热管式固相粉末换热系统在高炉喷煤中的应用

点击：1748 日期：[ 2014-04-26 22:01:04 ]

热管式固相粉末换热系统在高炉喷煤中的应用纪　鹏1　李菊香1　王宏强2 (1·南京工业大学能源学院,2·中加钢铁有限公司) 摘要：介绍了热管式固相粉末换热系统在高炉喷煤工艺中的应用。用高炉煤气燃烧产生的高温烟气和热风炉的排放烟气,通过换热系统加热高炉喷煤用空气和煤粉混合物。实际应用证明可提高高炉的喷煤量,降低炼铁焦炭用量,从而降低了炼铁成本,提高了炼铁的经济效益。关键词：高炉　喷煤　换热系统由于高炉炼铁的工艺要求,传统的高炉炼铁燃料是高炉焦炭。高炉焦炭的形成需要一个炼制过程即焦化。当前在高炉炼铁工艺中,为了节约焦炭用量,大都采用喷煤工艺,即向高炉喷入一定量的煤粉替代部分的焦炭,以降低炼铁成本。据中国有色网报道,2008年2月份,全国各地区的二级冶金焦吨价突破2000元,而发热量在 5000×4·18kJ/kg的原煤吨价仅为400元左右。由此可知,如能以喷煤替代焦炭,将会大幅度地降低炼铁成本。焦化工序的炼铁能耗约为 123kg/,t喷煤能耗为20~35kg/,t多喷煤、少用焦炭就可以减少炼铁系统的能耗。1t煤粉替代焦炭,可产生500元以上的经济效益,是降低炼铁成本的重要手段[1]。喷煤工艺中,煤粉喷入高炉后,喷吹对于燃烧温度的冷却效应通常依靠富氧鼓风加以补偿。但是,如果能将煤粉在喷入高炉燃烧前进行一定程度的预热,将会大大改善喷吹引起的冷却效应,同时也会使炉内的温度分布和喷枪出口的燃烧状况得到明显改善。文章提出了利用高炉炼铁过程中排放的大量低热值的高炉煤气为燃料燃烧产生的高温烟气,通过热管式固相粉末换热系统将煤粉及其输送载气进行加热的方法,提高高炉的喷煤进口温度。该热管式固相粉末换热系统在河南中加钢铁公司320m3高炉喷煤工艺中首次得到了实际应用。将煤粉加热工艺和喷煤工艺结合,使最后的废烟气排放温度在50℃左右,实现了节能和减排的目的,同时煤粉的加热也在一定程度上使高炉的喷煤量提高,焦比降低,为炼铁工艺带来了具大的经济效益。 1　理论研究目前降焦的主要方法有精料、提高理论燃烧温度和优化高炉操作等,中心任务是提高喷煤量。国内外提高喷煤量的最重要的方法是富氧和高风温。 (1)精料是降焦的基础。主要包括提高入炉品位和熟料率、改善焦炭质量、加强原料筛分。 (2)提高理论燃烧温度是关键。主要包括富氧鼓风或富氧喷煤、高风温和低风湿、均匀喷吹和混合喷吹。 (3)优化高炉操作同样重要。主要包括上下部调剂和提高炉顶压力。文章所研究的热管式固相粉末换热系统,一方面可以余热回收高炉废热,降低能耗;另一方面可以预热煤粉,提高煤粉燃烧率,为提高喷煤量提供一种新方法。煤粉燃烧率与其初始温度密切相关。煤粉初始温度提高,可显著提高火焰传播速度,促使燃烧反应速度加快,使煤粉在有限时间、有限空间内燃烧率大幅度提高。煤粉喷进风口后需要吸收热量,传统的喷吹煤粉初始温度为40~70℃, 喷入高炉后首先是煤粉被加热,然后是挥发分燃烧和碳素燃烧,其燃烧率和煤焦置换比在高喷煤比条件下不够理想,同时高炉不易接受。现代的喷煤理论认为高喷煤比必须有以下特点: (1)煤粉必须在离开喷枪尖部的一瞬间立刻燃烧,燃烧不发生在回旋区内。煤粉到达风口小套尖部时已经燃烧完全,无未燃碳粉离开回旋区。煤粉预热和氧煤喷枪结合对煤粉的完全、快速燃烧效果显著。 (2)高炉正常生产合理的理论燃烧温度应保持在2200±50℃范围内,由于每喷吹10kg无烟煤会使理论燃烧温度下降15~20℃,10kg烟煤会使理论燃烧温度下降20~25℃。喷煤量大于100kg/t会使理论燃烧温度下降150~250℃以上,高喷煤比会使理论燃烧温度下降幅度更大。为使理论燃烧温度保持在合理范围内,就需要采取技术措施,传统办法有提高热风温度、富氧鼓风、脱湿鼓风。新的煤粉预热技术使煤粉从40~70℃预热到约120℃。