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热风炉实施高温空气燃烧技术的新途径
发布日期:2015-04-20    作者:永利皇宫登录网址     来源:原创    
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  低碳经济已成为世界关注的目标,炼铁是CO2的排放大户,占我国CO2总排量的10%,因此低碳炼铁至关重要。现代高炉冶炼所需能源是以碳素燃烧为基础,需要消耗大量焦炭、煤粉。其中热风提供的热量占到所需能源的19%。热风的能量是由热风炉燃烧高炉煤气而获得的。通过热风炉将廉价的能源转换成高温热风以此来替代部分昂贵的冶金焦。高风温对炼铁的重要性不言而喻,应得到最大限度的充分利用。为了降低原燃料消耗,控制生产成本,提高风温已成为许多钢铁厂的首选。采用高炉煤气作为燃料时,在较低的理论燃烧温度条件下要获得到尽可能高的热风温度,煤气与助燃空气的预热温度是一条直接的途径,如何在现有条件下实现热风炉高效、高温、经济的运行,是冶金工作者的一项重要任务。

热风炉实施高温空气燃烧技术的新途径

张 晨

(永利皇宫登录网址  陕西勉县  724200

  低碳经济、节能减排成为当今世界关注的目标,炼铁系统属于CO2排放大户,为实现低碳冶炼,各企业因地制宜地采取了许多措施。实施高温空气燃烧技术也是其中的一个重要措施,通过低温区烟气预热助燃空气、煤气提高燃烧温度,进一步提高鼓风物理热,来减少碳素消耗,在低热值煤气条件下,实现热风炉的高效率、高风温、与低投入地运行。本文通过热工计算、投资对比、操作难易等因素的分析,为提高风温度找出了一条新的途径。

关键词:低碳经济   高温空气燃烧   预热  

The New Way Of Implementing High Temperature Air Combustion Technology In Hot Blast Stove

Zhang  Chen

(Han Zhong Steel & Iron co., Ltd. of Shaanxi Steel Group co., Ltd   Shannxi)

AbstractNowadays the world pays more attention to low carbon economy, energy conservation and emission reduction. The ironmaking is a CO2 emission system, in order to realize low carbon smelt, the enterprises adopt a lot of measures. Therein high temperature air combustion is an important measure, it preheats air and gas via low temperature smoke to increase the combustion temperature, thus improve the blast physics hot and decrease carbon Consume. Under the condition of low calorific value gas stove, realize high efficiency running high blast temperature and low investment.

In this paper, by comparing the thermal calculation, comparison of investment, operation difficulty and so on, which find a new way to improve the blast temperature.

Key wordLow carbon economyhigh temperature air combustionpreheat

1 前言

低碳经济已成为世界关注的目标,炼铁是CO2的排放大户,占我国CO2总排量的10%,因此低碳炼铁至关重要。现代高炉冶炼所需能源是以碳素燃烧为基础,需要消耗大量焦炭、煤粉。其中热风提供的热量占到所需能源的19%。热风的能量是由热风炉燃烧高炉煤气而获得的。通过热风炉将廉价的能源转换成高温热风以此来替代部分昂贵的冶金焦。高风温对炼铁的重要性不言而喻,应得到最大限度的充分利用。为了降低原燃料消耗,控制生产成本,提高风温已成为许多钢铁厂的首选。采用高炉煤气作为燃料时,在较低的理论燃烧温度条件下要获得到尽可能高的热风温度,煤气与助燃空气的预热温度是一条直接的途径,如何在现有条件下实现热风炉高效、高温、经济的运行,是冶金工作者的一项重要任务。

2 基础参数的计算

2.1计算条件

计算以1m3煤气作基准进行计算。

(1)煤气成分与发热值

    由于高炉煤气含水量影响煤气发热值以及理论燃烧温度,应该在计算中选取煤气的湿成分进行计算。本次热平衡计算根据经验取煤气含水蒸汽量为5%(相当于40g/m3煤气),高炉煤气湿成分换算后列于表1中。

成分

CH4

CO2

H2

CO

N2

H2O

QdKJ/ m3

干基%

0.6

19.2

1.6

21.9

56.7

湿基%

0.57

18.24

1.52

20.8

53.86

5

2997.37

 

                                                 表1   煤气成分与发热值

(2)空气过剩系数1.05;

(3)各种气体的热焓Cp:为了简化起见,查阅相关气体的数据,得到相关气体的比热数据 Cp=at+b;

(4)燃烧计算:实际空气需要量0.615m3,生成物总量1.516m3

2.2 理论燃烧温度计算

不同温度空、煤气组合的理论燃烧温度结果如表2所列。  

温度  

采取的措施

煤气

空气

理论燃烧温度

1#

20

20

1280

自然温度的空、煤气

2#

180

220

1421

热风炉烟气余热进行空、煤气预热

3#

180

400

1483

烟气余热预热煤气,空气需要附加预热系统

4#

220

400

1503

空、煤气均需要附加预热系统

5#

180

600

1550

烟气余热预热煤气、空气需附加加热系统

                              表2   不同温度空、煤气组合的理论燃烧温度计算结果

根据计算结果可以得出,不预热空、煤气,要达到1200℃的风温是不可能的。要想达到1200℃风温,必须达到2#条件。达到1300℃风温,必须达3#5#的条件。就目前高炉热风炉的操作水平来说,用烟气余热对热风炉空气、煤气双预热,一般只可以将介质预热到200℃左右,因此提高高炉风温的幅度也是有限的。要达到1200℃以上的高风温目标,不采用其它技术手段是不可能实现的。

