炉台上的煤气管道自动对接，4 为机动调节阀调节燃烧时煤气量的大小，5为煤气压差流量计实时监控的煤气流量并反馈到控制程序以此来调节4的开口大小调节管道内燃气的流量，6为手动调节阀限制管道中的最大流量。9、10、11、12、13为加热罩上的助燃空气主管道控制部件，9助燃风机，10空气机动调节阀实时调节燃烧时空气量的大小，11空气压差流量计实时监控的空气流量并反馈到控制程序以此来调节10的开口大小调节管道内空气流量，12空气手动调节阀，13热交换器将燃烧所需的空气预热，空气经过热交换器13后预热到380400。经过加热罩上的环行管道主煤气和主空气分别输送到各个烧嘴，各个烧嘴的空气没有单独的控制元件，各个烧嘴的煤气的开关可以通过7手动切断阀手动关闭、8电磁切断阀自动关闭。14为高速煤气烧嘴，燃烧时烧嘴口上的气流速度可以达到2430米每秒，每个加热罩有8个高速煤气烧嘴，每个烧嘴单独带有点火变压器和电子点火系统及燃烧安全装置（电离监控）检查烧嘴的是否在燃烧，加热罩上主煤气压力约为200mbar，总的燃烧功率为1400KW即1200000KCal/h；每个加热罩的助燃空气的压力约为80mbar，消耗量约1500m3/h。2煤气和天然气混合后净热值和消耗的氧气量马钢焦炉煤气的成分和天然气中的成分如下表1表1马钢焦炉煤气和天然气的成分焦炉煤气的成分:AH2COCH4C2H6CO2N2O2其他52.5%8.0%23.5%2.7%2.7%10.1%0.6%401mg/m3消耗的氧气:B0.50.525000天然气的成分:ACH4C2H6C3H8C4H10(CH3)2CH2N2CO292.5%3.5%0.9%0.2%0.3%1.7%0.6%消耗的氧气:B2579900备注表1中消耗的氧气B为标准立方米气体燃烧时消耗的标准立方米纯氧量。 马钢的标准立方米焦炉煤气的净热值为3966KCal/m3,马钢的标准立方米天然气热值为8505KCal/m3，混合后的燃气标准立方米的热值为4192KCal/m3.单位标准立方米的热值提高了226KCal/m3,提高了5.6%. 通过上表1中参数，由公式1计算焦炉煤气和天然气及混合后燃气消耗的氧气量，X为消耗标准立方米纯氧气的量，公式1中，A为各成分气体的百分比含量，B为标准立方米成分气体消耗的标准立方米纯氧气。 （1）由表1中焦炉煤气和天然气的成分A及消耗的氧气B通过公式计算（1）可以得到，马钢的标准立方米焦炉煤气完全燃烧消耗的纯氧为0.90.8Nm3，,马钢的标准立方米天然气完全燃烧消耗的纯氧为2.12Nm3，混合后标准立方米的燃气完全燃烧消耗的纯氧为0.965Nm3，混合后的燃气的空气消耗为原来空气消耗的1.0627倍 。3空燃比的调节 空燃比的控制方式：加热罩的空燃比的由加热罩上的ET站的程序控制，程序通过读取空气压差流量计11、煤气压差流量计5的测量值来换算空燃比的值是否正确，11和5的测量值的单位均为Nm3；如果不正确则通过调节煤气机动调节阀4和空气机动调节阀10的开口度改变煤气和空气的含量达到设定的空燃比。 空燃比的调节的实现方式有两种，第一种是通过改变空气的压差流量计11的测量信号值使得实际值为设定值的1.0627倍，使得程序按原来的配比时空气的实际流量增加1.0627倍；第二种方式通过修改加热罩上的控制程序的空燃比值增加一个系数1.0627即可。加热罩燃烧后的废气含量设计值为CO2为7.0%、H2O为18.8%、O2为3.2%、N2为71.0%、CO含量要求在10ppm以下属于过氧燃烧，在分析加热罩内部燃烧情况时采用测量废气中CO的含量来判断其空燃比的配比是否正确。测量燃烧后的烟气所使用的仪器为德国的德图集团testo330-1 LL烟气分析仪，其测量范围为：温度-40+1000，抽力测量-9.99+40hPa，O2测量0 21vol.