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钢 铁 企 业 节 能 技 术 及 应 用 国 际 研 讨 会
大 型 高 炉 炼 铁 节 能 减 排 技 术
研 究 与 应 用
报 告 人 : 张 福 明
zhangfuming@bsiet.com
北 京 首 钢 国 际 工 程 技 术 有 限 公 司
2013-7-31
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主 要 内 容
一 、 当 代 高 炉 炼 铁 技 术 发 展 现 状
二 、 高 效 长 寿 高 风 温 技 术
三 、 高 富 氧 大 喷 煤 技 术
四 、 煤 气 干 法 除 尘 -TRT 技 术
五 、 值 得 关 注 的 几 个 技 术 问 题
六 、 结 论
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一 、 当 代 高 炉 炼 铁 技 术 发 展 现 状
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1. 当 代 高 炉 炼 铁 技 术 的 发 展 环 境
自 然 资 源 短 缺
能 源 供 给 不 足
生 态 环 境 制 约
• 生 产 成 本 升 高
• 经 济 效 益 下 降
• 市 场 竞 争 力 不 足
• 可 持 续 发 展 受 阻
进 入 21 世 纪 以 来 , 高 炉 炼 铁 工 艺 再 次 受 到 自 然 资 源 短 缺 、
能 源 供 给 不 足 以 及 环 境 保 护 等 方 面 的 制 约 , 面 临 着 较 大 的 发 展
问 题 。 面 对 当 前 严 峻 的 形 势 和 挑 战 ,21 世 纪 高 炉 炼 铁 工 艺 要 实
现 可 持 续 发 展 , 必 须 在 高 效 低 耗 、 节 能 减 排 、 循 环 经 济 、 低 碳
冶 金 、 清 洁 环 保 等 方 面 取 得 显 著 突 破 , 需 要 进 一 步 提 高 风 温 、
降 低 燃 料 比 , 以 提 高 高 炉 炼 铁 技 术 的 生 命 力 和 竞 争 力 。
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构 建 高 效 率 、 低 消 耗 、 低 成 本 、 低 排 放 生 产 体 系
高 效 低 耗
可 持 续 发 展
支 撑 技 术
提 高 风 温 精 料 技 术 低 碳 冶 炼
节 能 减 排
循 环 经 济
低 碳 冶 炼
清 洁 环 保
安 全 长 寿
富 氧 喷 煤 延 长 寿 命 优 化 操 作
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• 生 产 成 本 约 占 钢 铁 制 造 成 本 的 70%-75%
• 能 源 消 耗 约 占 钢 铁 综 合 能 耗 的 70%
• 高 炉 是 钢 铁 制 造 流 程 中 关 键 生 产 工 序
• 铁 素 物 质 流 转 换 的 关 键 单 元
• 能 源 转 换 和 能 量 流 网 络 的 核 心 单 元
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2. 日 本 、 欧 洲 炼 铁 技 术 发 展 现 状
20 世 纪 70 年 代 , 以 日 本 为 代 表 的 工 业 发 达 国 家 , 相 继 建 成 了
一 批 容 积 5000m 3 以 上 的 巨 型 高 炉 , 引 领 了 国 际 高 炉 炼 铁 大 型 化 发
展 的 潮 流 。 目 前 日 本 运 行 高 炉 的 数 量 由 1990 年 的 65 座 减 少 到 28
座 , 高 炉 数 量 降 低 了 56.9% , 高 炉 平 均 容 积 由 1558m 3 提 高 到
4157m 3 , 增 长 幅 度 达 到 166.8%, 平 均 单 炉 产 量 达 到 350 万 t/a。
日 本 28 座 高 炉 平 均 燃 料 比 已 降 低 到 500kg/t 以 下 , 煤 比 达 到
120kg/t 以 上 , 焦 比 降 低 到 380kg/t 以 下 。
日 本 高 炉 主 要 技 术 指 标 的 发 展 趋 势
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近 20 年 来 , 欧 洲 在 役 高 炉 数 量 由 1990 年 的 92 座 减 少 到 2009
年 的 58 座 , 下 降 幅 度 为 37%。 但 是 高 炉 的 平 均 工 作 容 积 由 1690m 3
( 有 效 内 容 积 约 为 2150m 3 ) 上 升 到 2063m 3 ( 有 效 内 容 积 约 为
2480m 3 ), 上 升 幅 度 为 22%。
平 均 单 座 高 炉 产 量 由 104 万 t/a 增 加 到 154 万 t/a, 增 长 幅 度
为 48%。 欧 洲 高 炉 燃 料 比 降 低 到 496kg/t, 煤 比 达 到 123.9kg/t 以
上 , 重 油 天 然 气 为 20.3kg/t, 焦 比 降 低 到 351.8kg/t。
以 日 本 、 欧 洲 为 代 表 的 国 外 高 炉 炼 铁 技 术 总 体 发 展 趋 势
是 : 高 炉 座 数 减 少 , 高 炉 平 均 容 积 增 加 , 单 座 高 炉 产 量 增 加 ,
燃 料 比 呈 现 显 著 的 下 降 趋 势 。
