使用乳化重油炼钢节能效.doc

使用乳化重油炼钢的节能效益与热工制度邵绪斌(包头钢铁公司)摘要简要介绍了在包钢500 t平炉使用乳化重油炼钢的实践，及使用乳化重油炼钢的质量问题和有关热工制度的调整问题，论述了使用乳化重油炼钢的节能效益和推广前景。关键词炼钢乳化重油节能ENERGY SAVING AND OPERATION OF USING EMULSIFIEDHEAVY OIL ON OPEN HEARTHSHAO Xubin(Baotou Iron & Steel Co.)ABSTRACTIn this paper,the use of emulsified heavy oil on 500 t open hearth for 13 years,and some problems in steel quality solved by optimizing heating technology are described,finally the energy saving and the prospect of this technique is discussed.KEY WORDSsteelmaking,emulsified heavy oil,energy saving包钢于1982年在500 t吹氧平炉上进行了重油掺水乳化试验，取得了非常明显的节能效果。从1983年1月起正式在炼钢厂500 t大平炉推广应用，相继在轨梁厂连续加热炉，机总厂30 t平炉，烧结厂球团焙烧炉推广。包钢使用掺水(131)%的乳化重油已15年了。15年来由于乳化重油的应用已为包钢创造了4000多万元的经济效益，节约了重油10多万t，社会效益显著。1关于乳化重油炼钢的质量问题1.1重油带入的原始水包钢使用的重油是由北京东方红炼油厂和兰州炼油厂提供的，水含量为2.4 %3.2 %，1 t重油平均含水量约为0.03 t。1.2重油燃烧过程产生的水重油属直链烷烃，可以用分子式CnHm表示，重油的元素组成为：84 %88 % C，11 %12 % H，0.5 %0.8 %(O+N)，经计算烧1 t重油会生成1.08 t水。1.3重油雾化剂带入的水包钢平炉油枪采用蒸汽雾化，油汽比为10.6，烧1 t重油消耗蒸汽0.6 t。1.4燃烧过程助燃空气带入的水燃烧1 kg重油理论需空气量11 m3，平炉热工操作中，空气过剩系数控制在1.31.4 m3/kg，即烧1 t重油需空气1.5万m3。包头地区年平均气温7 ，饱和空气绝对湿度为0.07 kg/m3，相对湿度取50 %，即1 m3空气含水0.039 kg，故烧1 t重油带入炉内水为0.58 t。将以上四项相加得2.29 t，即烧1 t重油带入炉内水为2.29 t。而制造乳化重油时掺水(131)%，0.87 t重油掺入0.13 t水。包钢烧乳化油时，有意识地减少雾化蒸汽用量，油汽比控制在10.5，加上空气量减少10 %以上，从而使燃烧后的总水量减少了0.16 t，所以，使用乳化油后，炉内水量并未增加，只不过是将水用于重油乳化罢了，而乳化重油中的小水珠在高温下体积突然膨胀而产生的“微爆炸”使重油进一步雾化，达到燃烧更迅速，更完全。2使用乳化重油对钢质量的影响十几年来烧重油没发生过钢质量问题。因为使用乳化重油，炉内气氛中水没增加，反而略有减少，对钢质量不可能有影响，即便炉气中有氢存在，隔着渣层，一般不会进入钢液。1982年试验乳化油炼钢时，取钢样分析氢含量均小于510-6，1993、1994、1995、1996年又取钢样分析氢含量，结果仍然小于510-6。包钢生产的重轨钢，对氢含量的要求很严格，重轨钢产生白点的氢含量为910-5，十多年来从未因使用乳化重油炼钢，重轨钢材产生白点，低倍检验结果也未发现不合格现象。3关于乳化重油节能效果的计算包钢平炉是单上升道500 t平炉，炉床面积94.5 m2，实际装入量450 t左右。一次风一对蓄热室格子砖体积为116 m3，二次风一对蓄热室格子砖体积为227 m3，小水套角度为930，重油喷枪角度为1030，重油采用单级雾化，油压为118 MPa，雾化蒸汽压力为127 MPa，蒸汽温度为250300 ，平炉使用混铁炉铁水炼钢，废钢比为25 %。