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1、点评五种热风炉用煤气、空气预热工艺银汉( 武汉中达制铁工程技术公司4 3 0 0 7 7 )唐文权( 北京钢铁设计研究总院1 0 0 0 5 3 )我国高炉除了极少数几座以外，热风炉都没有高热值煤气可供使用，只能用预热高炉煤气和助燃空气的方法获得1 2 5 0 以上的高风温。本文点评的五种预热工艺都有使用业绩。1 热风炉自身预热工艺2 附加加热双预热工艺3 辅助热风炉工艺4 迪林根预热工艺5 热风炉废气双预热工艺以上这五种工艺都是成熟的，能力上都能满足1 2 5 0 高风温的要求。点评只是提点参考意见，希望推荐者，决策者能够根据本企业条件和要求在设计中全面比较一下这些工艺的适用性、合理性和经济
2、性，五选一或者另找更好的工艺。为了便于互相比较，需要建立一个对各种工艺都适用的先决条件，那就是：必须利用最好是充分利用热风炉废气的余热。所谓充分利用是指废气温度被利用到剩下1 6 0 左右( 略高于废气中有害酸性物的露点温度) 然后再将其排放掉。不利用热风炉废气余热，既不符合国家当前特别强调的节能方针，也有损于企业完成节能指标和自身经济利益。热风炉用高炉煤气的消耗量约为助燃空气的1 6 倍，热容量也比助燃空气大，煤气应该是预热工艺的主要对象。自身预热工艺，辅助热风炉工艺本身只能预热助燃空气，当然要用热风炉废气预热煤气。其余预热工艺也都应该将热风炉废气首先预热煤气，因此，不论采用哪一种工艺都必须
3、在热风炉废气管路中设置一个煤气换热器，如果为了充分利用热风炉废气余热，在煤气换热器下游再放一个空气一次换热器。这些都是五种工艺的共同之处。不是互相比较的重点。需要全面比较的是用什么方法来预热助燃空气? 以及预热到多少温度? 附表一列出了五种工艺在相同的设定工况条件下估算的煤气和空气的预热温度，供比较时参考。实际工况条件与设定条件不同时，需要根据实际的煤气发热值和热风炉特征计算出所需的t 理，然后确定煤气和空气的预热温度。附表一，五种预热工艺在相同的设定工况条件下算得的高炉煤气和助燃空气的预热温度设定工况条件：大型高炉，三座外燃式热风炉要求送风末期风温1 2 5 0 单位风量格子砖( 硅质) 加
4、热面积4 0 m s N m 3 r a i n单位风量格子砖重量1 3 t N m 3 r a i n高炉煤气低热值3 2 0 0 k J N r n 3 ( 富氧- 2 0 N l n 3 t h m )表l 五种预热工艺的预热温度2 4 6 1 热风炉自身预热工艺这种工艺起源于上世纪七十年代，首先用在济南铁厂1 0 0 m 3 高炉上，三座热风炉一烧一送一预热，发明人是吕鲁平，张兴传等同志。在中国高炉急需高风温以及必须依靠预热这一问题上可以称他们为先觉先行者。1 9 9 3 年，鞍钢在加以很多改进以后开始在N 0 1 0 大型高炉( 2 5 8 0 m 3 ) 上使用这一工艺。四座热风炉
5、两烧一送一预热。关于改进后的使用经验和在提高风温这一系统工程里存在的问题请见“2 0 0 0 年炼铁生产技术工作会议暨炼铁年会文集”第5 7 页。这种工艺的特点是利用送风热风炉送风后的余热来预热燃烧热风炉用的助燃空气。同样四座热风炉，采用两烧两送交错并联送风制度在只烧高炉煤气的条件下达不到1 2 5 0 以上高风温，如果变成两烧一送一预热就可以达到1 2 5 0 以上高风温。增加几个阀门就可以省去一整套预热空气装置，使这一工艺在技术上和经济上都占有明显优势。不能因为鞍钢N o l 0 高炉存在非工艺本身问题而没有达到预期高风温。就否定这一项完全是我们国家的自主创新技术。对待这种工艺应该在鞍钢长