欧 洲 高 炉 主 要 技 术 指 标 的 发 展 趋 势
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3. 中 国 高 炉 炼 铁 技 术 发 展 现 状
进 入 新 世 纪 以 来 , 我 国 高 炉 大 型 化 和 高 炉 现 代 化 带 动 了 高 炉
炼 铁 技 术 进 步 。2000 年 2000m 3 以 上 的 高 炉 仅 有 18 座 , 到 2012 年
2000m 3 以 上 的 高 炉 已 发 展 到 109 座 , 其 中 3000m 3 以 上 的 高 炉 为 35
座 ,2000~3000m 3 高 炉 为 74 座 ,4000m 3 以 上 高 炉 已 经 达 到 15 座 。
一 批 4000-5800m 3 的 特 大 型 高 炉 相 继 建 成 投 产 , 标 志 着 中 国 高 炉
大 型 化 已 经 步 入 国 际 先 进 行 列 。
2012 年 我 国 重 点 钢 铁 企 业 的 高 炉 燃 料 比 已 降 低 到 513kg/t,
焦 比 降 低 到 363kg/t, 煤 比 达 到 150kg/t 以 上 , 炼 铁 工 序 能 耗 降 低
到 401.8kgce/t, 热 风 温 度 达 到 1183℃。2005 年 以 后 , 随 着 我 国
1080m 3 以 上 大 型 高 炉 数 量 的 快 速 增 加 , 高 炉 燃 料 比 和 入 炉 焦 比 等
指 标 显 著 降 低 。
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2012 年 中 国 部 分 先 进 大 高 炉 主 要 技 术 经 济 指 标
高 炉
京 唐
1 号
迁 钢
3 号
宝 钢
3 号
宝 钢
4 号
武 钢
8 号
沙 钢
5800m 3
太 钢
5 号
马 钢
1 号
鲅 鱼
圈 1 号
高 炉 有 效 容 积 /m 3
5500
4000
4350
4747
3800
5800
4350
4000
4038
平 均 风 温 /℃
1234
1245
1222
1255
1178
1195
1240
1220
1219
富 氧 率 /%
3.81
4.42
3.56
1.26
6.11
11.34
4.97
2.98
1.87
燃 料 比 /(kg·t -1 )
490
505
492
484
507
503
515
520
515
入 炉 焦 比 /(kg·t -1 )
304
305
287
281
289
292
318
330
303
焦 丁 /(kg·t -1 )
30
42
23
25
45
53
12
37
63
煤 比 /(kg·t -1 )
157
158
182
178
173
158
185
153
149
利 用 系 数 /(t·m -3·d -1 )
2.23
2.30
2.42
2.14
2.74
2.36
2.44
2.13
1.85
煤 气 利 用 率 /%
51.00
47.50
51.88
51.86
47.54
47.50
49.80
47.74
48.34
工 序 能 耗 /(kgce·t -1 )
387.6
394.8
395.3
387.2
-
370.4
408.6
403.5
375.9
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3. 未 来 高 炉 炼 铁 的 发 展 目 标
1. 燃 料 比 ≤500kg/t, 先 进 高 炉 燃 料 比 应 ≤480kg/t; 入 炉 焦
比 应 ≤300kg/t , 先 进 高 炉 焦 比 应 ≤280kg/t ; 煤 比
≥180kg/t, 先 进 高 炉 煤 比 应 达 到 200~250kg/t, 喷 煤 率 达
到 45%~50%。
2. 高 炉 有 效 容 积 利 用 系 数 达 到 2.0~2.3t/(m 3 •d), 原 燃 料 条
件 好 、 技 术 装 备 水 平 高 的 大 型 高 炉 应 达 到 2.5t/(m 3 •d)。
3. 高 炉 一 代 炉 役 寿 命 ≥15a, 高 炉 一 代 炉 役 单 位 容 积 产 铁 量 应
达 到 10000~15000t/m 3 ; 技 术 装 备 水 平 高 、 原 燃 料 条 件 好 的
大 型 高 炉 , 一 代 炉 役 寿 命 要 力 争 达 到 20a 以 上 , 高 炉 单 位 容
积 产 铁 量 达 到 15000t/m 3 以 上 ; 热 风 炉 寿 命 要 大 于 或 等 于 高
炉 的 一 代 炉 役 寿 命 。
4. 热 风 温 度 达 到 1200~1250℃ , 大 型 高 炉 风 温 应 达 到
1250~1300℃。
5. 高 炉 富 氧 率 达 到 3%~5%, 先 进 高 炉 富 氧 率 应 达 到 5%~10%。
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二 、 高 效 长 寿 高 风 温 技 术
采 用 高 效 格 子
砖 , 提 高 热 量 储
备 和 换 热 效 率
高 温 热 风 的 稳 定
输 送 , 构 建 “ 无
过 热 - 低 应 力 ” 的
管 道 体 系
利 用 低 品 质 煤 气
实 现 1250℃ 高 风
温 综 合 技 术
提 高 理 论 燃 烧 温
度 和 拱 顶 温 度
采 用 合 理 热 风 炉
结 构 , 降 低 拱 顶
温 度 与 风 温 差 值
采 取 有 效 措 施 ,
抑 制 晶 间 应 力 腐
