目前，低碳經濟已成(cheng)為世界關注的(de)(de)(de)焦(jiao)點。鋼鐵生產過(guo)程中，煉鐵工序是(shi)CO2的(de)(de)(de)排放(fang)大(da)(da)戶，占我國CO2總排量(liang)的(de)(de)(de)10%。現代(dai)(dai)高(gao)爐(lu)(lu)冶煉所(suo)需(xu)(xu)能(neng)(neng)源(yuan)是(shi)以碳素燃燒為基(ji)礎，需(xu)(xu)要(yao)消耗(hao)大(da)(da)量(liang)焦(jiao)炭(tan)、煤粉，其中熱(re)風(feng)(feng)提供的(de)(de)(de)熱(re)量(liang)占所(suo)需(xu)(xu)能(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)19%。熱(re)風(feng)(feng)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)量(liang)是(shi)由(you)高(gao)爐(lu)(lu)煤氣燃燒獲得的(de)(de)(de)，通過(guo)熱(re)風(feng)(feng)爐(lu)(lu)將廉價的(de)(de)(de)能(neng)(neng)源(yuan)轉換(huan)成(cheng)高(gao)溫(wen)熱(re)風(feng)(feng)以此(ci)來替代(dai)(dai)部分昂貴的(de)(de)(de)冶金焦(jiao)。高(gao)風(feng)(feng)溫(wen)成(cheng)為推動煉鐵技術進步和產生經濟效(xiao)益的(de)(de)(de)有效(xiao)途徑，其重要(yao)性不言而喻(yu)。
進(jin)一步(bu)利用好高爐煤氣，大力提高風(feng)溫，不僅(jin)僅(jin)是(shi)工藝技(ji)術的簡單問題，已(yi)成(cheng)為提升鋼鐵企業核心競爭力的重要任務。
要獲(huo)得高(gao)(gao)(gao)風溫(wen)(wen)，通常(chang)采用(yong)附加(jia)高(gao)(gao)(gao)熱值煤氣或(huo)采用(yong)燃(ran)燒(shao)爐(lu)，這都需消耗更多(duo)的(de)煤氣，不可避免地排出更多(duo)的(de)廢氣。雖然節約了(le)焦炭(tan)，但實(shi)(shi)際上是浪費(fei)了(le)能(neng)源，在(zai)講究循環經濟的(de)形勢下，其(qi)實(shi)(shi)整體效果是不經濟的(de)。常(chang)規煙氣余熱對熱風爐(lu)空氣和(he)煤氣進行雙預(yu)熱，一般只可將預(yu)熱對象預(yu)熱到200℃左右，再進一步提高(gao)(gao)(gao)風溫(wen)(wen)的(de)作用(yong)有限。要達到1200℃以(yi)上的(de)高(gao)(gao)(gao)風溫(wen)(wen)標(biao)準，不采用(yong)其(qi)他技術手(shou)段是不可能(neng)實(shi)(shi)現的(de)。
實(shi)施高溫空氣(qi)燃燒(shao)技術(shu)是提高風溫的一個重(zhong)要(yao)措(cuo)施，在低熱(re)值煤(mei)氣(qi)條件下(xia)，能夠有效(xiao)實(shi)現(xian)熱(re)風爐的高效(xiao)率、高風溫、與(yu)低投(tou)入的運(yun)行。高效(xiao)回收(shou)利用(yong)廢(fei)煙氣(qi)余(yu)熱(re)進行預熱(re)，將是我國今后(hou)鋼鐵行業節(jie)能的主(zhu)攻方向。
不同預熱工藝解析
針對(dui)以低熱值高爐(lu)煤氣作為燃(ran)料，通過(guo)實施高溫空氣燃(ran)燒技術，最(zui)大限度回收燃(ran)燒產物(wu)顯熱，提高助燃(ran)空氣和煤氣的(de)(de)物(wu)理熱來獲(huo)得高風(feng)溫。合理的(de)(de)選擇預(yu)熱方法需要從多(duo)方因(yin)素考慮，以期達到(dao)高效與低成本的(de)(de)目的(de)(de)。
輔助(zhu)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)技術。首鋼京唐5500立方(fang)米高爐(lu)(lu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)風(feng)(feng)爐(lu)(lu)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)系統是輔助(zhu)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)工藝(yi)的典型代表(biao)。該公司所建(jian)的2座(zuo)(zuo)小型預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)，燃(ran)燒高爐(lu)(lu)煤氣(qi)(qi)來加熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)輔助(zhu)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)，工作(zuo)(zuo)原理同(tong)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)風(feng)(feng)爐(lu)(lu)。