【技术文摘】天然气喷吹在永钢烧�...

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（来源：中国炼铁网）

吉建国 张 彬 余文瑶 蒋晨停 鲁方良 朱 磊

（江苏永钢集团有限公司炼铁厂）

摘 要 本论文主要探讨了天然气喷吹系统在永钢烧结中的应用。随着钢铁工业碳减排的压力增大，烧结工序降碳势在必行。永钢烧结系统存在固体燃料消耗高、成本高和碳排放量大的问题。为解决这些问题，永钢引入了天然气喷吹系统，并对其进行了设计、安全性能研究和应用效果评估。

关键词 天然气喷吹系统 降碳 评估 永钢烧结

1 引言

1.1 烧结工序的减碳压力

钢铁工业碳排放量超18亿吨/年，占全国碳排放总量的15%，其中烧结工序CO₂排放量达2亿吨。我国提出“确保2030年前碳达峰”的目标，烧结是重点工序，推动钢铁行业绿色低碳发展是我国“双碳”战略重点。

1.2 永钢烧结系统现状

永钢炼铁厂烧结分厂现有3台烧结机，烧结原料中褐铁矿和杂矿配比较高，导致烧结固体燃料消耗居高不下，燃料成本高，碳排放量相对较大。

2 天然气喷吹系统设计

2.1 设计原则

天然气喷吹系统的设计原则包括安全、智能、经济和灵活。在设计时需考虑防泄漏、防火、防爆等安全因素，同时要实现操作简便智能，减少人工干预，并能根据生产条件自动调整喷吹参数，在不影响烧结矿产量和质量的前提下降低燃料成本。

2.2 喷吹原理及位置确定

天然气的喷吹原理是助燃风与天然气混合后进入烧结料层，在燃烧带上部燃烧放热，延长上层物料的高温保持时间，改善料层上部的成矿条件。

在喷吹位置的选择上喷吹位置距离点火炉越近效果越好，但综合考虑安全性和喷吹效果等因素，永钢烧结的天然气喷吹罩最终选择覆盖在烧结机5# - 10#风箱上方的烧结料面。

2.3 喷吹设计参数

天然气喷吹系统安装在永钢炼铁厂-烧结分厂1号450m2烧结机上，采用国家专利技术，天然气喷吹能力不低于0.5Nm³/t - s。具体参数见表1。

2.4 天然气喷吹状态下的数值模拟

为防止天然气逃逸，并且避免横向漏风对天然气分布的影响，永钢烧结的天然气喷吹罩进风口处设有导流板，罩体侧面与台车栏板之间设有导流密封结构。

烧结料面天然气喷吹状态（局部）数值模拟结果显示，到达烧结料面附近时，天然气已与空气充分混合，天然气的体积浓度远低于爆炸极限的下限。

2.5 天然气喷吹系统组成

天然气喷吹系统由送气管路、调节阀组、喷吹装置、控制系统组成。

3 安全性能研究及其运用

3.1 安全防护措施

在喷吹天然气过程中，出现可能造成危险的异常情况时，相应的安全措施（超压自动泄放、联锁快速切断、自动充氮保护等）可自动执行。

3.1.1 超压自动泄放

减压阀后设泄放口，串联安装防爆膜、现场压力表、安全阀及阻火器，管道内超压时高处泄放，防爆膜爆破点设定为 100kPa，安全阀设定点为 100kPa。

3.1.2 连锁快速切断

满足任意停机条件，自动执行系统停机程序（关闭天然气供气管路上的三道快切阀等阀门，并可根据实际情况确定是否自动充氮保护）。

3.1.3 自动充氮保护

在紧急停机后，自动向天然气供气总管快切阀下游的天然气管路和喷吹管排内通氮气 2min（设定值，可根据需要调整），然后自动关闭所有阀门。

3.2 自动停机条件

3.2.1 减压阀失效

7个不同的压力检测值（1个位于减压阀组后的天然气供气总管上，6个位于喷吹罩前的天然气支管上）中的任意一个高于 8kPa时自动停机。

3.2.2 烧结机停机、主抽风机停机、主抽风机吸力不足、料层透气性差

烧结机电流低于10A；主抽风机转速低于700rpm；喷吹罩内压力高于0Pa；烟道负压低于10kPa 或波动较大等任意一个条件满足时自动停机。

3.2.3 天然气泄漏

喷吹装置周边的天然气泄漏报警装置报警时自动停机。

3.2.4 料面超温或着火

喷吹罩内设有在线热成像装置，实时监测罩内料面温度及意外着火状态，料面温度超过设定值时自动停机。

3.2.5 料层有较大空洞、喷吹流量异常、抽风能力变化

喷吹罩内压力突变；任意模块流量超过120Nm3/h；大烟道压力出现明显波动时自动停机。

3.3 料面视频监测

通过料面视频监测，能够快速让中控了解料面的温度以及料面情况，便于中控能够及时发现问题，解决问题。

4 喷吹操作

喷吹操作的灵活性、智能性明显：

4.1 喷吹流量自动调节

设定天然气喷吹总量有两种方式——小时流量、吨矿喷吹量。设定了“小时流量”，可实现定量喷吹，喷吹量不随生产波动变化；设定了“吨矿喷吹量”，天然气喷吹总流量可根据上料量的变化实时自动调节。各模块的喷吹流量根据预先设定的比例系数自动分配。

4.2 喷吹高度自动调节

天然气喷吹高度可调，既能人工调节也能自动调节。人工调节——在“单动”模式下，通过分别设定比例系数可单独调节各模块内的管排高度，在“全动”模式下，通过设定比例系数可实现所有模块管排同时升降；自动调节——在“联锁”状态下，天然气喷吹管排高度随烧结料层厚度的变化实时自动调节。

4.3 定制化喷吹

在设定天然气喷吹总流量后，分别设定各模块的比例系数，系统自动计算各模块分配的喷吹流量，可实现“等量喷吹”、“梯级喷吹”、“全模块喷吹”、“任意模块选择性喷吹”等定制化喷吹模式。

4.4 一键操作便捷性

设定好天然气喷吹总量、喷吹高度和各模块比例系数后，点击“自动喷吹”，系统自动计算各模块分配的天然气喷吹流量设定值，可一键开启天然气喷吹系统，据各模块的天然气流量检测值实时自主调节流量调节阀，使各模块实际流量达到设定值。

点击“氮气自动吹扫”，自动执行吹扫程序，氮气管路、天然气管路上的所有远程控制阀门的开关状态由控制系统自动控制，从1#模块到6#模块，逐个模块自动通氮气2min，吹扫完毕后，所有远程控制阀门自动关闭。

点击“系统停机”，或联锁自动停机时，自动执行停机程序，天然气总管快切阀和调节阀自动关闭。然后1#~6#各模块同时自动通氮气2min，吹扫完毕后，所有远程控制阀门自动关闭。

5 应用效果

5.1 节能降本减碳

永钢1号450m²烧结机天然气喷吹量为200Nm³/h时，固体燃料配比降低0.12%，相当于吨烧结矿天然气喷吹量0.38~0.43Nm³/t-s，可节省固体燃料消耗量2.0kg/t-s。（单位核实下）在当前价格下可降低燃料成本0.3元/t。按年产420万吨烧结矿计算，1号450m²烧结机每年可减少CO₂排放约3万吨。

5.2 成品质量变化

由图五可见，喷吹前后烧结机料面明显改善，喷吹天然气对提高烧结机料层表面烧结矿质量有利！

6 参考文献

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