蚀 和 管 道 破 损
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1. 高 炉 高 风 温 的 意 义 和 作 用
• 高 风 温 是 现 代 高 炉 炼 铁 的 主 要 技 术 特 征 之 一 。 提 高 风 温 是 当
前 钢 铁 行 业 发 展 循 环 经 济 、 实 现 低 碳 冶 炼 、 节 能 减 排 和 可 持
续 发 展 的 关 键 共 性 技 术 , 高 风 温 对 于 提 高 高 炉 综 合 技 术 水
平 、 减 少 CO 2
排 放 、 引 领 行 业 技 术 进 步 具 有 极 其 重 要 的 意 义 。
• 高 炉 冶 炼 所 需 要 的 热 量 , 一 部 分 是 燃 料 在 炉 缸 燃 烧 所 释 放 的
燃 烧 热 , 另 一 部 分 是 高 温 热 风 所 带 入 的 物 理 热 。 热 风 带 入 高
炉 的 热 量 越 多 , 所 需 要 的 燃 料 燃 烧 热 就 越 少 , 亦 即 燃 料 消 耗
就 越 低 。
• 提 高 风 温 可 以 显 著 降 低 燃 料 消 耗 和 生 产 成 本 。 除 此 之 外 , 提
高 风 温 还 有 助 于 提 高 风 口 前 理 论 燃 烧 温 度 , 使 风 口 回 旋 区 具
有 较 高 的 温 度 , 炉 缸 热 量 充 沛 , 有 利 于 提 高 煤 粉 燃 烧 率 、 增
加 喷 煤 量 , 还 可 以 进 一 步 降 低 焦 比 。
• 高 风 温 是 高 炉 实 现 大 喷 煤 操 作 的 关 键 技 术 , 是 高 炉 降 低 焦
比 、 提 高 喷 煤 量 、 降 低 生 产 成 本 的 重 要 技 术 途 径 , 是 高 炉 炼
铁 发 展 史 上 极 其 重 要 的 技 术 进 步 。
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2. 高 炉 高 风 温 技 术 的 发 展 理 念
• 高 风 温 技 术 是 一 项 综 合 技 术 , 涉 及 到 整 个 钢 铁 厂 物 质 流 、 能
量 流 流 程 网 络 的 动 态 运 行 和 结 构 优 化 , 应 当 在 整 个 钢 铁 厂 流
程 网 络 的 尺 度 上 进 行 研 究 。
• 高 风 温 对 于 优 化 钢 铁 厂 能 源 网 络 结 构 、 降 低 生 产 成 本 和 能 源
消 耗 、 实 现 低 品 质 能 源 的 高 效 利 用 、 减 少 CO 2 排 放 等 都 具 有
重 大 的 现 实 意 义 和 深 远 的 历 史 意 义 。
• 进 入 21 世 纪 以 来 , 一 系 列 高 风 温 技 术 相 继 开 发 并 应 用 在 大 型
高 炉 上 , 高 风 温 技 术 创 新 与 应 用 实 践 取 得 了 显 著 的 技 术 成
效 。 现 代 大 型 高 炉 的 设 计 风 温 一 般 为 1200~1300℃, 提 高 风
温 已 成 为 当 前 高 炉 炼 铁 技 术 发 展 的 一 个 显 著 趋 势 。
• 2012 年 中 国 重 点 钢 铁 企 业 的 高 炉 平 均 风 温 为 1183℃, 先 进 高
炉 的 风 温 已 达 到 1250~1300℃, 技 术 水 平 差 距 很 大 , 进 一 步
提 高 风 温 仍 然 是 21 世 纪 高 炉 炼 铁 技 术 的 热 点 研 究 课 题 。
目 标 : 构 建 高 效 长 寿 高 风 温 热 风 炉 综 合 技 术 体 系
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3. 高 炉 高 风 温 技 术 的 发 展 目 标
高 风 温 是 现 代 高 炉 的 主 要 技 术 特 征 , 主 要 体 现 在 :
• 风 温 稳 定 达 到 1200-1300℃,1300±20℃
• 热 风 炉 拱 顶 温 度 ≤1420℃, 风 温 与 拱 顶 温 度 之 差
≤100-150℃
• 采 用 低 热 值 高 炉 煤 气 实 现 高 风 温
• 热 风 炉 系 统 综 合 热 效 率 达 到 ≥80%
• 高 温 热 风 的 稳 定 输 送
• 高 温 热 风 的 高 效 利 用
• 热 风 炉 使 用 寿 命 与 高 炉 炉 役 寿 命 同 步 (≥25 年 )
• 有 效 降 低 CO 2 和 NO x 的 排 放
目 标 : 构 建 高 效 长 寿 高 风 温 热 风 炉 综 合 技 术 体 系
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4. 提 高 风 温 的 技 术 途 径
• 提 高 热 风 炉 拱 顶 温 度 (≥1400℃), 减 小 拱 顶 温 度 与 风 温
的 差 值 (≤100-150℃)。
• 采 用 合 理 热 风 炉 结 构 , 优 化 热 风 炉 燃 烧 , 降 低 燃 料 消 耗 和
空 气 过 剩 系 数 , 使 热 风 炉 具 备 足 够 的 换 热 强 度 。
• 改 善 热 风 炉 换 热 过 程 , 提 高 热 风 炉 换 热 效 率 , 热 风 炉 系 统
综 合 热 效 率 达 到 80% 以 上 , 使 热 风 炉 具 备 足 够 的 换 热 容 量 。
• 优 化 热 风 炉 燃 烧 、 换 炉 和 送 风 操 作 , 建 立 基 于 数 学 模 型 控
制 的 热 风 炉 自 动 化 操 作 平 台 。
