富氧燃燒在鋼鐵工業的運用

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本文作者：毛艷麗、曲余玲、王涿 單位：鞍鋼技術中心

1990年，林德公司又在世界上首次將美國鐵姆肯公司的鋼材加熱爐轉換成全氧燃（全部用工業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。氧燃可使爐子能力提高，加熱時間縮短，燃料消耗降低，氧化鐵皮減少，CO2和NOx排放減少。在此基礎上，林德公司又開發出了DFI（直接火焰沖擊）氧燃技術和無焰燃燒技術（REBOX）。

DFI氧燃技術及其應用

DFI氧燃技術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動中的帶鋼。其優點是熱效率高（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氧燃設備示意圖見圖1。

DFI氧燃技術于2002年用于瑞典奧托昆普Nyby廠不銹帶鋼退火線，使其生產能力提高50%（從23t/h提高到35t/h）。2006年和2007年分別用于德國蒂森Finnentrop廠的鍍鋅線和Bruckhausen廠的鍍鋅鋁線的退火爐。2009年，DFI氧燃技術又用于韓國POSCO浦項廠的連退線。蒂森Finnentrop鍍鋅線安裝DFI設備后，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氧燃技術的預清潔特性，取消了之前采用的清洗段。Bruckhausen鍍鋅鋁線安裝DFI設備后，生產能力從70t/h提高到90t/h。

無焰氧燃技術及其應用

無焰燃燒指的是肉眼看不到或不容易檢測到火焰的燃燒方式，由于火焰被煙道氣稀釋，得到溫度較低但傳播較寬的火焰，因此火焰實際不可見。無焰燃燒在時間和空間上都發生了延伸，擴展成較大的體積，因此又被稱為體積燃燒。有兩種途徑可以實現無焰燃燒，即將部分煙道氣再循環到燒嘴稀釋火焰，或將燃料和氧氣單獨高速噴吹。在由反應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火焰體積均勻反應。林德公司開發的REBOX無焰氧燃技術原理見圖2。無焰氧燃燒嘴使燃燒氣體在爐內有效分散，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無焰氧燃技術在瑞典奧托昆普公司首次應用起，至今世界上已有30多座爐子采用此技術，包括安賽樂米塔爾、法國Ascométal、奧地利B?hler-Uddeholm、巴西優斯米納斯、瑞典Ovako和SSAB、挪威Scana鋼公司以及我國東北特鋼等公司，應用的爐型有步進梁式爐、懸鏈式爐、均熱爐、環形爐等。安賽樂米塔爾美國Shelby廠2007年將其無縫管軋制線上的環形爐由富氧5%的空燃燃燒方式轉換成無焰氧燃方式，采用的是林德REBOX無焰氧燃技術。林德提供的無焰氧燃燒嘴是雙模式的，即先作為傳統氧燃燒嘴加熱，爐內溫度達到760℃以后再轉換成無焰氧燃燒嘴模式。因為在760℃以上時，燃料自動點火，稀釋的火焰可達到更有利的無焰氧燃狀態。Shelby廠環形爐采用無焰氧燃技術后，加熱能力提高了25%以上，燃料節約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個排煙通道僅保留了1個，另2個被關閉。

富氧燃燒具有減少廢氣排放、加熱速度快，縮短加熱時間、靈活適應工況條件變化、提高生產率等優點，在國外軋鋼工業爐上的應用效果表明，采用DFI氧燃方式能使帶鋼處理線生產能力提高30%以上，采用無焰氧燃方式在使爐子處理能力提高1/4，燃料用量和氧化鐵皮生成量減半的同時，還能使NOx排放低于70mg/MJ。目前國內鋼鐵企業節能挖潛工作不斷深入，我國對“十二五”期間NOx排放明確提出了減少10%的要求，富氧燃燒將是我國鋼鐵企業軋鋼生產實現節能和減排NOx的最佳選擇。