（化学工艺专业论文）热风炉前置预热工艺设计与研究.pdf

x6 5 4 0 1 3 四川大学硕士学位论文 热风炉前置预热工艺设计与研究 化学工艺专业 研究生刘高高指导教师袁熙志 本文针对我国钢铁企业普遍存在风温低和高热值煤气短缺的情况，提出了 一种利用单一低热值高炉煤气获得 1 2 0 0 以上高风温的方法前置预热工 艺。 本文从目 前的能源危机着手，说明了高风温所能带来的经济效益和社会效 益，调查了国内外钢铁企业的风温水平，及我国风温水平低下的原因，并对国 内外常用的提高风温技术及其前置技术产生的背景进行了说明。同时还分析了 各种因素对风温产生的影响，如高炉煤气的热值，空气的预热温度，煤气的预 热温度，热风炉的拱顶温度和热风炉的下部排烟温度等。 分析了国内目 前使用的一些前置预热工艺，及其它们的缺陷和不足，如鞍 钢工艺配置不合理 、 故障多; 宝钢工艺复杂、 设备寿命短、 投资高等， 在克服 这些不足的基础上提出了一种新的前置预热工艺，并在南昌钢铁有限公司应用 投产。 计算了南钢前置预热系统中的热工参数， 如理论燃烧温度、 实际送风温度、 热风炉耗用空、煤气量和各种管道管径;设计了燃烧炉及炉中使用的燃烧器， 得出了 燃烧炉需要的煤气量和空气量，并对炉壁砌砖进行了 核算.按前置预热 工艺要求进行了扰流子换热器的选型，空、煤气热管换热器的选型，助燃风机 和排烟风机的选型。对热风炉系统在应用该技术后所产生的一些问题进行了解 决，如排烟阻力增加、热风炉下部排烟温度升高、入炉气体流量改变等。 为了达到工程化应用的目的，本文在前置预热系统的工艺、设备选型、设 备安装等方面进行了详细、 可用于实际的施工图设计， 用a u t o c a d 设计完成的 工程用施工图有:前置预热系统工艺图，前置预热系统设备安装图和前置预热 系统砌砖图。 四川大学硕士学位论文 建立了一套前置预热系统技术操作规程和安全操作规程，在项目 建成投产 后对系统进行了 调试，取得了相关数据，以此为依据分析了 前置预热工艺对热 风炉拱顶温度，热风炉风温和热风炉燃烧器的影响，根据所能提供的送风温度 对本工艺的使用效果进行了说明。从实际经验提出在使用该技术的同时应该注 意的主要工程问题有:燃烧炉点火控制，现场负压控制，燃烧炉及扰流子换热 器温度的控制。最后对实施该工艺所能获得的经济效益进行了核算。 关键词:高风温前置预热热风炉设计 四川大学硕士学位论文 d e s i g n a n d r e s e a r c h o n a a d d i t i o n a l p r e h e a t i n g h e a t - e x c h a n g i n g p r o c e s s f o r h o t - b l a s t s t o v e s p e c i a l t y : c h e m i c a l t e c h n o l o g y p o s t g r a d u a t e : l i u g a o g a o a d v i s e r : y u a n x i z h i h i g h b l a s t t e m p e r a t u r e c a n b r i n g g r e a t e c o n o m i c p r o f i t s a n d s o c i a l p r o f i t s , s o i t i s i m p o r t a n t t h a t h o t - b l a s t s t o v e c a n o f f e r h i g h b l a s t t e m p e r a t u r e f o r b l a s t f u r n a c e i n i r o n a n d s t e e l i n d u s t r y . b u t t h e b l a s t f u r n a c e g a s b e c o m e s d i l u t i o n a s t h e f u r n a c e i s b i g g e r a n d t h e f u r n a c e o p e r a t i o n i s m o r e r e a s o n a b l e , s o h i g h b l a s t t e m p e r a t u r e i s h a r d t o g e t i n t h i s t h e s i s , a n e w t e c h n o l o g y o n h o w t o g e t h i g h b l a s t t e m p e r a t u r e w a s p u t t e d f o r w a r d . w i t h t h i s p r o c e s s , h i g h b l a s t t e m p e r a t u r e a b o v e 1 2 0 0 0c w i l l b e o b t a i n e d w i t h o n l y b l a s t f u r