• 采 用 煤 气 、 助 燃 空 气 高 效 双 预 热 技 术 , 不 但 可 以 回 收 热 风
炉 烟 气 余 热 , 减 少 热 量 耗 散 , 还 可 以 有 效 提 高 热 风 炉 拱 顶
温 度 。 在 众 多 的 预 热 技 术 中 , 要 统 筹 考 虑 能 量 转 换 效 率 、
技 术 可 靠 性 以 及 设 备 使 用 寿 命 等 因 素 , 择 优 选 用 适 宜 可 靠
的 煤 气 、 助 燃 空 气 双 预 热 技 术 。
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5. 全 烧 高 炉 煤 气 实 现 1300℃ 超 高 风 温
• 热 风 炉 燃 料 采 用 高 热 值 煤 气 是 简 便 易 行 的 获 得 高 风 温 的 工
艺 , 但 随 着 高 炉 技 术 进 步 , 燃 料 比 不 断 下 降 , 煤 气 利 用 率 不
断 提 高 , 钢 铁 厂 高 热 值 煤 气 日 益 匮 乏 , 高 炉 煤 气 热 值 也 越 来
越 低 。
• 提 高 理 论 燃 烧 温 度 —— 提 高 拱 顶 温 度 的 关 键 要 素
T f =(Q DW +Q m +Q k ) / V y, m / i 0
式 中 : T f —— 理 论 燃 烧 温 度 ,℃;
Q DW —— 煤 气 燃 烧 产 生 的 化 学 热 ,kJ;
Q m —— 煤 气 带 入 的 物 理 热 ,kJ;
Q k —— 空 气 带 入 的 物 理 热 ,kJ;
V y,m —— 燃 烧 生 成 的 烟 气 量 ,Nm 3 ;
i 0 —— 烟 气 的 平 均 比 热 容 ,kJ/(Nm 3·℃)
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6. 全 烧 高 炉 煤 气 实 现 1300℃ 超 高 风 温
• 由 上 述 公 式 可 看 出 , 影 响 理 论 燃 烧 温 度 的 因 素 包 括 煤 气 热
值 、 煤 气 预 热 温 度 及 空 气 预 热 温 度 等 , 因 此 , 全 烧 低 热 值 煤
气 获 得 1400℃ 以 上 的 理 论 燃 烧 温 度 , 最 为 有 效 的 方 法 就 是 提
高 煤 气 和 空 气 的 预 热 温 度 。
• 以 高 炉 煤 气 热 值 为 750 kCal/Nm 3 ( 约 合 3139 kJ/Nm 3 ) 为 例 , 如
果 煤 气 和 助 燃 空 气 均 不 预 热 ( 均 按 50℃ 考 虑 ), 理 论 燃 烧 温
度 仅 为 1239℃。
• 煤 气 预 热 温 度 每 提 高 100℃, 可 提 高 理 论 燃 烧 温 度 40-50℃。
• 助 燃 空 气 预 热 温 度 每 提 高 100℃, 可 提 高 理 论 燃 烧 温 度 约
30℃。
• 要 使 理 论 燃 烧 温 度 提 高 至 1420℃, 须 将 助 燃 空 气 和 煤 气 均 预
热 至 350℃ 以 上 , 或 者 将 煤 气 预 热 至 200℃ 左 右 , 助 燃 空 气 预
热 至 450℃ 以 上 。
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7. 提 高 燃 烧 温 度 和 拱 顶 温 度
两 级 双 预 热 技 术 : 利 用 热 管 换 热 器 回 收 烟 气 余 热 , 将 热 风 炉 系 统
用 高 炉 煤 气 和 助 燃 空 气 预 热 到 200℃ 左 右 ; 利 用 预 热 炉 将 助 燃 空
气 进 一 步 预 热 到 600℃ 以 上 。 采 用 此 项 技 术 , 京 唐 1 号 、2 号 高 炉
全 烧 高 炉 煤 气 实 现 了 1300℃ 超 高 风 温 , 热 风 炉 系 统 热 效 率 达
83.8%。
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8. 选 择 合 理 的 热 风 炉 结 构 形 式
• 高 炉 热 风 炉 是 典 型 的 蓄 热 式 加 热 炉 , 其 工 作 原 理 不 同 于 其 他 的
冶 金 炉 窑 , 是 现 代 钢 铁 厂 燃 烧 功 率 最 大 、 能 量 消 耗 最 高 、 热 交
换 量 最 大 的 单 体 热 工 装 置 。
• 内 燃 式 、 外 燃 式 和 顶 燃 式 3 种 结 构 热 风 炉 均 有 实 现 1250℃ 以 上
高 风 温 的 实 绩 , 但 不 同 结 构 的 热 风 炉 在 燃 烧 工 况 适 应 性 、 气 体
流 动 及 分 布 均 匀 性 、 能 量 利 用 有 效 性 等 方 面 仍 存 在 差 异 。
• 综 合 考 虑 热 风 炉 高 效 长 寿 和 工 况 适 应 性 , 现 代 高 炉 采 用 顶 燃 式
或 外 燃 式 热 风 炉 是 适 宜 的 选 择 。
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9. 采 用 高 效 格 子 砖 , 优 化 热 风 炉 操 作
• 采 用 高 效 格 子 砖 。 实 践 证 实 , 缩 小 热 风 炉 拱 顶 温 度 与 风 温 的
差 值 可 以 显 著 提 高 风 温 , 其 主 要 技 术 措 施 是 强 化 蓄 热 室 格 子
砖 与 气 体 之 间 的 热 交 换 。 在 保 持 格 子 砖 活 面 积 或 格 子 砖 重 量
不 变 的 条 件 下 , 适 当 缩 小 格 子 砖 孔 径 , 可 以 增 加 格 子 砖 加 热