6、期使用的基础上进行探讨，除了操作系统比较繁琐和预热期废气温度过低对煤气换热器寿命不利等以外，工艺本身不存在大的缺点。如果没有大问题，就应该是个比较好的预热工艺。2 附加加热双预热工艺这是鞍钢炼铁厂和鞍钢设计研究院专门为有过剩高炉煤气的企业开发设计的一种预热工艺，请见“2 0 0 0年炼铁生产技术工作会议暨炼铁年会文集”第6 0 页。1 9 9 8 年开始用于鞍钢N o l l 高炉( 2 5 8 0 m 3 ) ，随后太钢N 0 4 高炉( 1 6 5 0 m 3 ) 也采用。由于高炉煤气和助燃空气都是用附加过剩的高炉煤气进行预热的，因此没有必要也不可能再去利用热风炉废气的预热了。现在，将剩余
7、高炉煤气放散、这种浪费能源，污染环境的做法已经不容存在，加上热风炉废气余热必须利用这一原则，这种预热工艺已经不能照搬套用。不过可以取其合理的一面进行改造，例如，降低附加煤气燃烧炉的能力，只保留预热空气部分，把煤气换热器改型以后放到热风炉废气管路中去( 或者为了充分利用热风炉废气余热在下游再加一个空气换热器) ，这样一改就与迪林根工艺相差无几了，同样是一个较好的预热工艺。3 辅助热风炉预热工艺新建两座蓄热式热风炉预热助燃空气是近几年开始兴起，并且正在大型高炉上迅速推广的一种预热工艺。用两座蓄热式热风炉专门预热助燃空气在德国早有先例，不同的是他们利用两座已经报废尚未拆除的热风炉短期内用来预热助燃空
8、气，而我们是把它演变成了新建两座蓄热式热风炉。新建两座蓄热式热风炉，基本上照搬高炉送风用热风炉工艺，当然稳妥可靠，炉子寿命也可以与高炉送风热风炉同步甚至更高( 指的是都用格子砖热风炉) ，这些当然是这一工艺的长处。不过，我们对选用，推广这一工艺还是存有两点疑惑之处，提出来供大家参考或讨论。1 觉得用这种工艺来预热助燃空气，在提供风温的能力上浪费很大。不免给人一种大材小用的感觉。当热风炉废气余热被利用以后，在高炉稍有富氧( 1 2 ) 的条件下要达到1 2 5 0 风温时，所需助燃空气的预热温度不会超过5 0 0 ，而蓄热式热风炉所用的耐材和阀门都具有提供1 0 0 0 以上风温的能力。过去小高
9、炉用管式热风炉向高炉送热风，作为高炉生产的关键设备长期使用，正常送风温度约6 0 0 7 0 0 送风压力 1 0 0 k P a 。后来小高炉也不用了，原因是它提供风温的能力达不到高炉风温 1 0 0 0 的要求。如果把它用作预热助燃空气，风温 5 0 0 压力只有几十k P a 又不是高炉生产关键设务，各方面条件都降低了，管式热风炉已经满足了预热助燃空气的要求。一座管式热风炉能干的事情似乎没有必要用两座蓄热式热风炉去顶替它。也许有人会说，现在还用过去小高炉用过的管式热风炉太“土”了! 其实管式热风炉就是一个把燃烧和换热合而为一的炉子。嫌它“土”就把它分开。分成燃烧炉和换热器。铸铁管不好，就
10、换成 一2 4 7 钢管，这就成了国内外都在使用的“附加煤气燃烧炉换热器”预热工艺。2 用一座管式热风炉( 或一套附加煤气燃烧炉和换热器) 用来预热助燃空气是直接换热、连续送风，用起来十分方便，送风温度也稳定。而蓄热式热风炉则是采用复杂的问接换热方式。照搬过来两座热风炉一烧一送，配上十多个阀门( 电动或液压) 加一套程序自动控制系统，不断来回倒换阀门，换炉时还要放掉热风( 浪费能源) ，送风时还有风温降落。把这种复杂的间接换热操作方式从风度高达1 0 0 0 以上的高炉送风热风炉上( 不得已才使用) 照搬到温度只需5 0 0 以下的预热热风炉上，不免给人一种自找麻烦的感觉。选用推广这种工艺，从
11、技术上看似乎并不合理，算经济帐也不会合算。4 迪林根预热工艺( 附图一)迪林根预热工艺是在热风炉废气管路上安装两个换热器，上游为煤气换热器，下游为空气一次换热器，这种工艺充分利用了热风炉废气余热。另设附加煤气燃烧炉和空气二次换热器，进一步将空气预热到所需温度。圈1 迪林根预热工艺德国R O G E S A 公司D i l l i n g e n 工厂里没有焦炉，1 9 8 5 年投产的N 0 5 高炉( 第一代) 内容积2 6 3 lm 3 ，三座外燃式热风炉采用这种预热工艺。设计风温1 3 0 0 ，鼓风流量2 9 0 0 0 0 N m 3 h ，高炉煤气热值3 2 0 0 k J N m