使用乳化油节能的理由说法不一，但其“微爆炸”理论还是能为多数人接受的。有些人认为使用乳化重油后可使火焰的黑度增加，从而达到节能的目的，这种理论是有前途的。而另一些人认为油中的水在高温下分解成氢和氧，氢能燃烧，达到节能的目的，从能量守恒的理论推断是站不住脚的。重油经蒸汽雾化后形成细小的油滴进入炉内，油滴在炉内的燃烧时间与油滴的大小有关，与油滴直径的平方成正比式中d油滴的直径；k燃烧速度常数/mm*s-1。包钢乳化重油的水珠直径小于6 m的占80 %90 %，正是由于油包水的小水珠“微爆炸”极大地增加了油与空气的接触面积，并均匀混合，使油在炉内燃烧得更完全，达到强化燃烧、节约能源的目的。由计算得知，18 cm3的0 的水蒸汽变成1727 (平炉炉膛内温度)的蒸汽，其体积要增大9111倍，可见“微爆炸”的威力。下面根据实际测量的数据对烧乳化重油节能量进行分析。3.1由于废气量减少而减少的热损失平炉烧重油炼钢时，一、二次风总供给量为5万m3，使用掺水为(131)%的乳化油炼钢，风量减少10 %，减少风量5000 m3。包头平均气温按7 计算，排出废气按500 计算，原每小时雾化蒸汽用量为2.02.5 t，使用乳化油后降为1.52.0 t，减少0.5 t，重油小时用量为4 t，乳化油用量仍为4 t，乳化重油4 t中有0.52 t水，使用重油和使用乳化油烟道废气中水蒸汽基本无变化，经计算由于废气量减少而减少的热损失Q13.7106 kJ/h3.2废气温度降低减少的热损失由于油滴在炉瞠中燃烧速度加快，导至平炉内高温区前移，绝大部分可燃物在炉膛内得以完全燃烧，从而使废气温度下降，根据在烟囱根部实测下降了50100 ，减少了热损失。使用乳化重油后废气总量为11.5万m3/h，废气温度下降按50 计算，废气温度下降减少热损失Q28.6106 kJ/h3.3废气中可燃物降低减少的热损失(1) 废气中一氧化碳减少根据实际测定，废气中一氧化碳含量减少0.5 %，即减少一氧化碳体积为575 m3/h，经计算得废气中可燃物降低减少的热损失Q37.3106 kJ/h(2) 废气中固体碳的减少废气中含尘量在用重油炼钢不吹氧时测定为0.21 g/m3，而用乳化油炼钢不吹氧时测定为0.15 g/m3，由于使用了乳化重油废气含尘量降低，经计算使用乳化油后由于废气中固体碳减少，热损失减少为Q411.7106 kJ/h综上所述，使用乳化重油后总的热损失(QZ)减少QZQ1+Q2+Q3+Q431.3106 kJ/h平炉平均热负荷每小时为4 t重油，使用乳化重油后，每吨乳化重油可减少热损失7.83 kJ。下面分析使用1 t乳化重油多消耗的热量。1 t 乳化重油按掺水130 kg计算，重油入炉前温度为80 ，那么130 kg从80 升至100 需热量：Q110873 kJ；从100 的水升至100 的蒸汽需热量：Q2255404 kJ；从100 蒸汽升至500 蒸汽(指排走废气的温度)需热量：Q359560 kJ；使用1 t乳化重油要多消耗热量Q40.33106 kJ。根据以上计算，每使用1 t乳化重油可减少热损失7.83106 kJ，增加热支出0.33106 kJ，因此净节约热量7.5106 kJ，占1 t重油总发热量的比例为18 %，而实际测定得到综合节油率为13.8 %，相差不多。包钢1982年使用重油炼钢和1983年以后使用乳化重油炼钢的生产数据列于表1。表 1历年生产数据Table 1Productive data over the years时间/年产钢量/万t重油耗量/万t耗氧量/万m3重油单耗/kg*t-1氧气单耗/m3*t-1198273.675.643565.848.4198376.054.483937.076.551.81991145.086.916480.558.946.11992152.835.288066.149.152.81993169.895.318972.634.652.81994167.975.128740.831.252.01995174.515.518834.230.4952.81996178.195.239533.529.3753.5由表1看出，油耗下降的原因，除使用乳化重油外，还有许多其它原因，如增加吹氧量，强化热工操作和生产调度等。 