如何提高低温区烟气利用率

目前，低碳经济已成为世界关注的焦点。钢铁生产过程中，炼铁工序是CO2的排放大户，占我国CO2总排量的10%。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所需能源的19%。热风的能量是由高炉煤气燃烧获得的，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。高风温成为推动炼铁技术进步和产生经济效益的有效途径，其重要性不言而喻。

进一步利用好高炉煤气，大力提高风温，不仅仅是工艺技术的简单问题，已成为提升钢铁企业核心竞争力的重要任务。

要获得高风温，通常采用附加高热值煤气或采用燃烧炉，这都需消耗更多的煤气，不可避免地排出更多的废气。虽然节约了焦炭，但实际上是浪费了能源，在讲究循环经济的形势下，其实整体效果是不经济的。常规烟气余热对热风炉空气和煤气进行双预热，一般只可将预热对象预热到200℃左右，再进一步提高风温的作用有限。要达到1200℃以上的高风温标准，不采用其他技术手段是不可能实现的。

实施高温空气燃烧技术是提高风温的一个重要措施，在低热值煤气条件下，能够有效实现热风炉的高效率、高风温、与低投入的运行。高效回收利用废烟气余热进行预热，将是我国今后钢铁行业节能的主攻方向。

不同预热工艺解析

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因素考虑，以期达到高效与低成本的目的。

辅助预热炉技术。首钢京唐5500立方米高炉热风炉预热系统是辅助预热炉工艺的典型代表。该公司所建的2座小型预热炉，燃烧高炉煤气来加热辅助预热炉，工作原理同热风炉。助燃空气经换热器加热到200℃左右，然后进入辅助预热炉内，被加热到500℃以上，送到热风炉。高炉煤气经换热器加热到200℃左右，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。但该技术前期建设投资较大，需要额外增设2座预热炉，因此，这种流程适合资金充足的大型联合钢铁企业。

附加燃烧炉预热技术。附加燃烧炉预热技术是近年来国内外研究最多、发展最迅速、应用也很普遍的预热技术。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)与热风炉烟道废气(300℃~350℃)混合。混合烟气(500℃~600℃左右)通过高温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℃。

附加燃烧炉预热系统关键设备是烟气燃烧炉和板式换热器。针对低热值高炉煤气燃料燃烧和掺混热风炉废气的特点，该系统要注重燃烧安全性和稳定性。此外，该系统需要设置一台引风机来混入热风炉废气，必须控制煤气含尘量以减少烟尘对设备的影响。

低温区烟气预热技术。国内高炉热风炉还采用了一种高温旁通烟道预热法。该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3个旁通烟道支管阀门)。这种预热方式的问题在于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;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。所以，高温区的热量用来预热介质或是加强蓄热，需要从系统整体的热效率来考虑。

低温区烟气预热技术的优点

在热风炉工作特性研究方面，很多企业和高校都进行了研究，组建了热态实验室进行顶燃式热风炉热态试验，通过完整的燃烧、送风实验，取得了蓄热室内的温度分布数据。

根据温度变化规律，可以从蓄热室内温度为500℃~600℃范围的高度设置旁通烟道，引出一部分烟气，经高温换热器将助燃空气预热至350℃~400℃。预热后的烟气再与热风炉废气混合，通过低温换热器将煤气预热至200℃。该工艺同样能够取得良好的使用效果。

相比之下，采用蓄热室低温区烟气进行预热助燃空气的方法是可行的，不仅可以提高空气和煤气温度，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。

在炉箅子结构和材质不变的情况下，低温区烟气预热技术的排烟温度高，空气和煤气的预热温度也高，能达到300℃左右，可轻易实现高温双预热。以单一高炉煤气为燃料，风温可达1200℃以上。

该系统结构简单、稳定可靠，除增加的管道切断阀外，无需增加设备，投资费用远远小于辅助预热炉和附加燃烧炉技术。而且操作简单，与普通热风炉相同，不需要辅助预热和附加燃烧炉那样复杂的工艺流程。该系统具有一定的独立性，风温提升效果显著，同样适用于热风炉改造，具有很高的性价比。

对热风系统的影响和相应措施

低温区烟气预热系统一旦其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，这样会使用于低温区预热的烟气量过小。面对这种情况，可以在分流区域配合使用特制的开孔格子砖。烟气通过格子砖进行水平流通，流量会重新分布，以此达到分流、温度均匀分布的目的。

对于系统蓄热室下部烟气量减少、对流减弱的情况，可以通过使用高效格子砖、高辐射纳米涂层等手段加强蓄热体的蓄热能力。通过控制送风时间和烧炉时间之比，确定合理的操作方式。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。

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，无论是在节能减排、提高风温方面，还是在长周期安全运行方面，都有较大的实际意义。

提高热风炉拱顶温度以后，一方面要采取防腐蚀措施;另一方面是限制燃烧期火焰温度，一般在1250℃~1300℃高风温热风炉的生产中，都建议将拱顶温度控制在1420℃以内，以防止晶界应力腐蚀和对环境的污染。

随着风温的升高，送风管路系统成为制约高炉接受高风温的薄弱环节，必须纠正系统的不合理设计，以适应高风温的要求。管道结构要满足低应力、定向膨胀的长寿要求。孔口采用新型组合砖结构，强化该部位的整体性和稳定性。