3  预热工艺

针对以低热值高炉煤气作为燃料,通过实施高温空气燃烧技术,最大限度回收燃烧产物显热,提高助燃空气和煤气的物理热来获得高风温。合理的选择预热方法需要从多方面因素考虑,以期达到高效与低成本的目的。

3.1 辅助预热炉法

以首钢京唐5500m³高炉热风炉为例,采用辅助预热炉法,建2座小型预热炉,以高炉煤气燃烧加热辅助预热炉,其工作原理同热风炉。热风炉助燃空气从风机鼓出,经换热器加热到200℃左右,然后进入辅助预热炉内,被加热到500600℃以上,通过阀门调节,送到热风炉。高炉煤气经换热器加热到200℃左右,通过阀门调节,送到热风炉作燃气。通过煤气一级预热、空气两级预热后,送风温度可达到1300℃以上,能够很好的实现高风温。并且预热系统的寿命能够与本体同步,实现长寿。但前期建设投资较大,需要额外增设2座预热炉,因此这种流程适合大型联合企业的新建厂。

3.2 附加燃烧炉预热技术

在热风炉前增设一座燃烧炉,采用高炉煤气作为燃料,燃烧产生的高温烟气(1000℃左右)与热风炉本身烧炉产生的烟道废气(300350℃)混合,混合烟气(500600℃左右)通过高换热器来预热助燃空气和煤气,从而提高风温。采用该种双预热技术可以将助燃空气预热至400℃,将煤气预热到220℃。

                                           热风炉实施高温空气燃烧技术的新途径

                                       图附加燃烧炉法预热工艺流程图

    使用附加燃烧炉预热时需要设置一台引风机来混入烟道废气,控制煤气含尘量以减少烟尘对设备的影响;进行双预热后,由于空气、煤气受热膨胀,气流在管路中流动阻力增加,使得进入陶瓷燃烧器的空气、煤气流量减少,需要对管道和燃烧器做相应的改进。

3.3 低温区烟气预热法

3.3.1工艺流程概况:

济钢炼铁厂4#高炉热风炉采用了一种高温旁通烟道预热法,燃烧产生的高温烟气大部分通过热风炉内的蓄热体,排入热风炉烟道;另一部分高温烟气通过位于拱顶的高温旁通烟道直接排入总烟道。高、低温烟气混合成为600℃左右的烟气,再经过换热器换热后排入大气,可使送风温度达到1250℃以上,无需额外增加燃料和辅助设备(仅三个旁通烟道支管阀门)。

但高温旁通烟道的分流作用会破坏燃烧室的旋流流场,造成蓄热室截面上的流量和温度分布不均匀。此外蓄热室上部是整个系统热交换最强烈的部位,同时受到高温辐射和对流作用,在燃烧室上部应要有足够的砖量来积蓄更多的热量。蓄热室下部只靠对流传热,相对而言热交换较弱,可积蓄的热量有限(高温区的热量用来预热空、煤气还是加强蓄热,需要从系统整体的热效率来考虑)。

2反映的是在气流分布均匀时,沿格子砖高度方向上的送风初期及送风末期的温度变化。根据这一变化规律,从500600℃范围高度引出烟气,通过高温换热器将助燃空气预热至350400℃,预热后的烟气在与热风炉废气混合通过低温换热器将煤气预热至200℃,该工艺同样能够取得很好的使用效果。

        热风炉实施高温空气燃烧技术的新途径

                                   a4000m³  

                  热风炉实施高温空气燃烧技术的新途径                                                       

                                   b5000m³

                                                                  蓄热室温度分布曲线

相比较之下,采用蓄热室低温区烟气进行预热助燃空气的方法是十分可行的,不仅可以提高助燃空气温度,同时又可以提高低温区烟气利用率,不需要额外的燃料消耗,完全利用自身烟气预热,符合节能减排的要求。

                    热风炉实施高温空气燃烧技术的新途径

                                    低温区烟气预热法工艺流程

3.3.2对热风系统的影响和相应技术措施

    (l)一旦燃烧室流量分布确定后,通过格子砖各孔道的流量很难再有所变化,会使得低温区流出的烟气量过小。配合使用特殊格子砖后可以通过格子砖进行流量的自主调节,以此达到分流、温度均匀分布的目的。

                            热风炉实施高温空气燃烧技术的新途径

                                                                                  4   格子砖模型

    (2)下部烟气量的减少、对流减弱,适当的提高排烟温度,来提高送风温度;在燃烧室高热负荷运行下,蓄热室中气体标态流速可以选取较大数值,从而增强蓄热体与气流间的传热强度,进而有效减少单位鼓风量的蓄热体材料重量,有效节省建设投资。

(3)采用高效板式预热器,能够长期稳定工作而不失效,在耐高温方面和耐低温腐蚀方面都具有优势。板式预热器的寿命大于10年,无论是从节能减排、提高风温,还是长周期安全运行,都有很大的实际意义。

(4)

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