4使用乳化重油后的热工测定和热工制度的调整包钢使用乳化重油炼钢，除在1982年试验阶段进行了大量的观察和热工测定外，在10多年的使用过程中也进行了大量的考查和热工测定，并总结出不少规律。4.1火焰长度的调整与风量平炉火焰的长短确实是影响冶炼时间的重要因素。平炉冶炼对火焰长度要求是以四门终了为宜，乳化重油应用后火焰长度明显缩短，在这种情况下如果不调整风量，火焰在中门就终了。很显然，火焰短对平炉加热不利，解决办法是在原来的基础上减少10.7 %的供风量，从而使火焰过了中门，压渣的问题、加热的问题都得到解决。调整火焰长度主要是靠调整风量，但也同时要注意空气系数和氧气系数的关系。平炉冶炼实际供氧量是空气中氧和顶吹氧枪供氧之和，这个供氧量与理论需氧量之比称为氧气系数。空气系数大小只标志着平炉供风量程度而不反映平炉供风量的合理程度，因此应结合氧气系数来考查平炉生产中供风、供氧是否合理才行。从表2看出，装料期的空气系数与氧气系数都较高，所以供风量还可以减少，而在熔化期空气系数很高，氧气系数都很低，由于物料剧烈反应大量耗氧，供风量和供氧量都应增加。表 2平炉熔炼各期空气、氧气系数m3/m3Table 2Air/oxygen coefficient in every stage during hearth operationm3/m3系数装料期熔化期精炼期空气系数(n)1.792.2341.66氧气系数(m)1.980.5280.794.2火焰温度乳化重油使用后，由于二次雾化作用，油的燃烧速度明显加快，炉膛内高温区前移，实测得知，烧重油、烧乳化油火焰温度没有多大差异，对炼钢操作无影响。4.3蓄热室温度由实测得知1，使用乳化重油后，一、二次风蓄热室平均温度降低了55 ，这是由于高温区前移和废气中可燃物的减少所致，正是基于这种原因，蓄热室格子砖烧损程度减轻了，再也没有出现格子砖烧塌现象。4.4降碳速度与冶炼时间进行几个炉役的测试，发现使用乳化重油后降碳速度略有提高，冶炼时间略有缩短，渣中氧化铁含量也有所减少，可以认为烧乳化重油对冶炼时间和降碳速度没影响。4.5热工制度的调整乳化重油应用后，对热工制度进行了调整，使用重油和乳化重油的热工制度分别列入表3和表4。 表 3使用重油热工制度Table 3Heating system of heavy oil期别供油量/t*h-1供氧量/m3*h-1空气系数/m3*m-3总风量/m3*h-1补炉3.41.244 900装料4.41.362 900加热3.81.354 300兑铁水3.61.454 300吹氧前期00.55 5001.438 50064 200吹氧中期05 5001.538 500吹氧后期00.55 5001.438 50046 200精炼3.41.348 600出钢3.21.242 200表 4使用乳化重油热工制度Table 4Heating system of emulsified heavy oil期别供油量/t*h-1供氧量/m3*h-1空气系数/m3*m-3总风量/m3*h-1补炉3.41.137 000装料4.41.252 300加热3.81.245 000兑铁水3.61.346 300吹氧前期00.55 5001.332 20038 600吹氧中期05 5001.434 700吹氧后期00.55 5001.332 20038 600精炼3.41.240 400出钢3.21.134 9005关于冶炼末期的温度 自从包钢500t平炉使用重油，顶吹氧操作以来，炉顶寿命一直未过关，因此多次提高炉顶（从原来的3500mm提高到现在3800mm），使炉子容积增大。当吹氧时，炉子提温快，如遇意外情况或钢水中含碳低而停止吹氧时，短时间内问题不大，停吹氧时间长温度即会降下来，未用乳化油时已发现这个问题，所以顶吹氧平炉必