n a c e g a s . t h e b l a s t t o 叩e r a t u r e l e v e l i n o u r c o u n t r y w a s i n v e s t i g a t e d a n d t h e r e a s o n o f l o w b l a s t t e m p e r a t u r e w a s d i s c u s s e d . s o m e t e c h n o l o g i e s o n h i g h b l a s t t e m p e r a t u r e w e r e i n t r o d u c e d a l s o . i n t h e s a m e t i m e , t h e f a c t o r s o f h i g h b l a s t t e m p e r a t u r e w e r e a n a l y z e d i n t h i s a r t i c l e , s u c h a s t h e t h e o r e t i c a l c o m b u s t i o n t e m p e r a t u r e , t h e h i g h h e a t i n g v a l u e g a s , t h e t e m p e r a t u r e o f a i r a n d t h e t e m p e r a t u r e o f b l a s t f u r n a c e g a s . a l l t h e r m a l p a r a m e t e r s w e r e c a l c u l a t e d , s u c h a s t h e t h e o r e t i c a l b l a s t t e m p e r a t u r e , p r a c t i c a l b l a s t t e m p e r a t u r e , a i r f l u x , g a s f l u x , a n d t h e d i a m e t e r o f e a c h p i p e . c o m b u s t i o n a n d b u r n e r w e r e d e s i g n e d ; s o m e p a r a m e t e r s s u c h a s c o m b u s t i o n v o l u m e , c h a m b e r g e o m e t r y , c o m b u s t i o n a i r r e q u i r e m e n t a n d c o m b u s t i o n g a s r e q u i r e m e n t w e r e c a l c u l a t e d . s o m e p r o b l e m s w i l l a p p e a r a f t e r a d d i t i o n a l p r e h e a t i n g 四川大学硕士学位论文 h e a t - e x c h a n g i n g p r o c e s s w a s a p p l i e d , a n d t h e m e a n s h o w t o s o l v e t h e s e p r o b l e m s t h e w e r e o f f e r e d . w o r k i n g d r a w i n g s a b o u t t h e a d d i t i o n a l p r e h e a t i n g h e a t - e x c h a n g i n g p r o c e s s w e r e d r e w w i t h a u t o c a d , p r o c e s s d r a w i n g , e q u i p m e n t d r a w i n g , a n d s e t d r a w i n g w e r e c o n t a i n e d . t h e r u l e s o f o p e r a t i o n a n d t h e r u l e s o f s a f e f o r t h i s p r o c e s s w e r e s e t a s t h e c o n s t r u c t i o n w a s c o m p l e t e d . t h e t e s t w a s c a r r i e d o u t a n d s o m e d a t a t h e w e r e g o t , a a n a l y s i s a b o u t t h i s p r o c e s s w a s d o n e economic p r o f i t s o f t h i s p r o c e s s w e r e l i s t e d a t b a s e o n t h e d a t a . l a s t . k e y w o r d s : h i g h h o t - b l a s t t e m p e r a t u r e a a d d i t i o n a l p r e h e a t i n g h e a t - e x c h a n g e r h o t - b l a s t s t o v e d e s i g n 四川大学硕士学位论文 1 综述 1 . 