煤粉初始温度的提高会达到如下效果:①增加煤粉在管道内的流动性; ②提高煤粉的燃烧率,减少未燃煤粉对高炉的影响;③提高煤、焦的置换比。 2　热管式固相粉末换热系统简介热管作为一种具有高导热性能的传热元件, 已在冶金行业发挥了极大的作用。由热管作为传热元件的各种热管式换热器与一般传统型式的换热器相比,具有传热效率高、流体流动阻力小、无运动部件、恒温特性好、拆卸更换和运行检查方便等优点。工业应用的分离式热管换热器除具有整体式热管换热器的优越性以外,还具有冷、热流体完全分隔、现场布置灵活、易于对具有易燃易爆磨损性大的流体进行换热、不存在携带传热极限的约束等优点,逐渐受到人们的重视。目前,热管换热器在冶金工艺中的应用有:(1) 回收高炉热风炉排放的烟气余热加热进入热风炉的高炉煤气和助燃空气;(2)回收烧结矿冷却过程中的废气余热,产生低压蒸汽供烧结工艺拌料或其它工艺需要;(3)回收转炉烟气的余热生产蒸汽等。图1是单段热管式固相粉末换热系统[2],由烟气换热器、煤粉换热器、热管工质的上升管和下降管组成。烟气换热器作为分离式热管换热器的蒸发段,煤粉换热器作为分离式热管换热器的冷凝段。利用高炉煤气燃烧产生的高温烟气和高炉热风炉的排放烟气混合,作为热管换热器的热流体流经烟气换热器的管外,以压缩空气作为输送载体的煤粉作为热管换热器的冷流体流经煤粉换热器的管内,两者之间通过热管进行热量的间接交换,实现了煤粉的连续流动性加热。图2是整体热管式固相粉末换热系统,其热端串联多段煤粉换热器,冷端设置同样数目的烟气换热器。 3　煤粉加热系统工艺简介图3为河南中加钢铁公司320m3高炉喷煤工艺中首次应用热管式固相粉末换热系统的工艺示意图。由高炉煤气燃烧炉产生的高温烟气和热风炉排放的部分烟气混合后流经系统冷端多组烟气换热器,放热降温后和热风炉余下的部分烟气混合进入磨煤机加热煤粉给料并进行磨煤,然后, 约70℃的磨碎的煤粉和烟气的混合物进入收粉除尘器进行除尘,之后,煤粉经叶轮给料机并通过煤粉筛进入煤粉仓,其将由压缩空气输送进入多段煤粉换热器吸收热量,吸热升温后的煤粉经喷吹罐喷入高炉。出收粉除尘器的约50℃的烟气经引风机排放放空。进入煤粉换热器的煤粉颗粒的平均直径为0·070mm,最大颗粒直径小于 0·080mm,含水率0·5%~0·6%。压缩空气的工作压力为0·6MPa。煤粉和压缩空气的混合物在加热前的温度约为40℃,煤粉加热后的实际出口温度约为110℃。 4　运行效果该换热系统首先在中加钢铁公司3号高炉应用,2006年4月16日投产,实施高顶压、高风温,大胆采用煤粉预热新技术,高炉技术经济指标逐步提高,特别是煤比指标,在鼓风无富氧的条件下,通过实施煤粉预热新技术2007年10月份达到了煤比160kg的历史最好水平(表1),跨入全国先进指标行列,实施煤粉预热后燃料比大幅度降低。对应用煤粉预热前后进行了对比总结如下: 中加钢铁公司3号高炉年产生铁40万,t目前,通过实施煤粉预热技术,焦比同等条件下降低约 35kg,煤比提高约10kg,煤粉预热可使喷入高炉的煤粉在不富氧的前提下,吨铁降低燃料比约 30kg,吨铁成本可降低约25元,年增加效益约 1000万元。 5　结束语热管式固相粉末换热系统可实现利用高炉排放的低热值的高炉煤气对喷煤工艺中煤粉的加热,使进入高炉的煤粉温度提高80~110℃,增加高炉的喷煤量,减少焦炭用量,真正实现了节能降耗和减排、降低成本的目的,为炼铁工艺带来了巨大的经济效益增长。中加公司三号高炉生产实践证明,煤粉预热对煤比提高和燃料比的降低是有效的。参考文献 [1]王维兴,黄洁·中国高炉炼铁技术发展评述·钢铁,2007,42(3):1~4 [2]李菊香,王宏强,顾文明·热管式固相粉末换热系统·中国,ZL·200710020359·5.2007-08-22 万　雪　编辑

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