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錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)

發(fā)布時(shí)間：

2022-11-29

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1. 引言
煉鐵工藝節(jié)能減排技術(shù)革新，正在逐漸地受到鋼鐵行業(yè)及社會(huì)各界的重視。隨著煉鐵事業(yè)的發(fā)展，高爐各項(xiàng)指標(biāo)不斷進(jìn)步，高爐系統(tǒng)燃料消耗降低的空間越來(lái)越小，高爐輔助系統(tǒng)的動(dòng)力介質(zhì)消耗在成本控制中越來(lái)越突出。因此，提高熱風(fēng)爐系統(tǒng)能源利用率，降低能源損失對(duì)煉鐵工序節(jié)能降耗也極為重要。近年來(lái)國(guó)家對(duì)低碳要求的提出，對(duì)于煉鐵產(chǎn)業(yè)而言，不僅單純是質(zhì)量和產(chǎn)能的要求，而且要符合環(huán)境保護(hù)要求。

2. 頂燃式熱風(fēng)爐節(jié)能環(huán)保的分析討論
隨著國(guó)家節(jié)能減排，以及淘汰落后產(chǎn)能的步伐加大，熱風(fēng)爐各類節(jié)能高效技術(shù)如潮流般涌現(xiàn)。安耐克公司是國(guó)內(nèi)一家集耐材制造、高爐熱風(fēng)爐技術(shù)輸出和EPC工程服務(wù)為核心業(yè)務(wù)的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，自創(chuàng)建伊始，始終專注于熱風(fēng)爐技術(shù)的自主研發(fā)與創(chuàng)新，在頂燃式熱風(fēng)爐領(lǐng)域更是積淀了十余年的熱風(fēng)爐技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)。早在2013年公司聯(lián)合首鋼國(guó)際等起草了《高爐用高效、高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐節(jié)能技術(shù)規(guī)范》，提出了熱風(fēng)爐的廢氣余熱回收利用，廢氣中CO排放限值等節(jié)能減排要求。針對(duì)日益突出的環(huán)保現(xiàn)狀，在2021年開始修訂上述規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，增加熱風(fēng)爐煙氣中污染物如氮氧化物，二氧化硫排放要求，以及熱風(fēng)爐節(jié)能評(píng)價(jià)要求，標(biāo)準(zhǔn)修訂后更好的引領(lǐng)頂燃式熱風(fēng)爐節(jié)能技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2022年9月22日，中國(guó)金屬學(xué)會(huì)煉鐵分會(huì)組織相關(guān)專家就熱風(fēng)爐節(jié)能技術(shù)在北京召開研討會(huì)，會(huì)議強(qiáng)調(diào)在開展熱風(fēng)爐節(jié)能技術(shù)研發(fā)的過程中，應(yīng)重視熱風(fēng)爐的低污染低排放技術(shù)。鄭州安耐克作為受邀單位參加，并作了題為《頂燃式熱風(fēng)爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)簡(jiǎn)介》的報(bào)告，通過分析熱風(fēng)爐節(jié)能降耗途徑及潛力，總結(jié)了噸鐵煤氣量節(jié)能影響因素，提出了頂燃式熱風(fēng)爐平均熱風(fēng)爐溫度提升措施；并從NOx的產(chǎn)生以及危害熱風(fēng)爐運(yùn)行機(jī)制角度介紹了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)技術(shù)手段和可行措施。

與會(huì)專家一致認(rèn)為，不能簡(jiǎn)單地將噸鐵煤氣消耗確定為評(píng)價(jià)熱風(fēng)爐能耗的關(guān)鍵指標(biāo)，鋼鐵企業(yè)自身熱風(fēng)爐系統(tǒng)的技改前后指標(biāo)，可以更好的反映熱風(fēng)爐技改的效果。

3. 錐柱旋切頂燃熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
燃燒器是頂燃式熱風(fēng)爐最關(guān)鍵的設(shè)備，它的性能對(duì)熱風(fēng)爐的熱效率、能耗、環(huán)保等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很大的影響。與常規(guī)的頂燃式熱風(fēng)爐燃燒器相比，錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐燃燒器在布置和結(jié)構(gòu)上均作出重大改進(jìn)，特點(diǎn)是：

① 燃燒器混合室為錐柱復(fù)合型結(jié)構(gòu)，煤氣噴口分布于錐段，空氣噴口分布于圓柱段，把傳統(tǒng)頂燃爐燃燒器的空煤氣平面旋流混合流場(chǎng)，改進(jìn)為三維空間渦旋流場(chǎng)，而且降低了燃燒器拱頂高度，做到了低投資、高效率。

② 燃燒器混合室煤氣段施工采用鋼模支撐整體澆注，煤氣環(huán)道、煤氣噴口位于錐段，頂部空間小，有利于氮?dú)獯祾摺Ｒ?guī)避了傳統(tǒng)頂燃式熱風(fēng)爐因爆燃導(dǎo)致的噴口磚移位，避免了煤氣環(huán)道氮?dú)獯祾叩拿簹鈿堄啵沤^了煤氣噴口的爆燃現(xiàn)象。此項(xiàng)設(shè)計(jì)使熱風(fēng)爐送風(fēng)、燒爐的轉(zhuǎn)換更加安全高效；

