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高风温对高炉强化冶炼的意义

  
评论: 更新日期:2013年11月28日

        近年,热风炉耐火材料都基本改为高温区使用硅砖,为热风炉的高风温能力奠定了硬件基础。
        热风炉提高风温的手段通常有:一是通过混入焦炉煤气、转炉煤气、天然气等高热值煤气富化低热值的高炉煤气,这要求有丰富的或过剩的高热值煤气,宝钢、武钢就采用此方法;二是通过预热助燃空气和高炉煤气,提高物理热以提高燃料的理论燃烧温度,一般要求助燃空气预热到350℃以上,煤气预热温度180℃以上。目前国内高温预热助燃空气的方法通常有自身预热法、蓄热式换热器,可将助燃空气温度预热到650℃,高温金属换热器可将助燃空气温度预热到400℃,但是这些方法都有投资高、工艺复杂、维护量大、热效率低的缺点。
        7.3发明内容
        本技术采用热管换热器和高温金属换热器两种组合预热,既充分发挥了热管换热器热效率高的特点,又充分利用了热风炉排放的废气余热,投资低,布置灵活,维护量小。
        7.3.1工艺:高炉煤气通过热管换热器一级预热到180℃;助燃空气通过热管换热器一级预热到180℃,再通过高温金属换热器二级预热到380℃;设置烟气发生炉燃烧高炉煤气产生高温烟气;热风炉废气一小部分与烟气发生炉高温烟气混合为高温金属换热器提供热烟气,其余部分与金属换热器出口废气混合进入热管换热器加热高炉煤气和助燃空气,废气排放温度150℃;尾部设抽风机克服系统阻力。工艺图见图一
        
       
        7.3.2设计参数:换热器设计的主要参数见表一、二。
        表格 1整体式热管换热器性能参数
        项目 烟气 空气 煤气 
        流量Nm3/h 358520 168000 210000 
        进口温度℃ 280-350平均315 20 60 
        出口温度℃ 165 200 200 
        阻力降mmH2O 60 60 60 
        回收热量KW  11000 11500 
       
        表格 2高温金属换热器性能参数
         烟气 空气 
        流量Nm3/h 110000 168000 
        进口温度℃ 650 200 
        出口温度℃ 350 400 
        阻力降mmH2O 41 250 
        回收热量KW 10360 
       
        7.3.3相关设备选择:高炉煤气预热温度180℃和以往没有差别,不需要特别处理,只是为了降低热损失将管道进行保温。助燃空气预热温度350℃至400℃对金属结构也无大的影响,空气阀采用普通阀门,空气调节阀采用不锈钢,管道采用锰钢并进行保温。燃烧器结构考虑了空气和煤气的温差。
        7.4实际运用
        2005年12月27日攀钢新三号高炉投用高温金属换热器(扰流子)以后风温稳定在1240-1260℃,最高日风温1263℃。投产后每月平均风温见表3(其中:2006年3月高炉炉况失常,2月和4月分别发生热风阀烧穿和高炉风机跳闸事故)。
        表格 3攀钢新三号高炉2006年风温
        时间 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 
        风温 1244 1231 1187 1203 1255 1246 1255 1248 1234 1225 1218 1187 
        焦比 462 467 551 510 470        
        利用系数 2.267 2.187 1.962 1.914 2.275        
       
        表格 4烟气发生炉及扰流子换热器的使用情况
        进入发生炉煤气温度(℃) 煤气燃烧量(m3/h) 发生炉炉膛温度(℃) 烟气进入扰流子温度(℃) 烟气出扰流子温度(℃) 助燃空气入扰流子温度(℃ 助燃空气出扰流子温度(℃) 
       
        8.高炉高风温技术的研究动向
        国内外实现高风温技术主要有掺烧高热值煤气技术、换热器预热煤气和助燃空气技术、热风炉自身预热技术、高温空气燃烧预热技术等。我国首钢等大型钢铁企业也正在积极开展高风温技术的研究。
       
        经过实践和探索,首钢认为,实现高风温可以采取的主要措施有:
       
        (1)焦炭质量、烧结矿品位和煤粉质量等原燃料条件的改善,是实现高风温的重要保障。
       
        (2)改进高炉装料制度、送风制度等操作,可以改善透气性指数和煤气初始分布,提高高炉使用高风温能力。
       
        (3)强化安全。对膨胀节位移和高炉、热风炉系统各部位的温度进行实时在线监测。
       
        (4)适当提高热风炉顶温。利用自动烧炉加大煤气燃烧量,将原来的控制顶温从1390℃提至1420℃,可提高风温15~30℃。
       
        (5)减少混风阀的开度。减少10%的冷风混入量,约提高风温15℃。
       
        (6)提高空气预热温度。空气预热温度从550℃提高至600℃,约提高风温15~20℃。
       
        (7)热风炉操作制度的优化。通过缩短热风炉燃烧期、送风期和换炉时间以及增加换炉次数等措施,实现高风温操作。
       
        同时,首钢的研究也表明,高炉风温的提高是需要条件的。高风温使用不当,不仅不利于高炉降低焦比提高喷煤,而且有可能导致高炉不顺和热风炉系统寿命的缩短。主要应该考虑以下几方面问题。
       
