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用低热值煤气获得高风温热风炉高温预热技术分析点击：2042 日期：[ 2014-04-26 21:13:55 ] |
| 用低热值煤气获得高风温 ——热风炉高温预热技术分析与应用选择 彭朝文 喻道明 近年，高炉逐步在向高效长寿、高风温、大富氧、大喷煤量方向发展。提高风温能促进高炉喷煤量的增加，从而降低焦比和提高铁水产量，大量节约资源。有两种方式可以提高入炉风温：一种是掺烧高热值的富化煤气（如焦炉煤气、转炉煤气等），提高拱顶的理论燃烧温度。还有一种是单纯使用低热值的高炉煤气，通过高温预热系统，将空气和煤气预热到较高温度，向热风炉内带入大量的物理热。由于高热值煤气在国内许多钢铁企业中属于短缺资源，因此前一种方式受到较大限制；而后一种方式摆脱了对高热值煤气的依赖，受到许多钢厂的青睐。 几种高温预热技术各有利弊 高温预热方式经过多年探索，已经形成了几种模式，共计5种组合方式应用于生产中。高温预热炉+混风炉。这种方式的高温预热由两座预热炉和一座混风炉组成，预热炉的工作制度为“一烧一送”。工作原理是：通过高炉煤气的燃烧，将热量存储在预热炉的格子砖内。一定比例的助燃空气（50%~60%）预先通过预热炉加热，进行热交换，将温度升至1000℃~1100℃。加热后的空气通过管道送至混风炉，与剩余比例的冷态助燃空气混合，产生所需温度的混合空气（500℃~600℃）。最终混合热空气由助燃空气管道送进热风炉，与高炉煤气混合燃烧。两次燃烧产生的热量叠加，将冷风加热到高炉需要的高风温。 该方式可以很方便地对助燃空气进行加热，使用效果较好，但也存在缺点：一是占地面积较大，二是一次性投资较高。对于资金比较充足，且用地条件比较好的新建高炉，以及改造项目中可以将老旧的热风炉低成本改造为预热炉的高炉，可以考虑采用该技术。 利用热风炉自身预热。这种方式的主要原理是热风炉送风后，炉内的余热可以加以利用。该方法不用额外增加预热设备，利用热风炉本身就能很容易将热风炉的助燃空气预热到500℃以上，预热温度最高甚至可达1250℃。这是我国炼铁工作者独创的预热方式。该技术必须配置4座热风炉，操作制度为“两烧一送一预热”，即一座热风炉送风后，改为预热炉，用自身余热加热助燃空气，与低温的助燃空气混合后送至另一座热风炉燃烧。 这项技术也有缺点：一是热风炉在送风完毕之后，还有一个预热期，会缩短热风炉的燃烧时间，易造成热风炉热量的“透支”。二是在热风炉设备能力和供热量一定的条件下，预热温度受风温水平、废气温度的影响很大，极易产生波动。三是如果热风炉是硅砖热风炉，进行预热操作时必须小心控制硅砖界面的温度，以免出现超低温造成硅砖损害，缩短热风炉寿命。四是会增加热风炉管道的复杂程度和设备检修的难度，同时也会对热风炉的燃烧操作产生较大影响。五是在热风炉建设之初就必须设计建造4座热风炉，且由于热交换时间较长，单座热风炉能力也应考虑适当加大，如果跟只建3座热风炉的同类工程相比，一次性投资会相对较高。 利用热风炉自身高温烟气预热。这种方式的优势是原理比较简单——在顶燃式热风炉的拱顶部位，热风出口附近，增加一根高温烟气旁通管道，将热风炉燃烧期的一部分高温烟气（约15%）分流到烟气管道中，与通过格子砖换热后的低温烟气（约85%）混合，提高总烟道混合烟气的温度。总烟道中设有空气、煤气换热器，混合烟气可以将空气、煤气的预热温度直接预热到300℃以上。当不需要高温预热时，可以将高温旁通烟道关闭。 但是，这种方式对烟气管道和换热器要求较高，同时对后续的喷煤也有一定影响。燃烧炉+板式预热器。其基本配置是燃烧炉、煤气板式预热器和空气板式预热器。工作原理如下：低热值的高炉煤气被引入燃烧炉，在燃烧炉内与助燃空气混合燃烧。燃烧产生的高温烟气温度能达到1000℃以上。通过单独设立的高温引风机，将热风炉燃烧产生的280℃~350℃的废气抽入燃烧炉上部特定的空间混合，混合后的烟气温度降至设定温度。这些烟气通过管道被引入空气换热器中，从上至下穿过空气换热器。