助(zhu)燃(ran)空(kong)氣(qi)(qi)經換熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)器(qi)加熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)到200℃左右，然后進入輔助(zhu)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)內，被加熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)到500℃以上，送(song)到熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)風(feng)(feng)爐(lu)(lu)。高爐(lu)(lu)煤氣(qi)(qi)經換熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)器(qi)加熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)到200℃左右，送(song)到熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)風(feng)(feng)爐(lu)(lu)作(zuo)(zuo)燃(ran)氣(qi)(qi)。通(tong)過(guo)煤氣(qi)(qi)一(yi)級預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)、空(kong)氣(qi)(qi)兩級預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)后，送(song)風(feng)(feng)溫(wen)度可達到1300℃以上，能夠很好(hao)的實現高風(feng)(feng)溫(wen)。但該技術前期建(jian)設投資較大，需要額外增(zeng)設2座(zuo)(zuo)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)(re)(re)爐(lu)(lu)，因此，這種流程(cheng)適合(he)資金充足的大型聯合(he)鋼鐵(tie)企業(ye)。
附(fu)(fu)加燃(ran)(ran)燒爐(lu)預(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)。附(fu)(fu)加燃(ran)(ran)燒爐(lu)預(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)是近(jin)年來(lai)國內(nei)外研究最(zui)多(duo)、發展最(zui)迅速、應(ying)用也很普遍的預(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)。在熱(re)(re)(re)風(feng)爐(lu)前(qian)增設一座(zuo)燃(ran)(ran)燒爐(lu)，采(cai)用高爐(lu)煤(mei)氣(qi)(qi)作(zuo)為燃(ran)(ran)料，燃(ran)(ran)燒產生的高溫(wen)煙氣(qi)(qi)（1000℃左(zuo)右(you)）與熱(re)(re)(re)風(feng)爐(lu)煙道廢(fei)氣(qi)(qi)（300℃~350℃）混(hun)合。混(hun)合煙氣(qi)(qi)（500℃~600℃左(zuo)右(you)）通(tong)過(guo)高溫(wen)換熱(re)(re)(re)器來(lai)預(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)(re)助燃(ran)(ran)空氣(qi)(qi)和煤(mei)氣(qi)(qi)，從(cong)而提高風(feng)溫(wen)。采(cai)用該種雙預(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)(re)技(ji)術(shu)可以將(jiang)助燃(ran)(ran)空氣(qi)(qi)預(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)(re)至400℃，將(jiang)煤(mei)氣(qi)(qi)預(yu)(yu)(yu)熱(re)(re)(re)到(dao)220℃。