面 积 、 提 高 换 热 系 数 而 增 加 热 交 换 量 。
• 对 于 格 子 砖 砖 型 的 选 择 需 要 综 合 考 虑 择 优 确 定 , 并 不 是 格 子
砖 孔 数 越 多 、 孔 径 越 小 就 越 有 利 , 要 综 合 考 虑 蓄 热 室 热 效
率 、 蓄 热 室 有 效 利 用 率 和 格 子 砖 使 用 寿 命 等 各 种 因 素 的 影
响 。 因 此 采 用 高 效 格 子 砖 、 提 高 热 风 炉 热 效 率 是 提 高 风 温 、
降 低 热 风 炉 燃 烧 煤 气 量 、 减 少 CO 2
排 放 的 关 键 技 术 之 一 。
• 优 化 热 风 炉 操 作 。 优 化 热 风 炉 燃 烧 、 送 风 操 作 , 缩 小 拱 顶 温
度 与 风 温 的 差 值 , 适 当 提 高 烟 气 温 度 , 是 提 高 风 温 的 主 要 操
作 措 施 。
• 改 善 热 风 炉 操 作 一 方 面 应 开 发 应 用 适 宜 的 热 风 炉 操 作 数 学 模
型 , 采 用 信 息 化 、 数 字 化 手 段 提 高 热 风 炉 操 作 水 平 ; 另 一 方
面 应 在 交 错 并 联 送 风 技 术 的 基 础 上 , 研 究 开 发 热 风 炉 “ 热 交 错
并 联 ” 送 风 技 术 , 进 一 步 减 少 冷 风 混 风 量 , 降 低 风 温 波 动 , 使
高 炉 获 得 更 加 稳 定 的 高 风 温 。
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10. 实 现 高 温 热 风 的 稳 定 输 送
• 优 化 热 风 管 道 系 统 结 构 , 采 用 “ 无 过 热 — 低 应 力 ” 设 计 体 系 , 合
理 设 置 管 道 波 纹 补 偿 器 和 拉 杆 , 减 小 管 道 膨 胀 以 降 低 管 道 系
统 应 力 ; 热 风 管 道 采 用 组 合 砖 结 构 , 消 除 热 风 管 道 的 局 部 过
热 和 管 道 窜 风 。
• 热 风 出 口 采 用 独 立 的 环 形 组 合 砖 结 构 , 组 合 砖 之 间 采 用 双 凹
凸 榫 槽 结 构 进 行 加 强 , 以 减 轻 上 部 大 墙 砖 衬 对 组 合 砖 所 产 生
的 压 应 力 。 热 风 炉 的 热 风 出 口 、 热 风 管 道 上 的 三 岔 口 等 关 键
部 位 均 应 采 用 组 合 砖 结 构 。
• 对 于 已 运 行 的 热 风 管 道 应 采 用 表 面 温 度 监 测 系 统 , 可 以 在 线
监 控 热 风 管 道 关 键 部 位 的 管 壳 温 度 , 并 可 以 进 行 数 据 处 理 和
存 储 , 实 现 信 息 化 动 态 管 理 ; 同 时 为 了 监 控 热 风 管 道 受 热 膨
胀 而 产 生 的 变 形 情 况 , 设 置 激 光 位 移 监 测 仪 可 以 在 线 监 测 热
风 管 道 的 膨 胀 位 移 。
• 通 过 数 字 化 在 线 监 控 装 置 , 可 以 提 高 热 风 炉 管 道 工 作 的 可 靠
性 , 保 障 高 温 热 风 的 稳 定 输 送 。 该 项 技 术 已 在 首 钢 迁 钢 大 型
高 炉 上 都 得 到 了 成 功 应 用 , 取 得 了 较 好 的 应 用 效 果 。
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11. 延 长 热 风 炉 使 用 寿 命
• 当 热 风 炉 拱 顶 温 度 达 到 1420℃ 以 上 时 , 燃 烧 产 物 中 的 NO x
生
成 量 急 剧 升 高 , 燃 烧 产 物 中 的 水 蒸 气 在 温 度 降 低 到 露 点 以 下
时 冷 凝 成 液 态 水 ,NO x
与 冷 凝 水 结 合 形 成 酸 性 腐 蚀 性 介 质 ,
对 热 风 炉 高 温 区 炉 壳 造 成 晶 间 应 力 腐 蚀 , 降 低 了 热 风 炉 使 用
寿 命 , 成 为 制 约 风 温 进 一 步 提 高 的 主 要 限 制 因 素 。
• 热 风 炉 一 般 将 拱 顶 温 度 控 制 在 1420℃ 以 下 , 旨 在 降 低 NO x
生
成 量 从 而 有 效 抑 制 炉 壳 晶 间 应 力 腐 蚀 。 应 采 取 有 效 的 晶 间 应
力 预 防 措 施 , 延 长 热 风 炉 使 用 寿 命 。
• 通 过 合 理 控 制 热 风 炉 拱 顶 温 度 , 抑 制 热 风 炉 燃 烧 及 送 风 过 程
NO x
的 大 量 生 成 ; 采 取 高 温 区 炉 壳 涂 刷 防 酸 涂 料 和 喷 涂 耐 酸
喷 涂 料 等 防 护 措 施 , 加 强 对 热 风 炉 炉 壳 的 隔 离 保 护 ; 采 用 细
晶 粒 炉 壳 钢 板 , 采 用 热 处 理 措 施 消 除 或 降 低 炉 壳 制 造 过 程 的
焊 接 应 力 ; 对 于 热 风 炉 高 温 区 炉 壳 采 取 保 温 等 综 合 防 护 措
施 , 预 防 热 风 炉 炉 壳 晶 间 应 力 腐 蚀 的 发 生 , 以 延 长 热 风 炉 寿
命 达 到 与 高 炉 寿 命 同 步 , 使 热 风 炉 使 用 寿 命 达 到 25 年 以 上 。
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三 、 高 富 氧 大 喷 煤 技 术
