轧钢加热炉煤气回火产生的原因分析及处理方法(钟循红)

轧钢加热炉煤气回火产生的原因及处理方法

钟循红

摘要:以大盘卷加热炉为例,通过分析使用的燃气种类、燃气特性、炉体燃烧设备的构造，分析煤气回火产生的原因、造成的危害性,提出防止发生煤气回火的相关措施及发生回火后的处理方法。

1、前言

轧钢厂使用气体燃料的加热炉在使用过程中，由于操作不当产生气体燃料在烧嘴或管道中回火是一种较常见现象。一旦发生回火，轻则烧坏燃烧设备，重则发生人身伤亡事故，所以热工专业对防止气体燃料在加热炉产生回火事故需要高度重视。

2、湘钢轧钢加热炉所使用的燃料现状及特点

湘钢轧钢加热炉所使用的燃料为高焦炉混合煤气，高炉煤气是高炉炼铁过程中所得到的一种副产品，其主要可燃成分是CO，高炉煤气因含有大量的惰性气体N2和CO2（约占63~70%）所以它的发热量不大，只有900~1000千卡/米3。由于高炉煤气热值较低，在不附加特殊预热设备的前提下，一般轧钢加热炉无法只使用高炉煤气加热钢坯原料，高炉煤气在加热炉上的利用一种是通过把空气和煤气预热到较高温度再吹入加热炉进行燃烧（目前阳江轧钢厂的蓄热式烧嘴加热炉所用方式），另一种比较普遍的是将高炉煤气与焦炉煤气按一定比例混合后吹入加热炉进行燃烧（目前湘钢所有轧钢厂加热炉所用的燃烧方式），由于冶金企业中高炉炼铁所产生的高炉煤气数量很大，充分有效的对高炉煤气加以利用，对降低吨钢能耗具有重要意义，目前湘钢的高炉煤气还无法全部利用，每年有大量高炉煤气被放散到大气中浪费掉了。

焦炉煤气是炼焦生产的付产品，焦炉煤气的可燃成分主要是H2和CH4、CO，焦炉煤气中惰性气体N2和CO 2含量很少（共约占8~16%），所以其发热量很高，约3800~4100千卡/米3。由于焦炉煤气发热量高，易燃烧，且燃烧温度高，在冶金企业中很多工序均需要焦炉煤气（如高炉冶炼、烧结焙烧等），但焦炉煤气产生量较少，现与高炉煤气的产生量之比一般为1：10，所以不能将轧钢加热炉全部使用焦炉煤气，一般将高炉煤气与焦炉煤气配合成高焦炉混合煤气使用，湘钢混合煤气的比例一般按高炉煤气60%，焦炉煤气40%的比例混合，其发热值为2000~2200千卡/米3。换算成吉焦为8.8~9.2吉焦/千立方米3。

3、煤气燃烧的基本要素

煤气中的可燃分子与氧化剂分子相接触，在一定的温度和浓度条件下，可发生燃烧反应，放出一定的热量，这就是燃烧现象。根据煤气着火的不同方式，分为两种，一种为自燃着火——由于热量的积累使炉膛内的煤气同时达到着火温度的着火方式叫做自燃着火，煤气开始正常着火燃烧的最低温度叫着火温度，各种煤气的着火温度并不相同，主要与其发热值相关。

高炉煤气着火温度为700~800℃

焦炉煤气着火温度为550~650℃

高焦炉混合煤气着火温度在两者之间，根据配合比例变化。

另一种着火方式为强迫着火，这是目前加热炉中广泛采用的着火方式，它的特点是用一高温热源先将局部的煤气点着，然后就利用这一局部燃烧反应区所放出的热量陆续把邻近的煤气加热到着火温度，从而使燃烧反应能够不断地进行下去。