1 论文的研究目的和意义 钢铁是一种应用极其广泛的材料。事实上，我们的日常生活是一刻也离不 开钢铁，大到汽车、轮船，小到缝衣针，只有为数不多的物品不是由钢铁制造 的，钢铁行业对于国民经济的重要性也由此可见一斑。 随着社会的不断进步，对钢铁行业提出的要求越来越高。主要有内外两方 面的因素，首先，我国加入了 w t o ，而根据入世的承诺，我国钢铁产品的进口 关税将由2 0 0 1 年的算术平均值9 % 左右下调到6 . 5 3 % 。关税的 大幅降 低将 导致国际钢材大量流入中国市场，使国内钢材的价格压力增大，因此如何保持 我国钢铁产品的竞争力， 已是关系到国内钢铁企业生死存亡的问题。 与此同时， 中国能源结构和生态环境也对钢铁企业提出更高的要求。 2 1 世纪炼铁工业发展 的重点是节能与环保， 炼铁是钢铁生产中的能耗大户和主要污染源，1 9 9 6 年我 国钢铁企业吨钢总能耗为1 . 3 9 t 标准煤，由烧结、球团、焦化以及高炉各工序 组成的 炼铁过程，消耗了吨钢总能量的 7 0 % 左右 ， ， ， 其中 产生的大量粉尘、 废 气和废水，对环境造成严重影响。炼铁的节能与环保对整个钢铁工业的健康发 展 是 十 分 重 要 的 。 ， ，o 本课题从降低炼铁工序的能耗和增加钢铁产量的方向着手，降低单位产品 成本，提高产品的竞争力，这对我国钢铁行业有着十分重大的意义。在各种节 能、降耗、增产的措施中，提高热风炉送风温度是一种高效率、实惠、且适合 我国绝大多数钢铁企业的实际情况的有效措施。本课题从此切入，探讨如何利 用前置预热工艺技术来提高热风炉送风温度，并使其达到工程应用的程度。此 技术的开发，必将给我国钢铁企业带来显著的经济效益和社会效益，具有非常 广阔的应用前景。 1 . 1 . 1 中 国 钢铁 产 业能 源 消 耗 概况 5 (6 7 ( 8 1 国民经济的良 好势头，强有力地促进了我国钢铁行业的发展，全国生铁、 钢、 钢材、 焦炭的产量都处于高速增长阶段 ( 见表 1 - 1 ) 0 2 0 0 3 年我国钢年产能 已经超过 2 . 2 亿 t ，预计 2 0 0 6 年末将达到近 3 . 3 亿 t 。与此同时，我国主要能 源和初级产品的供求格局发生了较大变化，资源对经济发展的制约作用开始显 一 1 一 四川大学硕士学位论文 现， 且差距呈越来越大之势。 近年来东北、 华东、 华南、 西南等地区的“ 煤荒” 与 “ 缺油” ，以及长三角的 “ 电荒” 就是一个明显的信号， 而属于高耗能型的钢 铁企业则受到较大冲击。 因国家要求关停小煤窑，对煤窑的安全生产实施强化管理，这会使煤炭产 量受到一定影响， 相应地其价格一直在攀升， 尤其在2 0 0 2 年， 更是出 现了全国 大范围的涨价，其中炼焦煤不但涨价幅度大，还出现了局部短缺现象。受此影 响，导致重点钢铁企业冶金焦质量下降，炼铁工序能耗上升，炼铁成本也在升 高 ( 见表1 - 2 ) e 表 1 - 1全国主要钢铁产品产l单位:万 t 生铁钢钢材焦炭 2 0 0 3 年2 0 2 3 12 2 2 3 4 2 41 1 91 3 8 7 9 2 0 0 2年1 7 0 7 4 . 5 31 8 1 5 5 . 1 6 1 9 21 8 . 3 41 1 2 3 7 . 0 2 2 0 0 1 年1 4 7 0 4 . 0 61 5 0 8 7 . 0 61 6 1 6 9 . 7 91 0 1 8 4 . 4 1 增幅 ( %) 3 7 . 5 94 7 . 3 74 9 . 1 63 6 . 2 8 表 1 - 2重点企业焦炭质量和炼铁技术经济指标 elf rig 焦炭炼铁技术经济指标 m 4 0 % m io % 灰粉 % s % 工序能耗 k g 八 喷煤比 k g / t 热风 温度 2 0 0 3 年 8 1 . 2 57 . 0 61 2 . 6 10 . 6 14 6 3 . 51 2 01 0 7 8 2 0 0 2年8 3 . 1 37 . 0 51 2 . 5 60 . 5 8 4 5 41 2 51 0 6 6 2 0 0 1 年8 2 . 0 67 . 0 41 2 . 2 20 . 5 64 4 8 1 2 41 0 8 1 差值 - 0 . 8 1+ 0 . 0 2+ 0 . 3 9+ 0 . 0 5+ 1 5 . 5- 4- 3 近年来，我国铁钢比在下降，已经小于 1 . 0 。由于我国废钢资源不足，钢 产量的增长主要是靠生铁产量来支撑的， 而焦炭产量增幅小于生铁产量的增幅， 说明我国焦炭产品将会出现短缺。