③ 燃燒器混合室位置不是溫度最高位置，內(nèi)部最高溫度不會(huì)超過1100℃，杜絕了混合室爐殼出現(xiàn)晶間應(yīng)力腐蝕的情況，同時(shí)減少了熱量損失，提高了熱風(fēng)爐整體熱效率；

④ 燃燒方式為三維混合燃燒，多層不同半徑(小于空氣流半徑)的煤氣流與空氣流形成多層同心不同徑的交叉三維混合，保證了空氣和煤氣的充分混合和燃燒，提高了理論燃燒溫度，進(jìn)而提高了熱風(fēng)溫度；

⑤ 混合氣流由于空心柱面積很小，在經(jīng)過喉口整流后形成的負(fù)壓區(qū)面積極小，保證煙氣進(jìn)入格子磚分布均勻，有效提高了蓄熱室的使用率。

4. 錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐節(jié)能環(huán)保技術(shù)介紹
① 錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐低NOx燃燒技術(shù)，多層燃燒器的布置,把燃燒器設(shè)計(jì)成錐柱旋切結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)三維渦旋強(qiáng)力混合燃燒,在實(shí)現(xiàn)同等風(fēng)溫的條件下，可減少CO的消耗，并降低NOx的生成,使熱風(fēng)爐NOx排放達(dá)標(biāo),不僅解決了CO的污染,而又沒有產(chǎn)生新的污染氣體,使之成為一種環(huán)保型高溫送風(fēng)裝備。

② 熱風(fēng)爐廢氣余熱利用技術(shù)，采用煙氣、空氣雙預(yù)熱，提高熱風(fēng)爐熱效率至85%。

③ 冷風(fēng)氣流均布技術(shù)，優(yōu)化熱風(fēng)爐爐箅子部位冷風(fēng)氣流均布，提高熱風(fēng)爐熱交換效率。

④ 自動(dòng)燃燒系統(tǒng)，利用全仿真計(jì)算模型數(shù)據(jù)，建立熱風(fēng)爐數(shù)學(xué)燒爐模型，配合三維混合燃燒器，能夠降低熱風(fēng)爐煤氣消耗3%-8%。

⑤ 優(yōu)化熱風(fēng)爐工藝操作制度，減少燃?xì)夂椭伎諝鈮毫Σ▌?dòng)，節(jié)能提效。

⑥ 安全吹掃系統(tǒng)，在燃燒器及煤氣支管加裝氮?dú)獯祾呦到y(tǒng)，保證燃燒器運(yùn)行安全。

⑦ 全燒100%低發(fā)熱值高爐煤氣，配套三座錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐，雙預(yù)熱煤氣和助燃空氣，在拱頂溫度≤1350℃情況下，獲得≥1250℃的送風(fēng)溫度，保證NOx排放量≤50mg/m³。

5. 應(yīng)用效果

2022年3月寶武集團(tuán)下屬某企業(yè)二號(hào)高爐0#熱風(fēng)爐改造投產(chǎn)，也標(biāo)著該鋼企第一座頂燃式熱風(fēng)爐投入生產(chǎn)運(yùn)行，二號(hào)高爐爐容1280m³，熱風(fēng)爐原配套3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，風(fēng)溫較低，能耗較高。自今年2月份，第一座安耐克錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐投產(chǎn)后，熱風(fēng)爐系統(tǒng)送風(fēng)溫度提高了25℃，每日出鐵量達(dá)到4411噸，噸鐵煤氣消耗降低到443m³/t(HM)，相比改造之前內(nèi)燃式熱風(fēng)爐降低了6.7%的煤氣消耗（詳見下表）。目前第二座錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐即將并網(wǎng)送風(fēng)，高爐風(fēng)溫會(huì)得到進(jìn)一步的提升，為提高煤比燃料效率、降低燃料消耗創(chuàng)造更有利的條件。

二號(hào)高爐熱風(fēng)爐技改前后對(duì)比照片

6. 錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐的應(yīng)用前景
錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐自2013年推向市場(chǎng)，至今國(guó)內(nèi)外已有180余座爐子采用這項(xiàng)技術(shù)，并通過PCT專利申請(qǐng)，取得俄羅斯、日本、烏克蘭、印度等國(guó)家專利授權(quán)，特別是在2021年，與俄羅斯MMK鋼鐵集團(tuán)簽訂7#高爐—內(nèi)燃式熱風(fēng)爐升級(jí)改造成安耐克錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐EP項(xiàng)目，以及印度JSW 5872m³高爐新建頂燃式熱風(fēng)爐EP項(xiàng)目，標(biāo)志著具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

頂燃式熱風(fēng)爐在我國(guó)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了大型化、高效化，未來(lái)頂燃式熱風(fēng)爐的發(fā)展必將是朝著高風(fēng)溫、長(zhǎng)壽命、低排放的發(fā)展方向，安耐克錐柱旋切頂燃熱風(fēng)爐自問世以來(lái)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，特別適合我國(guó)高爐新建改造使用，安耐克將持續(xù)致力于頂燃式熱風(fēng)爐的持續(xù)優(yōu)化改進(jìn)和配套耐火材料的研發(fā)生產(chǎn)，通過對(duì)爐型結(jié)構(gòu)及耐材配置不斷優(yōu)化升級(jí)，研究實(shí)現(xiàn)廢氣中污染物的低排放甚至零排放，大力推廣應(yīng)用錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐先進(jìn)技術(shù)，全面推動(dòng)熱風(fēng)爐的節(jié)能低耗發(fā)展。

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