换热器内设有由不锈钢板模块组成的通道，低温的助燃空气同时横向通过被设计成S形的过道，隔着不锈钢板与混合烟气换热，最终将空气温度升至所需的程度。与此同时，送往热风炉的煤气也通过煤气换热器，利用剩余的热风炉废气进行预热，温度能快速升至180℃~220℃。预热后的煤气和空气最终送入热风炉进行燃烧，达到设计的理论燃烧温度，从而得到高风温。 由于板式换热器换热效率高，使用这套装置，空气仅须进行1次预热，平均温度就能达到300℃~650℃。而整个系统最终的烟气排出温度在150℃左右，能源利用率较高。 燃烧炉+扰流子换热器。其基本配置是燃烧炉1座，整体式热管换热器1台~2台，扰流子换热器1台。工作原理如下：空气和煤气通过热管换热器，利用热风炉燃烧产生的废气分别预热到180℃左右，煤气直接进入热风炉，空气进入扰流子换热器，进行二次预热。对空气进行二次预热的高温烟气由燃烧炉产生。高温烟气与低温烟气的混合在燃烧炉内上部空间进行。扰流子换热器属于管式换热器范畴，其工作原理是管道一侧通空气，另外一侧通烟气，以管壁为媒介进行热交换，将空气快速升温至所需温度。为增加换热效率，管道上设置了扰流的翅片，加快换热。经过二次换热的空气，温度能升至300℃~650℃，送进热风炉与预热后的煤气混合燃烧，其理论燃烧温度较高，拱顶温度也相应提高。 由于内部阻损较大，仅靠热风炉的烟囱抽力，该装置无法满足系统正常运行的需要，故须额外设置1台能力较大的引风机，使系统内部形成负压，以满足运行要求。同时由于系统中还使用热管换热器，虽投资较低，但使用寿命较短，要保证使用效果，一般5年左右就需要更换热管等换热元件。 从经济性出发选择合适的技术 5种高温预热方式各有优缺点，对各大钢铁企业来说，选用哪一种预热方式，除了结合自身的特点外，很重要的一点就是成本的考虑。由于无法对各种技术统一平台，仅能从设备配置和工艺上作出对比。 经过对比可以看出，对同等级别的高炉有以下结论：一是热风炉自身预热设计虽然相对简单，但占地面积较大，操作制度复杂，对热风炉的正常生产影响较大，其投资也是相对最高的。二是预热炉+混风炉的方式各种配置最齐全，系统独立性很强，设计相当复杂，其占地也较大，投资应排在自身预热之后居第二位。三是燃烧炉+板式预热器和燃烧炉+扰流子预热器这两种方式设计原理相近，相对热风炉系统也比较独立，占地面积也相近。板式预热器的使用寿命和换热效率更高，设备维护量也小一些，而且近年来成本下降，正在成为冶金行业应用的主流。四是高温烟气管道预热设计方式是最简单的，其投资也最少，但是独立性差，一旦出现问题，对生产影响很大。同时由于高温烟气与低温烟气混合不均匀，对换热器的能力要求相当高，容易形成卡口，限制风温的提高。 系统调整配合高温预热 高温预热，必须考虑到高风温的输出、高温预热空气和煤气的输入，以及高炉的接受问题。具体如下： 涉及到的热风管道和助燃空气管道（有的也包含煤气管道）应做相应的改进。例如，平均热风温度如果超过1250℃，管道内的砌砖就要考虑加厚和选用高档的耐火材料。热风炉的陶瓷燃烧器要做相应改进。为适应加热后的空气和煤气，燃烧器必须采取加大煤气或空气通道，增加喷口等必要的修改。 高炉为接受1250℃以上的高风温，要考虑送风支管的使用问题。在高炉设计和建造阶段要做好相应的工作，避免热风炉有能力送1250℃高风温，高炉送风支管却受不了，最后形成卡口。 充分考虑风温对原料的影响。根据许多钢厂的经验，当风温提高后，高炉炉内负荷加重，料柱透气性会急剧恶化，煤气体积膨胀可能会造成炉况不顺。炼铁厂高炉操作人员对此必须有充分的预案，并提早制定出应对措施。 对应高风温，运用综合鼓风手段，稳定理论燃烧温度。送风温度提高后，应考虑使用风量、风温、顶压、富氧、加湿、喷煤等多种手段综合调剂，控制理论燃烧温度平衡点，以使高风温的优势得到发挥。 高炉操作制度应适时调整。风温提高后，为稳定煤气分布，要及时加大矿批。炉顶布料状况会有改变，料层厚度增加，此时须调整炉顶布料制度，保证高炉正常生产。 |
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