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          補熱氣體燒嘴在球團鏈箅機上的改造應用

          2020-11-11

          補熱氣體燒嘴在球團鏈箅機上的改造應用

          張化明1   蔡長明2   劉  2  

          1.河北鋼鐵集團邯鄲分公司,河北 邯鄲 056000;

          2.襄陽中和機電技術有限公司(武漢)研發中心,湖北 武漢 430000

          摘要:河北鋼鐵集團邯鄲分公司鏈箅機-回轉窯球團系統為200 萬t/年生產線,因需生產自熔性球團,同時需要提高紅礦比例,鏈箅機預熱Ⅱ段溫度需達到1 050~1 100℃,預熱I段溫度需要達到900℃的熱工要求,。為達到鏈箅機預熱Ⅱ段煙罩溫度要求,有效提高入窯生球強度,減少入窯球內粉末,現通過在窯尾和鏈箅機側墻加裝補熱氣體燒嘴。于2019年12月投入使用后,火焰形狀適合鏈箅機工況,長度適宜,氣體與助燃空氣混合充分燃燒完全,控制溫升更加方便易行,鏈箅機煙罩溫度場分布均勻,達到理想改造效果。

          關鍵詞:燃燒器;200WT/A球團回轉窯系統;補熱氣體燒嘴;鏈箅機預熱;鏈間溫度場


          0  引言

          為提高鏈-回-環球團對原料的適應性,通過在窯尾和鏈箅機側墻加裝補熱氣體燒嘴,以期實現:一提高球團成品球的強度;二有效縮短窯內結圈周期,降低熱耗;三通過降低窯頭燃燒器的熱負荷,減少熱力型氮氧化物的生成,從面達到一定的降氮效果。現場氣體為焦爐煤氣,熱值:3 8004 000 Kcal/m3,如表1。

          1  焦爐煤氣成份取樣


          焦爐煤氣

          CO/%

          H2/%

          CH4/%

          熱值/(KJ·m-3

          壓力/kPa

          7.73

          56.93

          22.12

          約16 000

          8

           結構特點介紹

          經綜合分析,原鏈箅機預熱Ⅱ段溫度偏低,在不大量增加回轉窯煤氣的情況下,達不到1 050~1 100℃的熱工要求。為獲得理想的溫度要求,通過如下措施進行改造:

          在鏈箅機預熱二段加裝四臺PR-300Q三通道氣體燒嘴;在窯尾處鏈箅機端墻上加裝兩臺SR1-20Q/QL三通道煤氣補熱燒嘴;側墻上的燒嘴負責箅床兩側的補熱,端墻上的燒嘴負責箅床中心部分的補熱;在鏈箅機預熱一段加裝兩臺PR-300Q三通道氣體燒嘴。

           

          圖1  側墻補熱燒嘴安裝位置示意圖

          1)鏈箅機預熱二段側墻補熱燒嘴安裝位置:預熱二段兩側,如圖1所示,序號(25)錯開,相對安裝,兩兩相隔3 000 mm,兩套燒嘴共用一臺風機。

          選用襄陽中和機電技術有限公司PR系列三通道氣體燒嘴,型號為:PR-300Q?;鹧骈L度:2.5~3.5 m,為平焰燒嘴,燒嘴燃燒能力:200300 Nm3/h,最大400 Nm3/h。燒嘴中央有人工觀察孔,一般情況下,燒嘴是在鏈箅機整體溫度在800℃以上才會投入使用,可以在送入煤氣后正常引燃和燃燒,所以不設點火裝置和火焰監測裝置,點火容易、操作簡單。低溫情況下需要使用燒嘴時,可以進行人工點火,即用點火棒伸入燒嘴中央觀察孔進行點火。燒嘴通道結構由外到內依次為:助燃風、焦爐煤氣、中心風(含觀察孔)。頭部由耐熱鋼制作,可在工作環境下抗高溫、抗氧化、腐蝕等特性。燒嘴安裝于預熱二段側墻面上,料面與頂部之間,每兩套燒嘴共用一臺助燃風機。每套燒嘴前的焦爐煤氣管路接口處配置有手動調節閥和切斷閥(有遠程關斷和現場手動關斷功能)。