12、 3 。热风炉废气温度约3 2 0 ，将煤气预热到2 3 0 2 5 0 ，又经空气一次换热器将助燃空气预热到1 1 0 。废气排放温度约1 6 0 左右，附加煤气燃烧炉产生的高温烟气在进入空气二次换热器之前要兑人一部分从空气二次换热器出口自循环返回的烟气，混合烟气控制在8 0 0 以下，空气二次换热器出口烟气约3 6 0 左右，除一部分白循环返回到人口重复使用外，全部接至热风炉废气管路中煤气换热器的上游，与热风炉废气一起被换热利用。空气二次换热器可以将助燃空气从1 0 0 进一步预热到4 6 0 。这套预热系统在高炉第一代炉会期间一共用了1 1 年。1 9 9 7 年5 月高炉大修扩容到3
13、0 6 9 m 3 ，预热系统在高炉大修期间更换了换热器后继续在新一代炉龄中使用。迪林根预热工艺有关设备特征和生产操作数据请见附表2 。 附袁2 迪林根N 0 5 高炉( 3 0 6 9 0 ) 预热工艺设备特征和生产操作数据热风炉特征：生产操作数据：换热器换热面积热飙炉座数3时问：1 9 9 9 年6 月煤气换热器4 7 0 3蒂热室疽径88调节后风温1 2 2 l空气一次换热嚣o1 4 7 7燃烧室直径4 6吨铁 炉风最N m t h i n1 0 3 9空气二次换热器】2 1 0总商嘘5 35吨铁富氧量N m t h m2 04j I 子砖( 硅质) 重最2 2 9 1富氧率l9 3格子
14、砖加热i 6 j 积m 27 1 8 8 7高炉蟮气热值k N m 3 1 9 7最高拱顶温度1 5 0 0高炉煤气顶热温度2 1 5最高废气温度助燃空气预热温度3 8 72 4 8 5 热风炉烟气双预热工艺( 图2 )这种预热工艺最为简单，与普通热风炉废气余热利用一样，在废气管路内设置两个管式换热器用来预热煤气和空气。废气温度不够可以刻意提高。根据煤气热值和热风炉特性计算出要求废气达到的温度，操作简单适应性强。提高热风炉出口的废气温度能够提高传热介质之间的温差，传热系数和热流强度。是强化蓄热式热风炉的管式换热器热交换能力的有效措施，从而减少了设备投资。这种工艺特别适用于三座热风炉供风方式。采
15、用这种工艺时要核对烧炉时间和燃烧器的能力，提高炉算子、支柱和烟道阀的耐热性能，因此不适用于现有高炉大修，热风炉要再用一代的场合。结束语图2 热风炉烟气双预热工艺烟囱1 五种预热工艺在能力上都能满足1 2 5 0 高风温的要求，但是方法和经济效益各不相同，建议根据企业本身的条件( 与燃料消耗和富氧程度密切相关的煤气热值以及热风炉特征) 和对高风温的要求，经过认真比较后加以选用。对最近新建两座蓄热式热风炉预热助燃空气工艺逐渐时行起来的现象感到疑惑不解。2 投资兴建了能力可以满足1 2 5 0 风温( 甚至更高) 的预热装置，并不一定能够获得1 2 5 0 高风温。把热风温度提高到1 2 5 0 以
16、上是一项系统工程，除了预热手段以外，关键还要看能不能解决热风炉本身和进风系统中存在的薄弱环节，即使存在一个薄弱环节风温就高不上去( 国内一些上了预热装置的高炉风温仍然到不了1 2 0 0 甚至达不到1 1 5 0 ) 。我国自行设计的宝钢N 0 3 高炉使用1 2 5 0 左右的高风温已经有了七年以上的历史，说明了1 2 5 0 “ ( 2 高风温系统工程中的难题是完全可以解决的。真正把宝钢的经验学到手，解央薄弱环节和使用预热工艺双管齐下，才能得到实实在在的高风温。联系人：唐文权电话：0 1 0 6 3 4 9 8 7 7 1地址：北京市太平桥东里2 4 号楼2 2 0 2 信箱邮编：1 0 0 0 7 32 4 9 22 2Z卫171 S5岫蚺I l n , n图l 我国各级部分高炉炉型特征F 三三I L 己三三j H u h r1 r 一一却呻图2 国外部分