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1. 高 炉 富 氧 鼓 风 的 意 义 和 作 用
• 提 高 煤 粉 燃 烧 率 , 减 少 未 燃 煤 粉 量 。 在 高 温 条 件 下 , 氧 的 扩 散
与 传 质 是 煤 粉 燃 烧 的 限 制 性 环 节 , 因 此 增 加 鼓 风 中 的 氧 浓 度 有
利 于 提 高 煤 粉 燃 烧 率 , 降 低 未 燃 煤 粉 量 , 提 高 煤 粉 利 用 率 , 进
而 可 以 有 效 增 加 喷 煤 量 。
• 提 高 风 口 前 理 论 燃 烧 温 度 , 保 持 炉 缸 具 有 充 足 的 热 量 。 鼓 风 富
氧 的 实 质 则 是 降 低 了 风 口 回 旋 区 燃 烧 所 产 生 的 炉 缸 煤 气 量 , 进
而 提 高 了 理 论 燃 烧 温 度 。 富 氧 率 提 高 1%, 理 论 燃 烧 温 度 可 以 提
高 45~50℃。
• 降 低 炉 腹 煤 气 量 , 改 善 高 炉 透 气 性 。 富 氧 率 提 高 1%, 吨 铁 煤 气
量 降 低 约 4%。 鼓 风 富 氧 有 效 地 降 低 了 炉 腹 煤 气 量 , 使 煤 气 流 速
降 低 , 在 高 炉 大 喷 煤 条 件 下 , 对 于 改 善 料 柱 透 气 性 意 义 重 大 。
• 提 高 煤 气 热 值 , 减 少 CO 2 排 放 。 鼓 风 富 氧 使 N 2 含 量 降 低 , 炉 顶 煤
气 量 减 少 且 N 2 含 量 降 低 , 在 一 定 程 度 上 煤 气 中 的 CO 体 积 浓 度 则
相 应 增 加 , 有 助 于 提 高 煤 气 热 值 , 可 以 降 低 热 风 炉 燃 烧 的 煤 气
消 耗 , 降 低 了 CO 2 的 排 放 。
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2. 高 炉 富 氧 喷 煤 的 重 要 意 义
• 提 高 生 产 效 率
高 炉 富 氧
高 炉 喷 煤
• 降 低 燃 料 消 耗 和 生 产 成 本
• 提 高 喷 煤 量 、 促 进 高 炉 稳 定 顺
行 降 低 高 炉 炼 铁 燃 料 消 耗 和 生
产 成 本
• 显 著 降 低 焦 比 , 减 少 炼 焦 过 程
的 环 境 污 染 , 还 可 以 缓 解 炼 焦
煤 资 源 短 缺 的 状 况
以 降 低 高 炉 燃 料 消 耗 为 技 术 目 标 , 以 提 高 风 温 、
提 高 喷 煤 量 为 技 术 途 径 , 以 精 料 技 术 和 优 化 操 作 为 技
术 保 障 , 高 炉 富 氧 喷 煤 大 有 可 为 !
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3. 高 炉 富 氧 喷 煤 的 支 撑 技 术
• 提 高 精 料 水 平 , 改 善 原 料 条 件 , 这 是 高 炉 大 喷 煤 操 作 的 重 要 基
础 。 在 提 高 入 炉 矿 石 冶 金 性 能 的 同 时 , 采 用 合 理 炉 料 结 构 , 适
当 增 加 球 团 矿 比 率 , 采 用 炉 料 分 级 入 炉 技 术 都 可 以 获 得 很 好 的
效 果 。 特 别 值 得 指 出 的 是 焦 炭 质 量 尤 为 重 要 , 喷 煤 量 达 到
200kg/t 以 上 , 必 须 提 高 焦 炭 质 量 。 焦 炭 常 温 抗 碎 强 度
M40≥85%, 抗 磨 强 度 M10≤6%, 焦 炭 反 应 后 强 度 CSR≥67%, 热
反 应 性 CRI≤25%, 焦 炭 灰 分 ≤12.5%, 焦 炭 平 均 粒 度 ≥50mm,
这 是 高 炉 大 喷 煤 操 作 的 重 要 保 障 条 件 。
• 提 高 富 氧 率 , 降 低 吨 铁 风 耗 。 要 转 变 以 “ 大 风 量 、 高 冶 炼 强 度 ”
获 取 高 产 的 传 统 观 念 , 不 应 片 面 追 求 “ 大 风 高 产 ”, 要 以 降 低 燃
料 比 、 提 高 煤 气 利 用 率 、 保 持 煤 气 流 合 理 分 布 为 前 提 , 提 高 鼓
风 质 量 , 风 温 ≥1250℃, 富 氧 率 ≥5%, 鼓 风 湿 分 ≤15g/m 3 , 构
建 当 代 高 炉 炼 铁 “ 精 料 、 精 风 ” 的 技 术 理 念 。 吨 铁 风 耗 降 低 不 但
使 高 炉 炉 腹 煤 气 量 显 著 降 低 , 有 利 于 高 炉 稳 定 顺 行 , 还 可 以 降
低 鼓 风 动 力 消 耗 , 节 约 生 产 成 本 。 关 于 氧 气 的 加 入 方 式 , 可 以
采 取 鼓 风 兑 入 和 氧 煤 喷 枪 局 部 供 氧 相 结 合 的 方 式 , 以 改 善 风 口
回 旋 区 供 氧 强 度 和 传 质 过 程 , 这 样 可 以 获 得 更 高 的 煤 粉 燃 烧
率 , 从 而 取 得 更 为 理 想 的 应 用 效 果 。
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3. 高 炉 富 氧 喷 煤 的 支 撑 技 术
• 优 化 高 炉 操 作 , 提 高 置 换 比 和 煤 粉 利 用 率 。 高 炉 大 喷 煤 条 件
下 , 高 炉 操 作 难 度 增 加 。 必 须 采 取 合 理 的 高 炉 操 作 制 度 , 上
下 部 调 剂 相 适 应 , 以 保 证 高 炉 大 喷 煤 条 件 下 的 高 炉 稳 定 顺