%，CO测量(无H2补偿)040000ppm，操作温度-20+50。在使用testo330-1 LL烟气分析仪前需要对环境进行测量，测量的环境温度为20.4、CO含量为0PPM、O2含量为21%.为了判断通过修改程序中的空燃比效果和修改压差流量计11的测量值的效果进行如下测试，测试值见下表2和表3，表2为未加天然气也为改变程序和压差流量计的烟气测量值，表3为焦炉煤气中加天然气同时改变程序中空燃比值或改变压差流量计测量值的烟气测量值，表中数据测量时间为2015年11月表2使用焦炉煤气燃烧后的烟气测量值加热罩号炉内温度CO含量PPmO2含量%357802.8962823.01549503.12665332.92858713.5表3使用焦炉煤气与天然气混合后燃烧后的烟气测量值改变压差流量计测量值后的烟气改变程序空燃比后的烟气加热罩号炉内温度CO含量PPmO2含量%加热罩号炉内温度CO含量PPmO2含量%3670429210367002.89668342621966823.0155363672801553603.2266684163502666812.7284923028812849213.4从表2中可以看出焦炉煤气未加天然气前测试的5个加热罩为过氧燃烧，过氧量平均为3.06%与设计烟气的含量3.2%基本吻合，CO的含量也都在10PPm范围内燃烧情况良好。在焦炉煤气加入天然气后从表3中可以看出：改变压差流量计测量值后的5个加热罩烟气中CO含量平均为37166PPm，氧气含量基本为零，平均缺氧量为1.85%；说明通过改变压差流量计测量值并未被起作用，分析原因为虽然改变了压差流量计显示的测量值但未被程序识别，程序只识别压差流量计测量的电信号，所以改变测量值并未起任何作用。在焦炉煤气加入天然气后从表3中可以看出：改变程序空燃比后测量的5个加热罩为过氧燃烧，过氧量平均为3.02%与设计烟气的含量3.2%基本吻合，CO的含量也都在10PPm范围内燃烧情况良好；改变程序中的空燃比后与表2中烟气含量基本一致，烟气成分测量值与设计值也基本吻合。说明计算焦炉煤气与天然气的混合气的耗氧量正确，通过程序调整空燃比后燃烧情况良好，达到了预期效果。4调节后的影响 4.1加热时间 在焦炉煤气混合天然气前及混合后对4个加热罩分别生产的CQ、DQ、DDQ的加热时间进行跟踪，记录数据如下表4加热时间所示表4加热时间加热罩号钢种钢卷厚度及总重量未加天然气加热时间加天然气后加热时间3CQ0.9mm，104吨17.8CQ0.9mm，103吨17.69CQ2.5mm，103吨16.4CQ2.5mm，105吨16.515DQ0.9mm，105吨21.1DQ0.9mm，104吨20.928DDQ2.5mm，90吨16.4DDQ2.5mm，91吨16.4 从表4中可以看出3号加热罩生产CQ同样0.9mm的钢卷、重量基本相同的情况下在加入天然气前后所使用的加热时间基本一样，9号、15号、28号加热罩生产同种规格重量基本相同的情况下在加入天然气前后所使用的加热时间也基本一样；加热时间并未受到加入天然气后净热值的提高而加快，加热时间由程序控制。 4.2对加热罩的影响 加热罩内部与燃烧加热相关的部分有烧嘴，耐火与绝热材料。通过从去年11月份到现在半年时间对表2中的5个加热罩的观察，烧嘴没有发生积碳裂纹不正常变形，原有的高速煤气烧嘴能适应混合燃气的要求使用情况良好；耐热材料由摩根公司提供，加热罩下部烧嘴部位使用的是1260赛拉切片块模块，上部使用的是128K-赛拉毯；固化剂采用的EBNER的固化剂，型号为PL.1400H PIGMENTED，通过对表2中的5个加热罩内衬半年时间的跟踪，耐热材料和固化剂未发现剥落、风蚀、过烧等不正常现象。原有的耐火