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高效低碳熱風爐 綠色智慧安耐克
錐柱旋切頂燃式熱風爐節(jié)能環(huán)保技術
發(fā)布時間：
2022-11-29
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1. 引言
煉鐵工藝節(jié)能減排技術革新，正在逐漸地受到鋼鐵行業(yè)及社會各界的重視。隨著煉鐵事業(yè)的發(fā)展，高爐各項指標不斷進步，高爐系統(tǒng)燃料消耗降低的空間越來越小，高爐輔助系統(tǒng)的動力介質消耗在成本控制中越來越突出。因此，提高熱風爐系統(tǒng)能源利用率，降低能源損失對煉鐵工序節(jié)能降耗也極為重要。近年來國家對低碳要求的提出，對于煉鐵產業(yè)而言，不僅單純是質量和產能的要求，而且要符合環(huán)境保護要求。
2. 頂燃式熱風爐節(jié)能環(huán)保的分析討論
隨著國家節(jié)能減排，以及淘汰落后產能的步伐加大，熱風爐各類節(jié)能高效技術如潮流般涌現(xiàn)。安耐克公司是國內一家集耐材制造、高爐熱風爐技術輸出和EPC工程服務為核心業(yè)務的國家高新技術企業(yè)，自創(chuàng)建伊始，始終專注于熱風爐技術的自主研發(fā)與創(chuàng)新，在頂燃式熱風爐領域更是積淀了十余年的熱風爐技術研發(fā)與創(chuàng)新經驗。早在2013年公司聯(lián)合首鋼國際等起草了《高爐用高效、高風溫頂燃式熱風爐節(jié)能技術規(guī)范》，提出了熱風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。針對日益突出的環(huán)保現(xiàn)狀，在2021年開始修訂上述規(guī)范標準，增加熱風爐煙氣中污染物如氮氧化物，二氧化硫排放要求，以及熱風爐節(jié)能評價要求，標準修訂后更好的引領頂燃式熱風爐節(jié)能技術的推廣應用。
2022年9月22日，中國金屬學會煉鐵分會組織相關專家就熱風爐節(jié)能技術在北京召開研討會，會議強調在開展熱風爐節(jié)能技術研發(fā)的過程中，應重視熱風爐的低污染低排放技術。鄭州安耐克作為受邀單位參加，并作了題為《頂燃式熱風爐節(jié)能環(huán)保技術簡介》的報告，通過分析熱風爐節(jié)能降耗途徑及潛力，總結了噸鐵煤氣量節(jié)能影響因素，提出了頂燃式熱風爐平均熱風爐溫度提升措施；并從NOx的產生以及危害熱風爐運行機制角度介紹了相應的應對技術手段和可行措施。
與會專家一致認為，不能簡單地將噸鐵煤氣消耗確定為評價熱風爐能耗的關鍵指標，鋼鐵企業(yè)自身熱風爐系統(tǒng)的技改前后指標，可以更好的反映熱風爐技改的效果。
3. 錐柱旋切頂燃熱風爐結構特點
燃燒器是頂燃式熱風爐最關鍵的設備，它的性能對熱風爐的熱效率、能耗、環(huán)保等經濟指標有很大的影響。與常規(guī)的頂燃式熱風爐燃燒器相比，錐柱旋切頂燃式熱風爐燃燒器在布置和結構上均作出重大改進，特點是：
① 燃燒器混合室為錐柱復合型結構，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，改進為三維空間渦旋流場，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，有利于氮氣吹掃。規(guī)避了傳統(tǒng)頂燃式熱風爐因爆燃導致的噴口磚移位，避免了煤氣環(huán)道氮氣吹掃的煤氣殘余，杜絕了煤氣噴口的爆燃現(xiàn)象。此項設計使熱風爐送風、燒爐的轉換更加安全高效；
③ 燃燒器混合室位置不是溫度最高位置，內部最高溫度不會超過1100℃，杜絕了混合室爐殼出現(xiàn)晶間應力腐蝕的情況，同時減少了熱量損失，提高了熱風爐整體熱效率；
