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富氧燃燒在鋼鐵工業(yè)的運(yùn)用

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富氧燃燒在鋼鐵工業(yè)的運(yùn)用

本文作者:毛艷麗、曲余玲、王涿 單位:鞍鋼技術(shù)中心

1990年,林德公司又在世界上首次將美國(guó)鐵姆肯公司的鋼材加熱爐轉(zhuǎn)換成全氧燃(全部用工業(yè)氧替代空氣作為氧化劑)燃燒方式,至今全世界已有120多座爐子采用此方式。氧燃可使?fàn)t子能力提高,加熱時(shí)間縮短,燃料消耗降低,氧化鐵皮減少,CO2和NOx排放減少。在此基礎(chǔ)上,林德公司又開(kāi)發(fā)出了DFI(直接火焰沖擊)氧燃技術(shù)和無(wú)焰燃燒技術(shù)(REBOX)。

DFI氧燃技術(shù)及其應(yīng)用

DFI氧燃技術(shù)即將大量的小氧燃燒嘴靠近帶鋼成列排布,使氧燃火焰直接沖擊運(yùn)動(dòng)中的帶鋼。其優(yōu)點(diǎn)是熱效率高(約80%),單位燃耗低,加熱和清潔一步完成,帶鋼處理能力提高30%以上。DFI氧燃設(shè)備示意圖見(jiàn)圖1。

DFI氧燃技術(shù)于2002年用于瑞典奧托昆普Nyby廠不銹帶鋼退火線,使其生產(chǎn)能力提高50%(從23t/h提高到35t/h)。2006年和2007年分別用于德國(guó)蒂森Finnentrop廠的鍍鋅線和Bruckhausen廠的鍍鋅鋁線的退火爐。2009年,DFI氧燃技術(shù)又用于韓國(guó)POSCO浦項(xiàng)廠的連退線。蒂森Finnentrop鍍鋅線安裝DFI設(shè)備后,鍍鋅線的處理能力提高了30%以上(從82t/h提高到109t/h),天然氣消耗至少降低5%,NOx排放約減少20%,CO2排放減少1200t/a,且由于DFI氧燃技術(shù)的預(yù)清潔特性,取消了之前采用的清洗段。Bruckhausen鍍鋅鋁線安裝DFI設(shè)備后,生產(chǎn)能力從70t/h提高到90t/h。

無(wú)焰氧燃技術(shù)及其應(yīng)用

無(wú)焰燃燒指的是肉眼看不到或不容易檢測(cè)到火焰的燃燒方式,由于火焰被煙道氣稀釋,得到溫度較低但傳播較寬的火焰,因此火焰實(shí)際不可見(jiàn)。無(wú)焰燃燒在時(shí)間和空間上都發(fā)生了延伸,擴(kuò)展成較大的體積,因此又被稱為體積燃燒。有兩種途徑可以實(shí)現(xiàn)無(wú)焰燃燒,即將部分煙道氣再循環(huán)到燒嘴稀釋火焰,或?qū)⑷剂虾脱鯕鈫为?dú)高速噴吹。在由反應(yīng)物分壓控制的速度和自身溫度下,燃料和氧化劑的混合物通過(guò)火焰體積均勻反應(yīng)。林德公司開(kāi)發(fā)的REBOX無(wú)焰氧燃技術(shù)原理見(jiàn)圖2。無(wú)焰氧燃燒嘴使燃燒氣體在爐內(nèi)有效分散,而分散的火焰仍然含有相同的熱能,但傳播到較大的體積,因此使鋼材加熱更有效、均勻。另外,由于火焰被熱爐氣稀釋,降低了火焰溫度,因此避免了熱力型NOx的生成。

自2003年林德公司REBOX無(wú)焰氧燃技術(shù)在瑞典奧托昆普公司首次應(yīng)用起,至今世界上已有30多座爐子采用此技術(shù),包括安賽樂(lè)米塔爾、法國(guó)Ascométal、奧地利B?hler-Uddeholm、巴西優(yōu)斯米納斯、瑞典Ovako和SSAB、挪威Scana鋼公司以及我國(guó)東北特鋼等公司,應(yīng)用的爐型有步進(jìn)梁式爐、懸鏈?zhǔn)綘t、均熱爐、環(huán)形爐等。安賽樂(lè)米塔爾美國(guó)Shelby廠2007年將其無(wú)縫管軋制線上的環(huán)形爐由富氧5%的空燃燃燒方式轉(zhuǎn)換成無(wú)焰氧燃方式,采用的是林德REBOX無(wú)焰氧燃技術(shù)。林德提供的無(wú)焰氧燃燒嘴是雙模式的,即先作為傳統(tǒng)氧燃燒嘴加熱,爐內(nèi)溫度達(dá)到760℃以后再轉(zhuǎn)換成無(wú)焰氧燃燒嘴模式。因?yàn)樵?60℃以上時(shí),燃料自動(dòng)點(diǎn)火,稀釋的火焰可達(dá)到更有利的無(wú)焰氧燃狀態(tài)。Shelby廠環(huán)形爐采用無(wú)焰氧燃技術(shù)后,加熱能力提高了25%以上,燃料節(jié)約50%(相比于空燃),NOx排放低于70mg/MJ,氧化鐵皮的生成量減少50%。由于煙道氣減少了70~80%,爐子的3個(gè)排煙通道僅保留了1個(gè),另2個(gè)被關(guān)閉。

富氧燃燒具有減少?gòu)U氣排放、加熱速度快,縮短加熱時(shí)間、靈活適應(yīng)工況條件變化、提高生產(chǎn)率等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)外軋鋼工業(yè)爐上的應(yīng)用效果表明,采用DFI氧燃方式能使帶鋼處理線生產(chǎn)能力提高30%以上,采用無(wú)焰氧燃方式在使?fàn)t子處理能力提高1/4,燃料用量和氧化鐵皮生成量減半的同時(shí),還能使NOx排放低于70mg/MJ。目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)節(jié)能挖潛工作不斷深入,我國(guó)對(duì)“十二五”期間NOx排放明確提出了減少10%的要求,富氧燃燒將是我國(guó)鋼鐵企業(yè)軋鋼生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排NOx的最佳選擇。