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走進(jìn)安耐克

高效低碳熱風(fēng)爐 綠色智慧安耐克

中國頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

發(fā)布時(shí)間：

2023-12-15

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熱風(fēng)爐作為煉鐵高爐的能源轉(zhuǎn)換裝備，其供給高爐熱風(fēng)的熱量約占煉鐵生產(chǎn)能耗的30%。20世紀(jì)以來，熱風(fēng)爐技術(shù)經(jīng)歷了內(nèi)燃式、外燃式、頂燃式的演進(jìn)變革過程，國內(nèi)熱風(fēng)爐技術(shù)基本被荷蘭霍戈文內(nèi)燃式熱風(fēng)爐、日本新日鐵外燃式熱風(fēng)爐、俄羅斯卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐等形成技術(shù)壟斷，在這三種典型的熱風(fēng)爐中，頂燃式熱風(fēng)爐以其空間緊湊、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、投資更少等多重優(yōu)勢(shì)，逐步取代內(nèi)燃式熱風(fēng)爐和外燃式熱風(fēng)爐而成為新建熱風(fēng)爐的主流爐型。

1.  頂燃式熱風(fēng)爐的應(yīng)用現(xiàn)狀

中國頂燃熱風(fēng)爐技術(shù)的開發(fā)者們，早在20世紀(jì)70年代首鋼23.5m 3實(shí)驗(yàn)爐上取得經(jīng)驗(yàn)后，成功應(yīng)用在1327-2500m3大中型高爐上。同時(shí)，具有中國特色的球式頂燃熱風(fēng)爐應(yīng)用于近2000m3高爐，承德鋼鐵公司旋流式預(yù)混型多燒嘴頂燃熱風(fēng)爐的開發(fā)應(yīng)用也取得了較好效果。本世紀(jì)初，俄羅斯卡盧金頂燃熱風(fēng)爐技術(shù)進(jìn)入中國并迅速得到推廣，國內(nèi)各大鋼鐵設(shè)計(jì)研究院和有關(guān)企業(yè)自主研制開發(fā)出了多種結(jié)構(gòu)形式的頂燃式熱風(fēng)爐，成功應(yīng)用于大型高爐上，使頂燃熱風(fēng)爐技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。

我國頂燃熱風(fēng)爐主要存在以下共性技術(shù)問題：

1）我國熱風(fēng)爐長(zhǎng)期依賴國外技術(shù)，俄羅斯卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)形成壟斷和壁壘。

2）熱風(fēng)爐以全高爐煤氣為燃料，風(fēng)溫難以達(dá)到并穩(wěn)定1250℃以上，風(fēng)溫波動(dòng)大，熱效率低 。

3）熱風(fēng)爐煤氣消耗量大，煤氣燃燒不完全，能耗高，碳及氮氧化物排放量大，不符合低碳及污染物排放要求。

4）熱風(fēng)爐壽命不能滿足兩代高爐爐役要求，熱風(fēng)爐管道、拱頂、燃燒器等是影響使用壽命、安全運(yùn)行、穩(wěn)定送風(fēng)的關(guān)鍵部位。

5）熱風(fēng)爐燃燒器、拱頂、管道、蓄熱室的關(guān)鍵高溫材料結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、施工等難以滿足高風(fēng)溫、長(zhǎng)壽命、低排放、高效率的要求。

2.  頂燃熱風(fēng)爐技術(shù)發(fā)展歷程

2.1首鋼型頂燃熱風(fēng)爐

1969年首鋼鋼研所成立了以張伯鵬為首的熱風(fēng)爐實(shí)驗(yàn)組，1970年為23.5m3試驗(yàn)高爐設(shè)計(jì)出了三種拱頂燃燒方式頂燃爐（見圖1），1972年實(shí)驗(yàn)爐建成投入工業(yè)試驗(yàn)。1974年濟(jì)南鐵廠100 m3高爐大修時(shí)（見圖2），首鋼為其設(shè)計(jì)了大功率旋流單燒嘴頂燃熱風(fēng)爐，采用自身預(yù)熱法，風(fēng)溫為1150°C-1200°C。1978年首鋼在新建1327 m3新2#高爐上，成功設(shè)計(jì)出了全球第一組大型頂燃式熱風(fēng)爐（見圖3）。該組熱風(fēng)爐為4座熱風(fēng)爐，呈矩形布置，拱頂溫度達(dá)1380℃，日最高平均風(fēng)溫1260℃，1980年3月平均風(fēng)溫為1197℃。

1327米 3高爐頂燃熱風(fēng)爐應(yīng)用成功后，首鋼陸續(xù)在2100米 3,2座2500米3高爐上均采用了頂燃熱風(fēng)爐。首鋼型頂燃式熱風(fēng)爐雖實(shí)現(xiàn)了高風(fēng)溫（1150-1200℃），但燃燒器燒嘴易高溫，受當(dāng)時(shí)設(shè)備、材料等限制條件未得到推廣應(yīng)用。

2.2 球式蓄熱頂燃熱風(fēng)爐

球式熱風(fēng)爐技術(shù)始于20世紀(jì)50年代末期，早期的球式熱風(fēng)爐體積小（見圖4），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省投資，在小型高爐上得到應(yīng)用；20世紀(jì)90年代，球式熱風(fēng)爐技術(shù)逐漸成熟，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化裝卸球，成都鋼鐵、四川威遠(yuǎn)鋼鐵、廣西柳鋼等大中型球式熱風(fēng)爐獲得較好的應(yīng)用效果（見圖5）。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國淘汰落后產(chǎn)能及設(shè)備政策的實(shí)施，球式熱風(fēng)爐頻繁停爐換球、熱風(fēng)溫差較大、使用壽命短、能耗較高等缺陷，難以滿足大型高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展的要求。