        (1)必须具备实施高风温的热风炉工艺流程。为实现高风温,一般可以采取富化煤气、煤气和助燃空气预热技术等;但还需考虑高热值煤气的成本和腐蚀问题。
       
        (2)热风炉、管道和吹管等设备及材料必须满足高风温要求。高风温是一个系统工程,任何一个环节出现问题,均会导致高风温技术的失败,如在风温提高后,出现送风总管位移过度膨胀,热风直吹管、鹅颈管发红,拱顶出现晶间应力腐蚀等问题。
       
        (3)高炉接受高风温的能力问题。由于受原燃料质量的影响,炉况经常出现不顺或波动等问题,即使热风炉能提高再高的风温,也会由于高炉自身的因素而使高风温的使用受到限制。
       
        (4)采用高风温会降低煤气热值和增加燃烧负荷,所以必须与高炉原燃料、大喷煤、高富氧等技术的结合,才能发挥高风温以煤代焦的节能作用。
        9.当前我国高风温技术的现状及提高风温的途径
        高风温使一项综合技术,它涉及高炉接受风温的能力的提高,热风炉供应风温的能力的增加及加热热风炉的热源的解决等各方面,另外,高风温的使用对高炉操作者来说还存在着认识上的问题,即是否真正理解提高风温的必要性,是否看到了高风温潜在的经济效益。正因如此,虽然目前在我我国高风温技术已有长足进步,但实际风温水平仍然较低,近十年来徘徊不前。1992年,我国500多座生产高炉中除宝钢高炉已连续4年风温保持在1200℃以上达1220℃之外,包钢、梅山、首钢、上钢一厂、武钢、酒钢、鞍钢、马钢、苏钢、杭钢、柳钢等厂的高炉风温仅达1000~1100℃水平,而其余400多座高炉风温在1000℃以下,这与先进国家比差距达200~300℃(国内先进高炉风温为1200~1300℃)风温低的原因主要有如下两方面:
        其一,一些有能力使用高风温的高炉,由于热风炉能力不足(限制热风炉能力的既有热风炉结构、材质等方面的原因,如陈旧的内燃式热风炉的技术改造,新的高风温外然式,顶燃式热风炉的建设及配套技术的跟进等,也有提供热风炉的高温热源不足的因素);有些高炉的热风炉有能力供更高风温,但高炉因顺行差而用不了,更有甚多的高炉即无喷煤,也未加湿,因而风温也上不去。
        其二,有些单位片面追求产量,忽视降低焦比,因而不重视风温的使用。
        基于上述分析,当前提高风温水平的途径是:
        ① 要提高对使用高风温必要性的知识,积极创造条件使用高风温,并分层次确立高风温目标。高风温对高炉冶炼利大于弊,必须尽量提高风温使用水平,但高风温又受限于高炉的不同原料和设备条件,应是不同层次意义上的高水平。按高冶金部规划,高风温使用分为三个层次:第一层次是风温达到1200~1300℃,宝钢及90年代新建或改建的原料条件好的大型高炉属于此列;第二层次是风温水平达1100~1200℃,原料条件较好,装备水平较高的高炉应以此为目标,多数重点钢铁厂和部分地方骨干厂应该努力达到;第三层次是风温水平达1000~1100℃,绝大多数的高炉都应达到并且有条件达到。
        ② 要提高热风炉供热能力,其具体措施有:要有足够的蓄热面积,单位容积的蓄热面积应达80~85㎡/m?以上;新建大高炉应用外燃式热风炉,旧高炉改造可采用改进型内燃式或顶燃式热风炉,如有条件用外燃式热风炉则更好,300m?以下高炉可用球式热风炉;热风炉座数一般应有四座(球式可用为3座),以减少因检修而对风温的影响;热风炉高温区应采用低硅和低蠕变高铝砖等性能好的耐火材料,各交叉口应采用组合砖砌筑,以提高热风炉的寿命;采用高效陶瓷燃烧器及燃烧烟气和冷风均匀分配技术,以提高热风炉效率;采用有耐火材料保护的,高效冷却的长寿热风阀。
        ③ 切实解决高温热源。应当承认,当前高风温热风炉燃烧所需煤气热值普遍不足,采用回收热风炉烟气余热来预热助燃空气和煤气,或采用自身预热法预热助燃空气是解决高风温与煤气热值差这一矛盾的有效措施。当然,焦炉煤气有余的也可配加在热风炉燃烧中,以提高热值。
        参考文献
        [1]解广安。炼铁工艺。北京:中国工人出版社,2004
        [2]高炉高风温技术的研究动向。来源:钢联资讯,2011
       

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