行 。 炉 料 分 布 控 制 技 术 是 高 炉 上 部 调 剂 的 核 心 , 其 技 术 实 质
是 保 证 高 炉 煤 气 流 的 合 理 分 布 , 提 高 煤 气 利 用 率 , 从 而 降 低
燃 料 比 。 合 理 的 送 风 制 度 的 内 涵 应 是 保 持 高 炉 具 有 适 宜 的 理
论 燃 烧 温 度 、 合 理 的 风 速 和 鼓 风 动 能 , 使 炉 缸 煤 气 初 始 分 布
合 理 , 具 有 足 够 的 中 心 气 流 , 以 改 善 炉 缸 透 气 性 。 特 别 是 高
炉 大 型 化 以 后 , 炉 缸 直 径 和 炉 缸 断 面 增 大 , 煤 气 流 难 于 穿 透
炉 缸 中 心 , 容 易 造 成 边 缘 气 流 过 分 发 展 , 导 致 燃 料 比 增 加 、
炉 墙 热 负 荷 提 高 , 不 但 不 利 于 降 低 燃 料 消 耗 , 还 会 对 高 炉 寿
命 产 生 影 响 。
• 提 高 置 换 比 和 煤 粉 利 用 率 。 高 风 温 、 富 氧 可 以 有 效 提 高 煤 粉
燃 烧 率 达 到 70% 以 上 ; 喷 吹 挥 发 分 20%~25% 的 混 煤 既 可 以 保 持
较 高 的 燃 烧 率 , 还 可 以 提 高 喷 煤 量 。 保 持 较 高 的 置 换 比 , 不
但 有 利 于 降 低 燃 料 比 , 还 有 利 于 高 炉 稳 定 顺 行 , 同 时 也 有 利
于 高 炉 接 受 更 多 的 煤 粉 。
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3. 高 炉 富 氧 喷 煤 的 支 撑 技 术
• 降 低 制 氧 成 本 , 保 障 氧 气 稳 定 供 应 。 目 前 , 高 炉 鼓 风 富 氧
面 临 最 大 的 问 题 是 氧 气 的 稳 定 供 应 , 究 其 原 因 主 要 是 鼓 风
富 氧 量 大 、 制 氧 成 本 高 所 致 。 因 此 , 需 要 结 合 高 炉 富 氧 的
特 点 , 建 设 专 用 的 高 炉 制 氧 机 , 保 障 高 炉 富 氧 所 需 氧 气 的
稳 定 供 应 。
采 用 高 炉 专 用
制 氧 机 组 , 满
足 高 炉 鼓 风 富
氧 的 稳 定 供 应
采 用 低 纯 制 氧
供 应 , 降 低 制
氧 成 本 和 工 程
投 资
优 化 高 炉 、 鼓 风 机 、 制 氧 机 的 协 同 优 化 设 计 与 运 行 体 系
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四 、 高 炉 煤 气 干 法 除 尘 与 余 压 发 电 技 术
• 高 炉 煤 气 干 法 除 尘 技 术 是 21 世 纪 高 炉 实 现 高 效 低 耗 、 节 能 减
排 、 清 洁 生 产 的 重 要 技 术 创 新 。
• 同 传 统 的 高 炉 煤 气 湿 式 除 尘 技 术 相 比 , 提 高 了 煤 气 净 化 程 度 、
煤 气 温 度 和 热 值 , 可 以 显 著 降 低 炼 铁 生 产 过 程 的 新 水 消 耗 和 动
力 消 耗 , 还 可 以 提 高 二 次 能 源 的 利 用 效 率 、 减 少 环 境 污 染 。
• 高 炉 煤 气 干 法 除 尘 -TRT 技 术 是 现 代 钢 铁 工 业 发 展 循 环 经 济 、 实
现 可 持 续 发 展 的 重 要 技 术 途 径 , 已 成 为 当 今 高 炉 炼 铁 技 术 的 发
展 方 向 。
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四 、 高 炉 煤 气 干 法 除 尘 与 余 压 发 电 技 术
• 新 世 纪 初 新 建 的 1000m 3 级 的 高 炉 相 继 采 用 此 项 技 术 , 目 前 已 推
广 应 用 到 数 十 座 2000~5500m 3 级 大 型 高 炉 。
• 目 前 我 国 自 主 开 发 的 高 炉 煤 气 干 式 布 袋 除 尘 技 术 在 设 计 研 究 、
技 术 创 新 、 工 程 集 成 及 生 产 应 用 等 方 面 取 得 突 破 性 进 展 , 自 主
设 计 开 发 的 大 型 高 炉 煤 气 全 干 式 脉 冲 喷 吹 布 袋 除 尘 技 术 , 完 全
取 消 了 备 用 的 高 炉 煤 气 湿 式 除 尘 系 统 。
• 研 究 开 发 了 高 炉 煤 气 布 袋 除 尘 低 压 脉 冲 喷 吹 清 灰 技 术 、 煤 气 温
度 控 制 技 术 、 煤 气 含 尘 量 在 线 监 测 、 除 尘 灰 浓 相 气 力 输 送 、 管
道 系 统 防 腐 等 关 键 核 心 技 术 , 使 大 型 高 炉 煤 气 全 干 式 布 袋 除 尘
技 术 日 臻 完 善 。
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四 、 高 炉 煤 气 干 法 除 尘 与 余 压 发 电 技 术
自 主 研 发 的 核 心 技 术
• 采 用 全 干 法 除 尘 工 艺 , 开 发 大 容 量 除 尘 器 , 煤 气 流 量 为
87×10 4 m 3 /h, 取 消 了 湿 法 备 用 系 统 。
• 攻 克 了 煤 气 温 度 控 制 、 装 备 制 造 和 自 动 化 控 制 等 技 术 难 题 。
开 发 了 喷 碱 脱 氯 和 管 道 防 腐 技 术 ;
• 全 部 设 备 国 内 制 造 , 国 产 化 率 达 100%, 具 有 自 主 知 识 产 权 ;