2.3 俄羅斯卡盧金式頂燃熱風(fēng)爐的引進(jìn)吸收

前蘇聯(lián)全蘇冶金熱工研究所對(duì)頂燃式熱風(fēng)爐進(jìn)行了較全面的研究，1982年在下塔吉爾冶金公司的1513 m3高爐上建成一座早期"盧金式"頂燃熱風(fēng)爐（見圖6），該熱風(fēng)爐吸收了首鋼型頂燃熱風(fēng)爐的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)了燃燒器的布置結(jié)構(gòu)，在大球形拱頂下部布置空氣、煤氣獨(dú)立的環(huán)道結(jié)構(gòu)，采用耐火材料砌筑的陶瓷燃燒器，解決了首鋼型頂燃熱風(fēng)爐燃燒器高溫的問題。

隨后對(duì)早期環(huán)形預(yù)燃室熱風(fēng)爐進(jìn)行改進(jìn)，吸收了新日鐵外燃式熱風(fēng)爐的拱頂結(jié)構(gòu)形式（見圖7），推出小拱頂 "盧金式"頂燃熱風(fēng)爐（見圖8），在2001年，該卡盧金頂燃熱風(fēng)爐技術(shù)由當(dāng)時(shí)北京鋼鐵設(shè)計(jì)研究院引入中國。從萊鋼的750 m 3高爐、首鋼1780 m 3高爐、唐鋼3200 m 3高爐、天鋼3200 m 3高爐等均采用卡盧金頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)。

2.4 錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐

近10余年來，安耐克、中冶京城、首鋼等聯(lián)合研發(fā)，持續(xù)創(chuàng)新頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)，升級(jí)迭代不斷推進(jìn)，開發(fā)出錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)，并投入工業(yè)化應(yīng)用。根據(jù)鋼鐵企業(yè)對(duì)熱風(fēng)爐高風(fēng)溫、高效率、長(zhǎng)壽命、低排放的要求，改進(jìn)燃燒器結(jié)構(gòu)，改善燃燒性能，提高熱風(fēng)爐熱效率，減少環(huán)境污染。

采用三維混合渦旋燃燒器，結(jié)構(gòu)更緊湊、燃燒器功率更大，同等條件下可顯著降低工程材料使用量，降低工程投資約10%-18%；在空、煤氣溫度和煤氣熱值等熱風(fēng)爐能源介質(zhì)指標(biāo)相同時(shí)，錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐可顯著降低拱頂溫度和送風(fēng)溫度的差值，提高20℃~30℃送風(fēng)溫度；通過蓄熱磚孔徑、孔型、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的優(yōu)化，與先進(jìn)蓄熱材料相比，提高換熱效率20%以上；在合理的空燃比技術(shù)上采用三維混合渦旋燃燒器，滿足≥1250℃的送風(fēng)溫度，并保證NOx排放量≤50mg/m3，排放標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)低于《鋼鐵工業(yè)大氣污染物超低排放標(biāo)準(zhǔn)》。

3. 頂燃式熱風(fēng)爐燃燒器性能比較

頂燃式熱風(fēng)爐經(jīng)過了50余年的發(fā)展，縱觀其發(fā)展歷程，基本就是燃燒器的不斷改進(jìn)過程，頂燃式熱風(fēng)爐將燃燒器置于熱風(fēng)爐蓄熱室拱頂部位，利用拱頂空間作為燃燒室，取消了獨(dú)立的燃燒室結(jié)構(gòu)，其燃燒器結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從初期的套筒式金屬燃燒器到套筒式陶瓷燃燒器，再到陶瓷燃燒器的過程。外形從最初的半球型大拱頂?shù)叫」绊斎紵鳎F(xiàn)將幾種頂燃熱風(fēng)爐燃燒器的技術(shù)特點(diǎn)和使用效果進(jìn)行對(duì)比分析。

4. 頂燃熱風(fēng)爐技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

近年來，中冶京誠、中冶南方、中冶賽迪、中冶東方、首鋼國際等國內(nèi)知名工程技術(shù)公司在煉鐵高爐配套的熱風(fēng)爐上廣泛推廣應(yīng)用小拱頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)，達(dá)涅利（Danieli）、保沃思（Paul Wurth）等國際知名公司在熱風(fēng)爐領(lǐng)域也普遍采用小拱頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)，并且大都采取和國內(nèi)知名企業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì)。例如正在建設(shè)的印度JSW 5872m 3高爐熱風(fēng)爐、AMNSI 4800m3高爐熱風(fēng)爐，達(dá)涅利霍戈文負(fù)責(zé)工藝設(shè)計(jì)，采用安耐克錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)，鄭州安耐克負(fù)責(zé)熱風(fēng)爐燃燒器設(shè)計(jì)和耐材供貨。

安耐克錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐自問世以來，得到業(yè)內(nèi)專家和客戶的高度認(rèn)可，技術(shù)水平達(dá)到國際領(lǐng)先，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在"雙碳"背景下，安耐克將致力于頂燃式熱風(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)，為國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)提供高溫長(zhǎng)壽、低碳降耗、智能集約的頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)、產(chǎn)品和服務(wù)。