从现在形势来看，我国钢铁产量高速增长势 头还会持续一段时间，并会维持在一个较高的水平，焦炭短缺现象短期内不会 一 2 一 四川大学硕士学位论文 得到有效地缓解。 钢铁企业的能源成本占整个钢铁产品总成本的3 0 %以上， 2 1 %以 上 9 1 。由于能源成本的升高而造成钢铁产品 场竞争力。为了解决这个问题，钢铁企业可通过技 成本升高， 一些先进企业是 降低了产品的市 术改造， 工艺、设备来节能降耗，降低成本. 钢铁工业总能耗中有 系统，所以炼铁系统的节能降耗具有举足轻重的作用。 采用先进的技术、 6 1 . 4 3 消耗在炼铁 1 . 1 . 2 高 风 温 带 来 的 益 处 l9 ) ( 11 1 1 12 1 1 13 1 在冶金行业生产中，热风炉的送风温度一直是个重要的生产指标，它的高 低在一定程度上反映了冶金水平的高低，高炉在高风温的情况下可以提高冶炼 强度， 提高喷煤量，同时降 低吨铁能耗。 据经验数据: 风温每提高 1 0 0 c ，吨 铁 焦比 可以 降 低2 0 k g , 增 加 产量4 % ， 还可以 增加5 0 k g 喷 煤量 “ ， 。 因 此应十分 注意将风温保持在较高的水平上进行冶炼操作。 1 . 2 我国的风温使用现状 1 . 2 . 1 提高风温的 技术 措 施 【” 高炉风温涉及到很多方面的问题， 如高炉原料燃烧条件、 冶炼强度、 焦比、 燃料喷吹、高炉炉况及高炉工长操作水平等方面的因素。但总的来说可分为下 面几类: 1 ) 高 温 热 源1 1. 1 ( 1 ， 热风炉要达到高风温，必须有相应的高温热源作为基础物质条件，否则高 风温即成为无米之炊。 西欧、 日 本的高炉在六、 七十年代风温曾 达到1 2 0 0- 1 3 0 0 的水平，它是以高炉喷吹重油、热风炉使用天然气或焦炉煤气的混合煤气为 条件的。但是由于目前全球性的能源危机，只有很少几个资源丰富的国家还在 使用上述方法，如俄罗斯。而大多数国家则采用其他的技术措施来提高风温， 如高炉煤气采用干式除尘，充分利用热风炉烟气余热来预热热风炉助燃空气和 煤气等。 2 ) 热风炉结构形 式 ” ， 随着热风炉的强化和风温的提高，传统的内燃式热风炉寿命大大降低，已 经不能适应高风温的需要， 相应地出现了外燃式、 顶燃式和改造内燃式热风炉。 一 3一 四川大学硕士学位论文 外燃式热风炉结构最复杂、占 地面积最大、造价最高，而且无论何种形式的外 燃式热风炉结构上受力不均匀的问 题均没有根本解决。顶燃式热风炉具有结构 合理、 寿命长、占 地面积小、热效率高等特点，但它要求有较高的自 动化装备 水平和满足工艺需要的大能力短焰燃烧器。 另外， 也可采用顶燃式球式热风炉， 它具有传热系数高，结构紧凑，建设投资低的优点。 3 ) 高温耐火材料 ， ， 在热风炉中，既能长期承受高温又能满足热风炉工艺需要的耐火材料是达 到高风温的保证。以 前大多数热风炉高温部位使用高铝砖，这种砖虽具有较高 的荷重软化点，但其抗高温蠕变性能很差，会造成热风炉中的格子砖下沉、格 子砖变形、炉墙不均匀下沉和开裂等情况。由于硅砖具有很好的抗高温蠕变性 能和高温下的热稳定性， 日 本等发达国家的高温热风炉的高温部位都使用硅砖。 但硅砖也有价格昂贵、耐急冷急热性能差等缺点。 4 ) 热风炉辅助设备 2 u 1 热风炉要在高温、高压下长期运行，其辅助设备特别是热风炉各主要阀门 也必须能适应高风温的需要，最突出的是热风阀，它的工作状况和寿命也影响 到风温的提高。另外，热风炉送出的高风温要通过风口 送风组件才送入高炉， 所以风口 送风组件的密封性和绝热性对高风温也十分重要。 5 ) 热风炉和高炉操作控制【 2 1 1 ( 22 1 风温调节曾是高炉下部调剂的快速而有效的手段。随着高炉风口喷吹燃料 技术的应用，喷吹量的调节可以成为更灵活的下部调剂手段，不仅可以进行总 量调节还可以进行单个风口调节， 高炉采用全风温操作， 甚至将混风大闸关闭， 风温水平相应提高。 操作先进的高炉焦比低、煤气利用好，煤气热值低，对热风炉烧炉不利， 但操作先进的高炉却使用较高的风温。而对于操作落后的高炉焦比高、煤气利 用差、煤气热值高， 热风炉可烧到较高的温度，但高炉却难于使用高的风温， 所以高炉和热风炉的操作应相互配合才能最大限度地提升热风炉提供高风温的 能力。 1 . 2 . 2我国 钢铁企业的 风温水平【 2 3 1 由于高风温的重要性，冶金工作者一直致力提高高炉的风温。如上所述 - a- 四川大学硕士学位论文 炼铁系统成熟而有效节能的技术有很多，近年来，我国炼铁生产技术取得了长 足进展，如高炉利用系数、综合焦比、喷吹煤粉、原燃料质量、高炉寿命等方 面均缩小了与国际先进水平的差距。但是热风温度低却是我国炼铁系统与国际 先进水平差距最大的地方。2 0 0 2 年，我国重点企业风温为1 0 6 6 0c，比2 0 0 1 年 度下降了1 5 0c ， 比国际水平差近2 0 0 左右 24 3 ， 这在一定程度上制约了 我国 炼 铁技术的发展。 所以发展适合我国国情的高风温技术， 在当前的环境有着特别重要的意义。 1 . 3 国内外常用提高风温的技术 24 1 (2 5 1 ( 25 1 e v i ( 28 1 近年来，我国高炉的风温水平有了明显的提高。