如何提高低温区烟气利用率(一)

  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?;旌涎唐?00℃~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。

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