          2)預熱二段窯尾燒嘴安裝于回轉窯窯尾(進料端)鏈箅機端墻上,火焰方向順著鏈箅機煙氣方向向后,共兩套燒嘴,兩套燒嘴共用一臺助燃風機。

          在回轉窯窯尾上方的鏈箅機預熱Ⅱ段縱平面壁上安裝兩臺SR1-20Q/QL三通道旋流式煤氣補熱燒嘴,氣體燃燒時形成一沿鏈箅機熱氣流方向一致的向后方細長形狀火焰,用以補充鏈箅機預熱Ⅱ段的焙燒溫度,并且形成均勻的鏈條間溫度場。SR1-20Q/QL三通道煤氣補熱燒嘴的頭部通道從外向內排布分別為:外旋助燃風通道,煤氣通道和中心風通道,外旋的助燃風和旋轉噴出的煤氣一起邊混合邊螺旋前進燃燒,可以形成細長而有剛度的規整火焰,中心部風的助燃風可以助燃中心部分的煤氣,使煤氣燃燒更為充分完全。這樣的細長有力的火焰可以有效補充鏈箅機預熱Ⅱ段的球團干球焙燒溫度的同時,形成均勻的鏈條間溫度場。SR1-20Q/QL的燃燒能力為:5001 000 m3/h,最大:1 200 m3/h,火焰最大直徑:2.5 m,長度:812 m,為長焰燒嘴。為了保證燃燒器的煤氣燃燒完全,配置合適的離心風機,風機參數如下:助燃離心風機:風量10 000 m3/h,全壓~10 kpa,配套管道DN400 mm。

          3)鏈箅機預熱一段側墻補熱燒嘴

          因為鏈箅機預熱一段煙氣管道位置較高,不利于操作和點火,所以根現場實際情況在鏈箅機預熱一段側墻上安裝兩臺補熱氣體燒嘴,加熱預熱一段的管道送來的熱煙氣,兩套燒嘴共用一臺風機,因煙氣溫度不高,需要在中心部分增加點火裝置和火焰檢測裝置。

          選用襄陽中和機電的PR系列三通道氣體燒嘴,型號為:PR-300Q?;鹧骈L度:1.5~2.5 m,為平焰燒嘴。燒嘴燃燒能力:200300 Nm3/h,最大:400 Nm3/h。燒嘴結構由外到內依次為:助燃風、焦爐煤氣、中心風、點火通道。頭部由耐熱鋼制作,可在工作環境下抗高溫、抗氧化、腐蝕等特性。燒嘴安裝于預熱一段鏈箅機側墻上,左右各一臺;兩套燒嘴共用一臺風機;每套燒嘴前的煤氣管路接口處配有手動調節閥和切斷閥(有遠程關斷和現場手動關斷功能)。

           補熱氣體燒嘴的安裝和管線布置

           

           

           

           

           

           

           

           

          圖2  輔燒安裝位置和管線布置圖

          按圖2在現場確定輔燒安裝位置和管線布置,調節閥組和控制部分安裝在鏈箅機廠房外通風且便于維護的平臺上,窯尾水平安裝兩個,鏈箅機預熱段側墻上左右各裝三臺。選用四臺離心風機,每兩臺共用一臺離心風機,安裝高度為:距篦板面1 500 mm位置。補熱氣體燒嘴的外形和安裝完成之后的現場圖片如圖3所示。

            

          窯尾補熱氣體燒嘴

            

          側墻補熱氣體燒嘴

          圖3  現場圖片

          3  現場控制和使用效果分析

          2019年12月底開始使用改造加裝后的鏈箅機補熱氣體燒嘴后,焦爐煤氣燃燒速度快、燃盡率高,火焰形狀較好,長度適宜,火焰長度和氣量均可以通過調節閥門的開度大小適時在線方便調整,見圖4。

           

           

           

           

           

           

          窯尾補熱煤氣燒嘴的火焰形狀如下

           

           

           

           

           

           

           

          鏈箅機側墻煤氣補熱燒嘴的火焰形狀如下

          圖4  煤氣補熱燒嘴的火焰形狀

           使用效果和改進空間

          通過生產實踐證明:在鏈箅機預熱段增加8個煤氣補熱燒嘴,火焰形狀適合鏈箅機工況,長度適宜,氣體與助燃空氣混合充分燃燒完全,鏈箅機預熱二段溫度達到1 0501 100℃要求,控制溫升容易,鏈間溫度場均勻,達到理想改造效果。生球團均勻預熱,為堿性球團礦的實驗成功和穩定生產提供了有利保障。