在煤气燃烧过程中，火焰好象一层一层地向

前推移，火焰锋面连续向前推移的速度燃烬带

叫火焰传播速度，火焰传播速度的大小

与煤气的热值、压力、烧嘴口径等有较大关系。点火圈

火焰传播速度对燃烧装置的设计和使用相当重要，

如果煤气从烧嘴中的喷出速度超过火焰传播速度

火焰就会发生断火（或脱火）而熄灭，这主要发生在

冷炉状态点火时易出现的状况，在炉温达到着火温度以上时，脱火煤气可在炉膛内自燃着火，所以在加热技术规程中，我们规定800℃以上炉温时，可开烧嘴直接通煤气入炉

自燃着火，但炉温低于800℃必需用明火（火把）点燃烧嘴煤气。

如果煤气从烧嘴中的喷出速度小于火焰传播速度，火焰会回窜到烧嘴内，从而出现回火事故。

4、大盘卷加热炉设备构造及相关参数

大盘卷加热炉简要工作示意图如下：

加热炉主要工作原理为公司高焦炉混合煤气通过管道通入烧嘴，助燃空气由本厂助燃风机提供，经过换热器预热后也通入烧嘴，两者在烧嘴前混合后在炉内燃烧。

大盘卷加热炉烧嘴配置及相关参数如下：

烧嘴前介质压力平焰烧嘴调焰烧嘴直焰烧嘴

嘴前煤气压力（Pa）： 2500 3000 2000

嘴前空气压力(Pa)： 3000 3500 2000

介质温度

烧嘴前助燃空气： 450～500℃

烧嘴煤气：常温

5、大盘卷加热炉回火产生的原因分析及预防措施

加热炉产生回火的最主要原因是烧嘴前煤气压力突然降低，如管道煤气压力低于上述烧嘴前要求压力的时候，由于助燃风机作用，炉膛内有较高压力，在炉温较高的情况下，燃烧的煤气将通过烧嘴向煤气管道内燃烧，造成回火事故。

烧嘴前煤气压力突然降低的原因有下面几种

一是公司煤气加压站故障，造成管道未端用户煤气压力降低，预防措施是在大盘卷加热炉自动操作系统中根据烧嘴参数设置了报警连锁，在煤气主管压力低于3500Pa时，操作系统应自动报警，在煤气主管压力低于3000 Pa时，自动操作系统启动煤气阀门自动切断，强制停炉。另外在大盘卷加热技术操作规程中，我们规定在煤气主管压力低于3500 Pa，系统自动报警后，加热工应及时关闭部分烧嘴，顺序为从炉后（加热段）向炉前（均热段），如通过关闭部分烧嘴使煤气压力维持在3500 Pa以上，可继续降速生产，如煤气压力继续下降，则需立即关闭所有烧嘴阀门停产。

二是操作不当，造成局部煤气低压，加热炉电脑自动操作系动在设定了需要炉膛温度后，系统可根据设定所需温度，通过电气自动调节每段煤气管道阀门开启度的方式调

节每段炉膛的煤气入炉量，从而调节每段炉膛温度。大盘卷加热炉共有6个段阀，控制后面的75个烧嘴。此种调节方式存在一个隐患，在需要快速降温时，由于煤气管道上的段阀关闭太快、太小，造成段阀与烧嘴间的一段管道内煤气压力低于烧嘴前所需安全压力，从而形成部分烧嘴回火，此种现象在湘钢多个轧钢厂发生过。预防措施是在09年7月，在与大盘卷加热炉设计方凤凰公司进行技术交流时，请其拿出解决方案，将大盘卷加热炉所有段阀的开启度设定了最小值（不低于10%），这样就可以保证段阀与每个烧嘴间的局部煤气管道能处于安全压力以上，如需快速降温，在段阀已关到最小（10%）后，还需岗位人员上炉关闭烧嘴阀门，这样虽然增加了岗位人员的工作量，但提高了加热炉设备的安全性。

三是在助燃风机转换过程中操作失误，也易发生回火事故，大盘卷加热炉配备了两台助燃风机，两台风机通过管道并连，采用一用一备方式工作，每台风机与加热炉之间连接管道上都有阀门控制，工作风机后的阀门（出风阀）开启，不工作的风机后阀门（出风阀）必需关闭。在两台风机需要转换时，应按下述步骤进行：

易出现操作失误现象：A、在备用风机开启前，先打开了备用风机前后阀门，使原运转风机的风量部分从并连管道经备用风机进风口流出，造成部分烧嘴前风量倒流，煤气无法喷出在烧嘴内燃烧。C、先关闭原运转风机电源，后关闭原风机后阀门。出现事故与A项相同。

6、加热炉发生回火事故后的处理措施

加热炉发生轻微回火事故后，应首先开大烟道闸板，减少炉膛内压力，其次再根据

回火事故原因，加大烧嘴前煤气（或空气）压力，使火焰锋面向炉膛方向移动。如发现较大回火现象，切不可马上关闭回火煤气烧嘴阀门，应先关闭其它无问题烧嘴阀门，向煤气管道内注入氮气，降低管道内煤气浓度，逐步关小回火管道阀门，在煤气灭火后，方可关闭烧嘴阀门。在管道回火过程中，可通过水浇管道方法降温，浇水点应由远到近，严禁直接向烧红管道浇水，以防管道破裂，加大事故的严重性。

2010-4-8