2 0 0 1 年全国5 4 个企业的 高炉风温水平分布情况为: 风温超过1 2 0 0 的1 家( 宝钢) ，1 1 5 0 -1 2 0 0 的1 家( 包钢) ，1 1 0 0 1 1 5 0 的有3 家( 梅ll i 、攀钢、2 6 7 2 厂) ，1 0 0 0 1 1 0 0 的有 3 0 家，风温不超过1 0 0 0 的有1 9 家。如果以1 1 0 0 - 1 2 0 0 的风温作为目 标， 9 0 %的企业尚有进一步努力的余地，这从一个侧面说明我国的钢铁企业在提高 风温方面还做得不尽如人意。 1 . 3 . 1 影响风温提高的因素 26 1 ( 30 1 ( 3 1 1 影响风温的因素有很多，本节仅从热源的部分来进行分析，有几个重要的 因素，它们分别是:拱顶温度，煤气和空气的预热温度，空气过剩系数，煤气 热值等方面。 1 . 3 . 1 . 1拱顶温度 3 2 1 ( 3 3 1 拱顶温度受到以下几种情况限制: ( 1 )由耐火材料理化性能确定。为防止因测量误差或燃烧控制得不及时而 烧坏拱顶，一般将实际的拱顶温度控制在比拱项耐火砖荷重软化点低 1 0 0 左 右。 ( 2 )由 燃料的含尘量确定。格子砖或耐火球因渣化和堵塞而降低寿命。产 生格子砖或耐火球渣化的条件是煤气的含尘量和温度，见表1 - 3 a ( 3 )受生成腐蚀介质限制。热风炉燃烧生成的高温烟气中含有 n 0 , 腐蚀性 一 5 一 表 1 - 3 四川大学硕士学位论文 不同含尘t允许的拱顶温度 煤 气 含 尘 量 / m g . m 拱顶温度 ( 不大于) / 8 0 - 1 0 0 1 5 0 i 3 0 i 2 0 1 0 1 1 0 0 i 1 2 0 0 i 1 2 5 0 i 1 3 5 0 i 1 4 5 0 成分， n o : 的生成量和燃烧生成烟气温度有关。 为了避免发生拱顶钢板的晶间应 力腐蚀，必须控制拱顶温度不超过 1 4 0 0 或采取其他防止晶间应力腐蚀的措 施。 拱顶温度和理论燃烧温度的关系: 拱顶温度与热风温度的关系 据国内外高炉生产实践统计，大、中型高炉热风炉拱顶温度比平均风温高 1 0 0 - 2 0 0 c e 拱顶温度与理论燃烧温度的关系 由于炉墙散热及不完全燃烧等因素的影响，我国大、中型高炉热风炉实际 拱顶温度低于理论燃烧温度7 0 -9 0 c . 1 . 3 . 1 . 2煤气的热值 7 4 1 ( 1 )煤气发热量q ， 与热风炉理论燃烧温度的关系 若空气和煤气都不预热，它们带入的物理热只占总热量收入很小一部分 此时影响理论燃烧温度 t ， 的主要因素为煤气的发热量q m . t , = q 。 二 + q 2 + q , v i:- - c i- q d w 煤气 低发 热 值， j l k g ; 残、 蛛 空 气 、 煤 气 带 入 的 热 量 ， j l k g ; 作 每 燃 烧l k g 煤 气 烟 气 产 生 量 ，k g / k g ; 导 烟 气的比 热，j / ( k g . k ) a 1 )仅 燃 烧高 炉 煤气， q di 每1 7 7 k j l k g ， t ， 相 应 地1 2 4 0c ， 见 表1 - 4 e 表 1 - 4 高炉煤气不同发热it的理论燃烧温度 a ; 耀黯 kj/kgt a b s = l 10) /0c 卡 2308+ 23851211 1256 2 5 3 92 6 1 6 2 6 9 3 1 3 5 01 3 9 51 4 5 0 注:高炉煤气含h , 0 5 %,煤气温度3 5 0c，空气温度 2 0 0 c e 一 6一 四川大学硕士学位论文 2 )高炉煤气混入焦炉煤气 高炉煤气混入不同量的焦炉煤气， 混合煤气的发热量q ， 及理论燃烧温度 t ， ，如图 1 - 1所示。依据图中计算采用的高炉煤气和焦炉煤气成分，每增加焦 炉 煤气i %， 混合 煤气q ，约增加1 1 0 u/ k g ， 在混合量不 超过1 5 %以 前， 每i %焦炉煤气提高理论燃烧温度t ， 约1 6 c o 5 1 0 1 5 字 昆 入焦炉煤气/ % 咖圃娜1400即卿 p侧胆驾裂恕侧 图1 - 1煤气热值和理论姚烧温度的关系 表 1 - 5 图1 - 1 中的气体成份 、 c o zc oh ,c h , c . h . 0 n sh 2 0 q a . k j / k g 高炉煤气/ % 1 4 . 9 02 3 . 7 03 . 3 05 3 . 1 05 . 02 4 9 2 焦炉煤气/ % 3 . 3 57 . 1 75 7 . 3 82 5 . 1 83 . 4 40 . 43 . 0 81 3 5 3 7 3 )高发热量煤气混入量的计算 需 要 混 入高 热 值 煤 气量的 比 例a 高 按 下 式 计 算: 、 唱 叠 黯x 100, 一 7一 四川大学硕士学位论文 1 . 3 . 1 . 3 预热助燃空气和煤气 m l ( 1 )预热助燃空气、煤气对理论燃烧温度的影响 1 )助燃空气预热温度对理论燃烧温度的影响。 表 1 - 6 列出的几种不同发热 量的煤气在不同助燃空气温度时的t 。 