• 开 发 了 全 干 法 除 尘 与 TRT 耦 合 技 术 。
生 产 运 行 效 果
(1) 处 理 后 净 煤 气 含 尘 量 下 降 到 2-3.5mg/m 3 。
(2) 与 煤 气 湿 法 除 尘 相 比 , 年 节 水 190 万 t/a。
(3) 吨 铁 发 电 量 平 均 45.9kWh, 比 设 计 45kWh/t 提 高 2%, 比 湿 法
提 高 35%。 年 发 电 4.088 亿 kWh, 节 约 标 煤 3.4 万 t。
(4) 全 年 减 少 CO 2 排 放 10.6 万 t。
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四 、 高 炉 煤 气 干 法 除 尘 与 余 压 发 电 技 术
47
46.5
46.5
%
46
45.5
46 46 46 46
45
45.2
44.5
11 月 12 月 1 月 2 月 3 月 4 月
月 份
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五 、 值 得 重 点 关 注 的 几 个 问 题
1. 实 现 钢 铁 厂 流 程 结 构 优 化 条 件 下 的 高 炉 大 型 化 , 构 建 钢
铁 厂 物 质 流 、 能 量 流 、 信 息 流 流 程 网 络 系 统 优 化 的 动 态
精 准 运 行 体 系 。
2. 合 理 控 制 高 炉 运 行 , 建 立 科 学 合 理 的 生 产 指 标 评 价 体
系 , 实 现 高 炉 炼 铁 “ 高 效 、 低 耗 、 优 质 、 长 寿 、 清 洁 ” 的 多
目 标 协 同 优 化 ; 构 建 高 效 率 、 低 成 本 、 低 消 耗 、 低 排 放
的 高 炉 炼 铁 技 术 体 系 。
3. 继 续 坚 持 精 料 方 针 , 开 发 研 究 低 品 质 矿 石 的 利 用 技 术 ,
优 化 高 炉 炉 料 结 构 , 建 立 并 应 用 以 “ 数 学 规 划 ” 为 基 础 的 炉
料 优 化 数 学 模 型 。
4. 保 障 高 炉 操 作 稳 定 顺 行 , 延 长 高 炉 寿 命 。 重 视 炉 缸 炉 底
和 炉 腹 至 炉 身 下 部 区 域 的 寿 命 , 使 大 型 高 炉 寿 命 达 到 15
年 以 上 。
5. 贯 彻 循 环 经 济 理 念 , 实 施 低 碳 冶 炼 , 促 进 高 炉 炼 铁 的 可
持 续 发 展 。
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六 、 结 论
• 新 世 纪 初 , 当 代 高 炉 炼 铁 技 术 面 临 着 资 源 短 缺 、 能
源 供 给 不 足 和 生 态 环 境 的 制 约 , 实 现 高 炉 炼 铁 工 艺
的 可 持 续 发 展 , 必 须 采 用 高 风 温 、 高 富 氧 大 喷 煤 技
术 , 降 低 燃 料 消 耗 和 生 产 成 本 , 这 是 当 代 高 炉 炼 铁
技 术 发 展 的 必 由 之 路 。
• 高 风 温 是 综 合 技 术 , 是 降 低 燃 料 比 、 提 高 喷 煤 量 的
重 要 技 术 保 障 。 在 当 前 条 件 下 , 利 用 低 热 值 高 炉 煤
气 实 现 1250℃ 以 上 高 风 温 , 是 实 现 低 品 质 能 源 高 效
利 用 和 高 效 能 源 转 换 最 优 化 的 技 术 措 施 。 要 系 统 解
决 高 风 温 的 获 得 、 高 温 热 风 的 稳 定 输 送 和 高 效 利 用
等 关 键 技 术 问 题 , 采 用 高 效 长 寿 热 风 炉 及 高 效 格 子
砖 , 优 化 热 风 炉 操 作 , 保 障 高 温 热 风 的 稳 定 输 送 ,
延 长 热 风 炉 寿 命 , 使 高 温 热 风 得 到 高 效 利 用 。
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六 、 结 论
• 高 富 氧 大 喷 煤 是 降 低 燃 料 消 耗 的 重 要 支 撑 技 术 。 提
高 富 氧 率 对 当 代 高 炉 炼 铁 意 义 重 大 , 应 给 予 高 度 重
视 。 在 现 有 条 件 下 必 须 进 一 步 提 高 喷 煤 量 , 使 煤 比
达 到 200kg/t 以 上 , 燃 料 比 低 于 500kg/t 以 下 , 这 是
当 代 高 炉 炼 铁 工 艺 保 持 生 命 力 和 竞 争 力 的 根 本 所
在 。
• 高 炉 煤 气 干 法 除 尘 与 TRT 耦 合 技 术 , 是 高 炉 炼 铁 实
现 节 能 减 排 的 重 大 关 键 技 术 , 提 高 煤 气 纯 净 度 和
TRT 发 电 效 率 , 实 现 节 能 减 排 、 能 源 转 换 和 低 碳 冶
炼 。
• 到 21 世 纪 中 期 , 当 代 高 炉 采 用 高 风 温 、 高 富 氧 大 喷
煤 、 精 料 、 长 寿 、 节 能 减 排 、 环 境 保 护 等 综 合 技
术 , 进 一 步 降 低 燃 料 比 , 具 有 广 阔 的 发 展 前 景 。
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谢 谢 关 注 !
敬 请 大 家 批 评 指 正 !
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