附(fu)加燃燒(shao)(shao)爐(lu)預(yu)熱(re)系(xi)(xi)統關鍵設備是煙氣(qi)(qi)燃燒(shao)(shao)爐(lu)和(he)(he)板(ban)式(shi)換(huan)熱(re)器(qi)。針對低熱(re)值高爐(lu)煤(mei)氣(qi)(qi)燃料燃燒(shao)(shao)和(he)(he)摻混熱(re)風(feng)爐(lu)廢(fei)氣(qi)(qi)的(de)特點，該系(xi)(xi)統要注重燃燒(shao)(shao)安全性(xing)和(he)(he)穩定性(xing)。此外，該系(xi)(xi)統需要設置一(yi)臺引(yin)風(feng)機(ji)來(lai)混入熱(re)風(feng)爐(lu)廢(fei)氣(qi)(qi)，必須(xu)控制煤(mei)氣(qi)(qi)含(han)塵(chen)量以減少煙塵(chen)對設備的(de)影響。
低溫(wen)(wen)區煙(yan)(yan)(yan)氣預(yu)熱(re)(re)(re)(re)技術(shu)。國內高(gao)(gao)爐熱(re)(re)(re)(re)風(feng)(feng)爐還采(cai)用(yong)了一(yi)種高(gao)(gao)溫(wen)(wen)旁(pang)(pang)通(tong)煙(yan)(yan)(yan)道預(yu)熱(re)(re)(re)(re)法。該法燃燒產生的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)煙(yan)(yan)(yan)氣大(da)部(bu)(bu)分(fen)(fen)通(tong)過熱(re)(re)(re)(re)風(feng)(feng)爐內的(de)(de)蓄(xu)(xu)熱(re)(re)(re)(re)體，排入(ru)熱(re)(re)(re)(re)風(feng)(feng)爐煙(yan)(yan)(yan)道，另一(yi)部(bu)(bu)分(fen)(fen)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)煙(yan)(yan)(yan)氣通(tong)過位(wei)(wei)于(yu)拱(gong)頂的(de)(de)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)旁(pang)(pang)通(tong)煙(yan)(yan)(yan)道直(zhi)接排入(ru)總煙(yan)(yan)(yan)道。高(gao)(gao)、低溫(wen)(wen)煙(yan)(yan)(yan)氣混合成(cheng)為(wei)600℃左右的(de)(de)煙(yan)(yan)(yan)氣，再(zai)經過換熱(re)(re)(re)(re)器換熱(re)(re)(re)(re)后(hou)排入(ru)大(da)氣，可使送風(feng)(feng)溫(wen)(wen)度達(da)到1250℃以(yi)上，無需額外增加燃料和(he)輔(fu)助設備(bei)（僅(jin)3個旁(pang)(pang)通(tong)煙(yan)(yan)(yan)道支(zhi)管閥門(men)）。這種預(yu)熱(re)(re)(re)(re)方式的(de)(de)問題(ti)在于(yu)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)旁(pang)(pang)通(tong)煙(yan)(yan)(yan)道的(de)(de)分(fen)(fen)流作用(yong)會破壞燃燒室(shi)的(de)(de)旋(xuan)流流場，造(zao)成(cheng)蓄(xu)(xu)熱(re)(re)(re)(re)室(shi)截面上的(de)(de)流量和(he)溫(wen)(wen)度分(fen)(fen)布不均勻(yun)。此外，蓄(xu)(xu)熱(re)(re)(re)(re)室(shi)上部(bu)(bu)是整個系統熱(re)(re)(re)(re)交換最強烈的(de)(de)部(bu)(bu)位(wei)(wei)，同時受到高(gao)(gao)溫(wen)(wen)輻射和(he)對流作用(yong)；蓄(xu)(xu)熱(re)(re)(re)(re)室(shi)下部(bu)(bu)只(zhi)靠對流傳熱(re)(re)(re)(re)，相對而言熱(re)(re)(re)(re)交換較弱，可積蓄(xu)(xu)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)量有限。所以(yi)，高(gao)(gao)溫(wen)(wen)區的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)量用(yong)來(lai)預(yu)熱(re)(re)(re)(re)介(jie)質或是加強蓄(xu)(xu)熱(re)(re)(re)(re)，需要從系統整體的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)效率來(lai)考慮。
低溫區煙氣預熱技術的優點
在(zai)熱(re)(re)風爐工作特性(xing)研(yan)(yan)究(jiu)方面，很(hen)多企業和高校(xiao)都進(jin)(jin)行了(le)(le)研(yan)(yan)究(jiu)，組建了(le)(le)熱(re)(re)態實驗室進(jin)(jin)行頂(ding)燃式(shi)熱(re)(re)風爐熱(re)(re)態試驗，通過完(wan)整的(de)燃燒、送風實驗，取得(de)了(le)(le)蓄(xu)熱(re)(re)室內的(de)溫度(du)分布數據。