值。 从表中 可见， 助燃空气温度在8 0 0 以内时， 每升高1 0 0 0c ， 相应提高t o 3 0 3 5 0c ，一般按3 3 0c 计算。 表1 - 6 几种发热盘不同的煤气在不同助烘空气预热温度下的t 以c ) 助燃空气预热温度/ 2 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0 煤气q . =2 3 0 8 k j / k g 1 2 1 11 2 3 31 2 6 31 2 9 31 3 2 31 3 5 21 3 8 51 4 1 71 4 4 9 煤气q a =2 4 6 2 k j / k g 1 3 0 31 3 2 81 3 6 01 3 9 21 4 2 41 4 5 81 4 9 11 5 2 61 5 6 2 煤气q o . = 2 6 1 6 k j / k g 1 3 9 51 4 2 01 4 5 11 4 8 81 5 2 41 5 6 01 5 9 61 6 3 41 6 7 3 注:高炉煤气( 1 i z 0 5 % ) , b z =1 . 1 0 . 2 )煤气预热温度对理论燃烧温度 t ， 的影响， 的煤气在不同预热温度下的七 ， 。由表中可看出， 提高t ， 约4 0 0c . 表 1 - 7 中列出的几种发热量 煤气预热温度每升高 1 0 0 0c , 表1 - 7 几种发热蛋不同的煤气在不同预热温度下的t a ( c ) 煤气预热温度/ 3 51 0 02 0 03 0 04 0 0 煤气q o . =2 3 0 8 k j / k g 1 21 11 2 3 31 2 6 31 2 9 31 3 2 3 煤气q o . = 2 4 6 2 k j / k g 1 3 0 31 3 2 81 3 6 01 3 9 21 4 2 4 煤气q . = 2 6 1 6 k j / k g 1 3 9 51 4 2 01 4 5 11 4 8 81 5 2 4 注:高炉煤气( n z 0 5 % ) , b s =1 . 1 0 . 3 )助燃空气和煤气同时 预热对理论燃烧温度的影响 岛 ， 。 助燃空气和煤气同时都预热，提高理论燃烧温度的效果为两者分别预热效果之 和。 例如 燃烧q = 2 4 6 2 k l l k g 的 煤气， 助燃空 气预热到2 0 0 时 可提高t ， 二1 3 6 0 一1 3 0 3 二5 7 0c ;煤气也预热到 2 0 0 0c ，可提高 t ， =1 3 8 1 一1 3 0 3 =7 8 0c ; t， 提 高的总效果为: 5 7 - 1- 7 8 =1 3 5 0c . 图1 - 2 直观地说明这种关系， 其中高炉煤气的 - 8 - 四川大学硕士学位论文 1 7 0 0 1 6 5 0 1 6 0 0 八u八ij门八划 已d0ujn 一口民口44 p侧明篆罕润刮 1 3 5 0 1 3 0 0 1 2 5 0 1 2 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 煤气预热温度/ 图1 - 2 空、煤气预热温度和理论燃烧温度的关系 体积含水量为5 %， b =1 . 1 0 , q u . = 2 4 6 2 k j / k g 。 综上所述，就改善热风炉高温热源方面来说，可以混入高热值煤气如焦炉 煤气，还可以 单独预热助燃空气或煤气，或者同时对空气和煤气进行预热，同 时可以知道预热煤气效果好于预热空气的效果。 1 . 3 . 1 . 4空气过剩系 数 3 7 空气过剩系数对理论燃烧温度的影响也必须注意。一般说来，理论燃烧温 度随空气过剩系数呈线性关系变化，随着空气过剩系数的提高，理论燃烧温度 降低。因此为了提高热风炉拱顶温度， 在保证煤气充分燃烧的前提下，降低空 气过剩系数是有利的。 控制空气过剩系数的方法有: i )在热风炉燃烧时要勤观察、勤调节，借助废气分析，保证合理燃烧。 2 )改善燃烧器结构，改善煤气和空气的混合. 3 )采用自 动燃烧控制系统。 一 9一 四川大学硕士学位论文 1 . 3 . 2提 高 风 温 的 措 施， ， 【 借助上述理论分析，冶金工作者摸索出多种提高风温的措施。 如掺烧焦炉 煤气，助燃空气富氧，采用热管换热器实现空、煤气双预热，还可以利用自身 预热技术获得高风温。一般说来，由于目 前国内钢铁厂的资源限制，掺烧焦炉 煤气和助燃空气富氧的方法用得不多，而对回收余热及利用低热值高炉煤气却 很重视。其中，以 热风炉烟气余热预热煤气或助燃空气、高炉炉顶荒煤气预热 净煤气为多，此外还有附加燃烧预热的 “ 双预热技术” 和自 身预热技术等。目 前发展比 较迅速的是附加燃烧预热的 “ 双预热” 技术即前置预热技术和自 身预 热技术。 由于前置预热技术在第一章有比较详细的论述，下面着重介绍热风炉自身 预热法，并提及小热风炉预热法。 1 . 3 . 2 . 1 自 身 预热 技术40 ) 6 0 年代末7 0 年代初在济南铁厂3 号高炉热风炉首次实验成功。8 0 年代后 期，邯郸钢铁厂在 1 2 6 0 m 高炉采用这项技术。