富氧燃烧在钢铁工业的运用

本文作者：毛艳丽、曲余玲、王涿 单位：鞍钢技术中心

1990年，林德公司又在世界上首次将美国铁姆肯公司的钢材加热炉转换成全氧燃（全部用工业氧替代空气作为氧化剂）燃烧方式，至今全世界已有120多座炉子采用此方式。氧燃可使炉子能力提高，加热时间缩短，燃料消耗降低，氧化铁皮减少，CO2和NOx排放减少。在此基础上，林德公司又开发出了DFI（直接火焰冲击）氧燃技术和无焰燃烧技术（REBOX）。

DFI氧燃技术及其应用

DFI氧燃技术即将大量的小氧燃烧嘴靠近带钢成列排布，使氧燃火焰直接冲击运动中的带钢。其优点是热效率高（约80%），单位燃耗低，加热和清洁一步完成，带钢处理能力提高30%以上。DFI氧燃设备示意图见图1。

DFI氧燃技术于2002年用于瑞典奥托昆普Nyby厂不锈带钢退火线，使其生产能力提高50%（从23t/h提高到35t/h）。2006年和2007年分别用于德国蒂森Finnentrop厂的镀锌线和Bruckhausen厂的镀锌铝线的退火炉。2009年，DFI氧燃技术又用于韩国POSCO浦项厂的连退线。蒂森Finnentrop镀锌线安装DFI设备后，镀锌线的处理能力提高了30%以上（从82t/h提高到109t/h），天然气消耗至少降低5%，NOx排放约减少20%，CO2排放减少1200t/a，且由于DFI氧燃技术的预清洁特性，取消了之前采用的清洗段。Bruckhausen镀锌铝线安装DFI设备后，生产能力从70t/h提高到90t/h。

无焰氧燃技术及其应用

无焰燃烧指的是肉眼看不到或不容易检测到火焰的燃烧方式，由于火焰被烟道气稀释，得到温度较低但传播较宽的火焰，因此火焰实际不可见。无焰燃烧在时间和空间上都发生了延伸，扩展成较大的体积，因此又被称为体积燃烧。有两种途径可以实现无焰燃烧，即将部分烟道气再循环到烧嘴稀释火焰，或将燃料和氧气单独高速喷吹。在由反应物分压控制的速度和自身温度下，燃料和氧化剂的混合物通过火焰体积均匀反应。林德公司开发的REBOX无焰氧燃技术原理见图2。无焰氧燃烧嘴使燃烧气体在炉内有效分散，而分散的火焰仍然含有相同的热能，但传播到较大的体积，因此使钢材加热更有效、均匀。另外，由于火焰被热炉气稀释，降低了火焰温度，因此避免了热力型NOx的生成。

自2003年林德公司REBOX无焰氧燃技术在瑞典奥托昆普公司首次应用起，至今世界上已有30多座炉子采用此技术，包括安赛乐米塔尔、法国Ascométal、奥地利B?hler-Uddeholm、巴西优斯米纳斯、瑞典Ovako和SSAB、挪威Scana钢公司以及我国东北特钢等公司，应用的炉型有步进梁式炉、悬链式炉、均热炉、环形炉等。安赛乐米塔尔美国Shelby厂2007年将其无缝管轧制线上的环形炉由富氧5%的空燃燃烧方式转换成无焰氧燃方式，采用的是林德REBOX无焰氧燃技术。林德提供的无焰氧燃烧嘴是双模式的，即先作为传统氧燃烧嘴加热，炉内温度达到760℃以后再转换成无焰氧燃烧嘴模式。因为在760℃以上时，燃料自动点火，稀释的火焰可达到更有利的无焰氧燃状态。Shelby厂环形炉采用无焰氧燃技术后，加热能力提高了25%以上，燃料节约50%（相比于空燃），NOx排放低于70mg/MJ，氧化铁皮的生成量减少50%。由于烟道气减少了70~80%，炉子的3个排烟通道仅保留了1个，另2个被关闭。

富氧燃烧具有减少废气排放、加热速度快，缩短加热时间、灵活适应工况条件变化、提高生产率等优点，在国外轧钢工业炉上的应用效果表明，采用DFI氧燃方式能使带钢处理线生产能力提高30%以上，采用无焰氧燃方式在使炉子处理能力提高1/4，燃料用量和氧化铁皮生成量减半的同时，还能使NOx排放低于70mg/MJ。目前国内钢铁企业节能挖潜工作不断深入，我国对“十二五”期间NOx排放明确提出了减少10%的要求，富氧燃烧将是我国钢铁企业轧钢生产实现节能和减排NOx的最佳选择。