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，進而提高了熱風溫度；
⑤ 混合氣流由于空心柱面積很小，在經過喉口整流后形成的負壓區(qū)面積極小，保證煙氣進入格子磚分布均勻，有效提高了蓄熱室的使用率。
4. 錐柱旋切頂燃式熱風爐節(jié)能環(huán)保技術介紹
① 錐柱旋切頂燃式熱風爐低NOx燃燒技術，多層燃燒器的布置,把燃燒器設計成錐柱旋切結構,實現(xiàn)三維渦旋強力混合燃燒,在實現(xiàn)同等風溫的條件下，可減少CO的消耗，并降低NOx的生成,使熱風爐NOx排放達標,不僅解決了CO的污染,而又沒有產生新的污染氣體,使之成為一種環(huán)保型高溫送風裝備。
② 熱風爐廢氣余熱利用技術，采用煙氣、空氣雙預熱，提高熱風爐熱效率至85%。
③ 冷風氣流均布技術，優(yōu)化熱風爐爐箅子部位冷風氣流均布，提高熱風爐熱交換效率。
④ 自動燃燒系統(tǒng)，利用全仿真計算模型數(shù)據，建立熱風爐數(shù)學燒爐模型，配合三維混合燃燒器，能夠降低熱風爐煤氣消耗3%-8%。
⑤ 優(yōu)化熱風爐工藝操作制度，減少燃氣和助燃空氣壓力波動，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氣吹掃系統(tǒng)，保證燃燒器運行安全。
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爐，雙預熱煤氣和助燃空氣，在拱頂溫度≤1350℃情況下，獲得≥1250℃的送風溫度，保證NOx排放量≤50mg/m³。
5. 應用效果
2022年3月寶武集團下屬某企業(yè)二號高爐0#熱風爐改造投產，也標著該鋼企第一座頂燃式熱風爐投入生產運行，二號高爐爐容1280m³，熱風爐原配套3座內燃式熱風爐，風溫較低，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爐投產后，熱風爐系統(tǒng)送風溫度提高了25℃，每日出鐵量達到4411噸，噸鐵煤氣消耗降低到443m³/t(HM)，相比改造之前內燃式熱風爐降低了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爐即將并網送風，高爐風溫會得到進一步的提升，為提高煤比燃料效率、降低燃料消耗創(chuàng)造更有利的條件。
二號高爐熱風爐技改前后對比照片
6. 錐柱旋切頂燃式熱風爐的應用前景
錐柱旋切頂燃式熱風爐自2013年推向市場，至今國內外已有180余座爐子采用這項技術，并通過PCT專利申請，取得俄羅斯、日本、烏克蘭、印度等國家專利授權，特別是在2021年，與俄羅斯MMK鋼鐵集團簽訂7#高爐—內燃式熱風爐升級改造成安耐克錐柱旋切頂燃式熱風爐EP項目，以及印度JSW 5872m³高爐新建頂燃式熱風爐EP項目，標志著具有中國自主知識產權的頂燃式熱風爐技術達到了國際領先水平。
頂燃式熱風爐在我國已經初步實現(xiàn)了大型化、高效化，未來頂燃式熱風爐的發(fā)展必將是朝著高風溫、長壽命、低排放的發(fā)展方向，安耐克錐柱旋切頂燃熱風爐自問世以來，取得了顯著的經濟效益和社會效益，特別適合我國高爐新建改造使用，安耐克將持續(xù)致力于頂燃式熱風爐的持續(xù)優(yōu)化改進和配套耐火材料的研發(fā)生產，通過對爐型結構及耐材配置不斷優(yōu)化升級，研究實現(xiàn)廢氣中污染物的低排放甚至零排放，大力推廣應用錐柱旋切頂燃式熱風爐先進技術，全面推動熱風爐的節(jié)能低耗發(fā)展。
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