          使用補熱燒嘴后,實際生產中,鏈箅機預熱II段煙罩溫度由950—980℃升高到1050℃左右,窯中焙燒溫度由1280℃降低到1250℃以下,降低了30℃左右。但由于鏈箅機整體溫度升高,需要提高鏈箅機料層厚度來有效保護鏈箅機箅床溫度不會大幅上升,防止因持續高溫引起鏈箅機耐熱件壽命縮短。

          表2  回轉窯生產數據統計



          2019年平均數據

          2020年一季度平均數據

          窯產量噸/(t·d-1

          6 000

          6 100

          預熱二段溫度/℃

          1 030

          1 060

          球團抗壓強度/N

          2 300

          2 800

          窯結圈周期/月

          3

          6

          氮氧化物/(mg·m-3)

          600

          480

          補熱燒嘴投用后,主要有以下幾個方面的優勢:

          1)停機后升溫時間大幅度縮短。鏈-回-環從冷態開始升溫逐漸到達正常的生產狀態過程中,當鏈箅機鋪料后,溫升逐漸趨緩,直到熱球到達環冷機后溫升才相對容易,但補熱燒嘴的投用可以有效克服這一問題,使得升溫速度大幅提升,縮短時間在4小時以上。此外,由于熱源充足,升溫過程中的產生不合格球的數量大幅度降低了。

          2)對原料的適應性大幅度增強。尤其是高比例紅礦,在沒有補熱燒嘴前,通常配比不能超過20%,否則會導致球團礦強度降低,窯中結圈加速等問題。補熱燒嘴投用后,這些問題迎刃而解,入窯球的強度得到了較大提升,由原來的400 N/個球提升到800 N/個球,窯中結圈周期延長。

          3)煙氣中氮氧化物濃度降低較多。同等條件下,氮氧化物濃度由原來的600 mg/m3降低到480 mg/m3。這是因為補熱燒嘴使用導致入窯球強度提高,窯中焙燒溫度相應降低,熱力型氮氧化物產生量大幅度減少。

          根據實際使用情況,如果能夠通過自動控制系統控制各補熱氣體燒嘴的煤氣用量,助燃風用量,各閥門的開度大小調節,那么就可以實現更為穩定高效的生產工藝狀況,有利于窯況的穩定,更有利于提高球團礦的產質量,有效降低熱耗,可進一步的節能降耗。

           結語

          通過將近幾個月的生產實踐,根現場實際需求針對性地設計供貨的鏈箅機煤氣補熱燒嘴在邯鋼200 t球團生產線上的改造應用取得滿意效果,收到改造前所希望的效益,是企業降本增效的新起點。

          在窯尾和鏈箅機側墻加裝補熱氣體燒嘴是成熟的技術,既可以提高鏈箅機內煙氣氣流溫度,亦不影響鏈箅機的安全運轉,且溫度可以根據工藝需要,調節燃氣量的多少即可實現,操作簡單方便,投資少,見效快。補熱燒嘴可以明顯提高生產操作的靈活性和對原料的適應性,對降低煙氣中氮氧化物原始濃度、延長回轉窯結圈周期具有明顯效果。雖然邯鋼目前尚未生產自熔性球團,但根據目前的使用情況可以預見,補熱燒嘴對自熔性球團的生產具有重大意義。

          參考文獻

          [1]張坤悅,高曉麗,齊硯勇,等. 低NOx燃燒器的研究發展與趨勢[J].中國建材,2014,23 (5):22-24.

          [2]溶劑性球團礦生產的理論與技術 姜濤, 范曉慧, 李光輝  2014年全國煉鐵生產技術會暨煉鐵學術年會

          [3] 鐵礦氧化球團基本原理工藝及設備 傅菊英, 朱德慶,湖南長沙,中南大學出版社,2007-04

          [4]燒結球團學 付菊英,姜濤,朱德慶,湖南長沙,中南工業大學出版社,1996

          [5]湛江500萬t/a鏈箅機-回轉窯球團工藝及裝備  吳增福,鄭綏旭,《球團技術》,2016-1(13--17)

          [6]鏈箅機中氧化球團溫度場有限元分析研究  王琳 《球團技術》,2016-3(12--16)

           

          收稿日期:2020-07-17

          作者簡介:張化明(1972),男(漢族),湖北宜昌人,河鋼集團邯鄲分公司煉鐵部球團,高工副主任。。



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