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锥柱旋切顶燃式热风炉节能环保技术

发布时间:
2022/11/29

1.  引言
炼铁工艺节能减排技术革新,正在逐渐地受到钢铁行业及社会各界的重视。随着炼铁事业的发展,高炉各项指标不断进步,高炉系统燃料消耗降低的空间越来越小,高炉辅助系统的动力介质消耗在成本控制中越来越突出。因此,提高热风炉系统能源利用率,降低能源损失对炼铁工序节能降耗也极为重要。近年来国家对低碳要求的提出,对于炼铁产业而言,不仅单纯是质量和产能的要求,而且要符合环境保护要求。

2.  顶燃式热风炉节能环保的分析讨论
随着国家节能减排,以及淘汰落后产能的步伐加大,热风炉各类节能高效技术如潮流般涌现。安耐克公司是国内一家集耐材制造、高炉热风炉技术输出和EPC工程服务为核心业务的国家高新技术企业,自创建伊始,始终专注于热风炉技术的自主研发与创新,在顶燃式热风炉领域更是积淀了十余年的热风炉技术研发与创新经验。早在2013年公司联合首钢国际等起草了《高炉用高效、高风温顶燃式热风炉节能技术规范》,提出了热风炉的废气余热回收利用,废气中CO排放限值等节能减排要求。针对日益突出的环保现状,在2021年开始修订上述规范标准,增加热风炉烟气中污染物如氮氧化物,二氧化硫排放要求,以及热风炉节能评价要求,标准修订后更好的引领顶燃式热风炉节能技术的推广应用。

2022年9月22日,中国金属学会炼铁分会组织相关专家就热风炉节能技术在北京召开研讨会,会议强调在开展热风炉节能技术研发的过程中,应重视热风炉的低污染低排放技术。郑州安耐克作为受邀单位参加,并作了题为《顶燃式热风炉节能环保技术简介》的报告,通过分析热风炉节能降耗途径及潜力,总结了吨铁煤气量节能影响因素,提出了顶燃式热风炉平均热风炉温度提升措施;并从NOx的产生以及危害热风炉运行机制角度介绍了相应的应对技术手段和可行措施。

与会专家一致认为,不能简单地将吨铁煤气消耗确定为评价热风炉能耗的关键指标,钢铁企业自身热风炉系统的技改前后指标,可以更好的反映热风炉技改的效果。

3.  锥柱旋切顶燃热风炉结构特点
燃烧器是顶燃式热风炉最关键的设备,它的性能对热风炉的热效率、能耗、环保等经济指标有很大的影响。与常规的顶燃式热风炉燃烧器相比,锥柱旋切顶燃式热风炉燃烧器在布置和结构上均作出重大改进,特点是:

① 燃烧器混合室为锥柱复合型结构,煤气喷口分布于锥段,空气喷口分布于圆柱段,把传统顶燃炉燃烧器的空煤气平面旋流混合流场,改进为三维空间涡旋流场,而且降低了燃烧器拱顶高度,做到了低投资、高效率。

② 燃烧器混合室煤气段施工采用钢模支撑整体浇注,煤气环道、煤气喷口位于锥段,顶部空间小,有利于氮气吹扫。规避了传统顶燃式热风炉因爆燃导致的喷口砖移位,避免了煤气环道氮气吹扫的煤气残余,杜绝了煤气喷口的爆燃现象。此项设计使热风炉送风、烧炉的转换更加安全高效;

③ 燃烧器混合室位置不是温度最高位置,内部最高温度不会超过1100℃,杜绝了混合室炉壳出现晶间应力腐蚀的情况,同时减少了热量损失,提高了热风炉整体热效率;

④ 燃烧方式为三维混合燃烧,多层不同半径(小于空气流半径)的煤气流与空气流形成多层同心不同径的交叉三维混合,保证了空气和煤气的充分混合和燃烧,提高了理论燃烧温度,进而提高了热风温度;

⑤ 混合气流由于空心柱面积很小,在经过喉口整流后形成的负压区面积极小,保证烟气进入格子砖分布均匀,有效提高了蓄热室的使用率。

4.  锥柱旋切顶燃式热风炉节能环保技术介绍
① 锥柱旋切顶燃式热风炉低NOx燃烧技术,多层燃烧器的布置,把燃烧器设计成锥柱旋切结构,实现三维涡旋强力混合燃烧,在实现同等风温的条件下,可减少CO的消耗,并降低NOx的生成,使热风炉NOx排放达标,不仅解决了CO的污染,而又没有产生新的污染气体,使之成为一种环保型高温送风装备。

② 热风炉废气余热利用技术,采用烟气、空气双预热,提高热风炉热效率至85%。

③ 冷风气流均布技术,优化热风炉炉箅子部位冷风气流均布,提高热风炉热交换效率。

④ 自动燃烧系统,利用全仿真计算模型数据,建立热风炉数学烧炉模型,配合三维混合燃烧器,能够降低热风炉煤气消耗3%-8%。

⑤ 优化热风炉工艺操作制度,减少燃气和助燃空气压力波动,节能提效。

⑥ 安全吹扫系统,在燃烧器及煤气支管加装氮气吹扫系统,保证燃烧器运行安全。

⑦ 全烧100%低发热值高炉煤气,配套三座锥柱旋切顶燃式热风炉,双预热煤气和助燃空气,在拱顶温度≤1350℃情况下,获得≥1250℃的送风温度,保证NOx排放量≤50mg/m³。

5.  应用效果

2022年3月宝武集团下属某企业二号高炉0#热风炉改造投产,也标着该钢企第一座顶燃式热风炉投入生产运行,二号高炉炉容1280m³,热风炉原配套3座内燃式热风炉,风温较低,能耗较高。自今年2月份,第一座安耐克锥柱旋切顶燃式热风炉投产后,热风炉系统送风温度提高了25℃,每日出铁量达到4411吨,吨铁煤气消耗降低到443m³/t(HM),相比改造之前内燃式热风炉降低了6.7%的煤气消耗(详见下表)。目前第二座锥柱旋切顶燃式热风炉即将并网送风,高炉风温会得到进一步的提升,为提高煤比燃料效率、降低燃料消耗创造更有利的条件。

二号高炉热风炉技改前后对比照片

6.  锥柱旋切顶燃式热风炉的应用前景
锥柱旋切顶燃式热风炉自2013年推向市场,至今国内外已有180余座炉子采用这项技术,并通过PCT专利申请,取得俄罗斯、日本、乌克兰、印度等国家专利授权,特别是在2021年,与俄罗斯MMK钢铁集团签订7#高炉—内燃式热风炉升级改造成安耐克锥柱旋切顶燃式热风炉EP项目,以及印度JSW 5872m³高炉新建顶燃式热风炉EP项目,标志着具有中国自主知识产权的顶燃式热风炉技术达到了国际领先水平。

顶燃式热风炉在我国已经初步实现了大型化、高效化,未来顶燃式热风炉的发展必将是朝着高风温、长寿命、低排放的发展方向,安耐克锥柱旋切顶燃热风炉自问世以来,取得了显著的经济效益和社会效益,特别适合我国高炉新建改造使用,安耐克将持续致力于顶燃式热风炉的持续优化改进和配套耐火材料的研发生产,通过对炉型结构及耐材配置不断优化升级,研究实现废气中污染物的低排放甚至零排放,大力推广应用锥柱旋切顶燃式热风炉先进技术,全面推动热风炉的节能低耗发展。