1 9 9 4 年鞍钢 1 0 号2 5 8 0 m 高炉大 修改造也采用了这项技术。 自 身预热助燃空气的热风炉系统，就是利用热风炉向高炉送风后的余热来 预热助燃空气，是我国独创的用低热值的高炉煤气获得高风温的系统。采用这 种技术可以将助燃空气预热至 6 0 0 左右， 高炉风温提高近 2 0 0 0c 。 所以采用自 身预热技术来提高高炉风温是可行的，是一种将低温热能转变为高温热能的有 效方法， 但是自身预热技术对热风炉陶瓷燃烧器和蓄热格子砖的寿命有很大的影 响，尤其是陶瓷燃烧器承受急冷急热的变化，对其寿命影响较大。 新建的热风 炉上可以对燃烧器在这方面加以完善，而对大多数正在使用的热风炉燃烧器进 行改造显然是不现实的。因此，采用自身预热技术提高高炉热风炉送风温度有 一定的局限性。 如果要在高炉上实现 1 2 0 0 高风温， 必须将助燃空气预热到相 当高的水平。假如当前风温为1 0 0 0 左右，助燃空气大约需预热7 0 0 左右。 这样带来一些目 前的热风炉附属设备是否能适应这么高的温度的问题。 但也有 成功的例子， 鞍钢1 0 号高炉热风炉采用自 身预热， 助燃空气预热温度小于6 0 0 ， 高炉煤气用热风炉烟气余热预热到 1 5 0 c， 二者综合使用， 使风温达到1 2 0 0 一 1 0- 四川大学硕士学位论文 。 1 . 3 . 2 . 2 小热风炉预热法 最后经烟 道和烟囱排入大气。 4 0 0 4 5 0 的助燃空气和3 0 0 3 5 0 的高炉煤气分别进入 热风炉燃烧室参与燃烧，可把拱顶温度烧到 1 4 5 0 以上，确保送风温度达到 1 2 5 0 一1 3 1 0 c- 1 . 4 . 2 . 3 国 外 的 前 五 预 热 工 艺 进 展【 川 【 ， ， ” ， : 川 国外钢铁企业对热风炉余热回收非常重视，都采取相应的技术来提高热风 温度， 其风温水平一般都在 1 2 5 0 以上， 其中日 本的风温水平可达1 3 5 0 以上。 日本于1 9 8 2 年4 月在钢管公司富山钢铁厂4 号高炉内燃式热风炉上， 安装 了一台大容量分离式热管换热预热助燃空气，日 本神户制钢公司也使用前置预 热技术使风温达到 1 2 0 0 以上。 美国、 德国等国家也分别在不同的高炉上采用 热管式、热媒式和前置换热器回收热风炉烟气余热和高炉余能预热助燃空气和 煤气， 以达到 1 2 0 0 - 1 3 0 0 的高风温， 德国萨尔茨吉特公司和迪林根公司使用 前置 预热 技术使风 温达到t 1 2 7 5 - 1 3 0 0 0c ( a 参考文献 黄金干.回眸与展望.中国冶金报， 2 0 0 4 - 2 - 1 4 ( 7 ) . 钢铁工业余热资源调查 专集卜 冶金工业部鞍山 热能研究所，1 9 8 8 . h a s e g w a , t ; m o c h i d a , s ; g u p t a , a . k . d e v e l o p m e n t o f a d v a n c e d i n d u s t r ia l f u rn a c e u s i n g h i g h l y p re h e a t e d c o m b u s t i o n a ir . j o u r n a l o f p r o p u l s i o n a n d p o w e r . v l 8 , p 2 3 3 - 2 3 9 r a n g a n a t h a n , s . ; g o d i w a l l a , k .m. e ff e c t o f p r e h e a t , b e d p o r o s it y , a n d c h a r g e c o n t r o l o n t h e r m a l re s p o n s e o f s u b m e r g e d a r c f u rn a c e p ro d u c i n g f e r r o c h r o m i u m . i r o n m a k i n g a n d s t e e l m a k i n g , v 2 8 , n 3 2 0 0 1 , p 2 7 3 - 2 7 8 . 数字2 0 0 3 .中国 冶金报， 2 0 0 4 - 2 ( 1 ) . 王庭栋1号高炉大修热风炉系统设计采用的新技术. 武钢技术， 2 0 0 2 , 4 0 ( 3 ) : 21 -2 3. 川231456 一 1 ，一 四川大学硕士学位论文 ( 7 1 窦 力威. 鞍钢高风温技术的 开发 与 应用. 炼铁， 2 0 0 0 , ( 6 ) : 1 5 -1 8 . 8 1 刘日 新. 关于空 气预热的 燃料节约率.昆 明 工学院 学报，1 9 9 4 , 1 2 ( 1 9 ) . 9 1 炼铁设 计参考资 料. 北京: 冶金 工业出 版社. 1 0 刘 泉兴. 大 型高 炉热 风 炉高 效预 热 系 统 生 成实 践. 钢 铁， 1 9 9 9 ( 1 1 ) : 1 - 4 . 1 1 黎国 传. 柳钢高炉提高使 用风 温的 实践. 柳钢科技，1 9 9 3 , ( 1 ) : 3 - 7 . 1 2 王正 宇. 球式 热风炉采用纯高炉 煤气获得1 2 0 0 高 风温的 生产实 践. 钢铁， 1 9 9 7 .7 . 1 3 1李 新 宁 ， 卫 钢 . 1 2 6 0 m 3 高 炉 热 风 炉 烟 气 余 热 回 收 系 统 安 装 实 践 . 河 北 冶 金 ， 2 0 0 2 , ( 2 ) : 3 0 -3 1 . 1 4 金岩. 高 炉煤气和助燃空 气“ 双预热” 提高高 炉风温的 研究 钢铁， 1 9 9 8 , 3 3 ( 6 ) : 5 4 -5 6 . ( 1 5 1吴钢生， 郝志忠， 唐宝一 包钢炼铁厂高 风温生产实践. 钢铁， 2 0 0 1 , 3 6 ( 6 ) : 1 0 一 1 2 1 6 1胡 伯 康， 沈云各. 宝钢1 号高 炉使用1 2 0 0 高 风 温的实践 炼 铁， 1 9 9 3 , ( 3 ) : 5 - 9 . 1 7 1傅 连 春 . 武 钢3 2 0 0 m 高 炉 使 用 高 风 温 实 践 . 炼 铁， 1 9 9 5 , 1 4 ( 2 ) : 2 1 - 2 4 . 1 8 钟 章格. 高 炉热风炉 烟气 亲热回 收技术的 应用. 冶金能 源， 2 0 0 2 , 2 1 ( 4 ) : 4 6 - 4 8 . ( 1 9 陶中明 梅山 高炉热风炉提高 风温技术. 梅山 科技， 1 9 9 9 , ( 2 ) : 4 6 - 4 8 . 2 0 1罗茂华，高勇.昆 钢6 号高炉 提高风 a的 措施 炼铁， 2 0 0 2 , ( 3 ) : 3 4 - 3 7 . 2 1 刘宝成. 安 钢高炉实 现高 风sm 操作的 措施. 炼铁，1 9 9 5 , 1 4 ( 3 ) : 2 0 - 2 1 . 2 2 1关庆富. 本钢二铁厂提高 风温的 途径. 本钢科技，1 9 9 7 , ( 4 ) : 3 一 5 . 2 3 贺有多、 窦立 威. 提高热风炉风 温的 途径， 钢 铁， 2 0 0 3 , 3 8 ( 3 ) : 6 9 一 7 2 . ( 2 4 1刘人达 冶金炉热工基础.北京: 冶金工业出 版社，1 9 9 5 : 1 0 1 -1 0 2 . . 2 5 1李东生， 龙承俊. 高风温热风炉 热风管道系统合理结构研究. 鞍钢技术， 2 0 0 2 , ( 3 ) : 1 6 - 1 9 . 2 6 1薛晋安，张晋生.太钢3 号高炉热风炉管道设计的改进 炼铁， 2 0 0 1 , 2 0 ( 3 ) : 4 6 -4 7. 2 7 游开 铸 鞍钢1 0 号高 炉 1 2 0 0 0c 高风 温热风炉设计方案中 几个问 题的 讨 论. 炼铁， 1 9 8 9 , ( 3 ) : 7 -1 1 . 2 8 李 嘉年. 采用双预热提高 热风炉风 温. 钢铁， 2 0 0 1 , 3 6 ( 2 ) : 1 2 - 1 5 . 2 9 杨子柱. 带附 加燃烧炉的 双预热 技术在太钢4 号高 炉的 应用. 钢铁， 2 0 0 2 , 1 0 ( 3 7 ) : 5 7 - 5 9. 一 1 8- 四川大学硕士学位论文 吴启常，张建梁.我国热风炉的现状及提高风温的对策.炼铁， 2 0 0 2 , 2 1 ( 5 ) : 1 - 4 刘敏飞，朱彤.高温空气燃烧技术的特点及其应用前景.能源研究与信息。2 0 0 1 , 1 7 ( 1 ) : 2 7 一5 . g u p t a a . k , b o l z s , h a s e g a w a , t . e ff e c t o f a i r p re h e a t t e m p e r a t u r e a n d o x y g e n c o n c e n t r a t i o n o n fl a m e s t r u c t u re a n d e m i s s io n . e n e r gy r e s o u r c e s t e c h n o l o g y , 1 9 9 9 ,9 王军， 王晋平. 各因素对热风炉理论燃烧温度的影响. 包头钢铁学报， 2 0 0 2 , 2 1 ( 3 ) : 2 8 3 - 2 8 7 . 朱光俊. 对提高高炉风温水平途径的 探讨.重庆钢铁高等专科学校校报，1 9 9 8 , 1 3 ( 4 ) : 4 5 - 4 8 . 项钟庸. 再论提高热风温度的途径. 钢铁，1 9 9 8 , 3 3( 1 0 ) : 1 2 -1 4 . 何环宇， 王庆祥. 提高热风温度的 技术措施. 钢铁研究， 2 0 0 1 , ( 4 ) : 5 7 -6 0 . 饶荣水. 热风炉提高风 温的儿点浅见 工业加热， 2 0 0 1 , ( 5 ) : 2 1 - 2 4 . 程琳.关于提高热风炉送风温度途径的探讨炼铁，2 0 0 2 , ( 3 ) : 4 -6 . 张春雷.热风炉高风温技术的改进措施.鞍钢技术，1 9 9 5 , ( 4 ) : 3 8 -4 0 . 李翔，苍大强等.离炉前置双预热高风温技术 炼铁， 2 0 0 3 , 2 2( l ) : 5 4 - 5 6 . 张春芳. 利用低热值高炉煤气获取高风温的预热技