目前，低碳經(jīng)濟(jì)已成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，煉鐵工序是CO2的排放大戶，占我國(guó)CO2總排量的10%。現(xiàn)代高爐冶煉所需能源是以碳素燃燒為基礎(chǔ)，需要消耗大量焦炭、煤粉，其中熱風(fēng)提供的熱量占所需能源的19%。熱風(fēng)的能量是由高爐煤氣燃燒獲得的，通過(guò)熱風(fēng)爐將廉價(jià)的能源轉(zhuǎn)換成高溫?zé)犸L(fēng)以此來(lái)替代部分昂貴的冶金焦。高風(fēng)溫成為推動(dòng)煉鐵技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑，其重要性不言而喻。
進(jìn)一步利用好高爐煤氣，大力提高風(fēng)溫，不僅僅是工藝技術(shù)的簡(jiǎn)單問(wèn)題，已成為提升鋼鐵企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要任務(wù)。
要獲得高風(fēng)溫，通常采用附加高熱值煤氣或采用燃燒爐，這都需消耗更多的煤氣，不可避免地排出更多的廢氣。雖然節(jié)約了焦炭，但實(shí)際上是浪費(fèi)了能源，在講究循環(huán)經(jīng)濟(jì)的形勢(shì)下，其實(shí)整體效果是不經(jīng)濟(jì)的。常規(guī)煙氣余熱對(duì)熱風(fēng)爐空氣和煤氣進(jìn)行雙預(yù)熱，一般只可將預(yù)熱對(duì)象預(yù)熱到200℃左右，再進(jìn)一步提高風(fēng)溫的作用有限。要達(dá)到1200℃以上的高風(fēng)溫標(biāo)準(zhǔn)，不采用其他技術(shù)手段是不可能實(shí)現(xiàn)的。
實(shí)施高溫空氣燃燒技術(shù)是提高風(fēng)溫的一個(gè)重要措施，在低熱值煤氣條件下，能夠有效實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐的高效率、高風(fēng)溫、與低投入的運(yùn)行。高效回收利用廢煙氣余熱進(jìn)行預(yù)熱，將是我國(guó)今后鋼鐵行業(yè)節(jié)能的主攻方向。
不同預(yù)熱工藝解析
針對(duì)以低熱值高爐煤氣作為燃料，通過(guò)實(shí)施高溫空氣燃燒技術(shù)，最大限度回收燃燒產(chǎn)物顯熱，提高助燃空氣和煤氣的物理熱來(lái)獲得高風(fēng)溫。合理的選擇預(yù)熱方法需要從多方因素考慮，以期達(dá)到高效與低成本的目的。
輔助預(yù)熱爐技術(shù)。首鋼京唐5500立方米高爐熱風(fēng)爐預(yù)熱系統(tǒng)是輔助預(yù)熱爐工藝的典型代表。該公司所建的2座小型預(yù)熱爐，燃燒高爐煤氣來(lái)加熱輔助預(yù)熱爐，工作原理同熱風(fēng)爐。助燃空氣經(jīng)換熱器加熱到200℃左右，然后進(jìn)入輔助預(yù)熱爐內(nèi)，被加熱到500℃以上，送到熱風(fēng)爐。高爐煤氣經(jīng)換熱器加熱到200℃左右，送到熱風(fēng)爐作燃?xì)?。通過(guò)煤氣一級(jí)預(yù)熱、空氣兩級(jí)預(yù)熱后，送風(fēng)溫度可達(dá)到1300℃以上，能夠很好的實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫。但該技術(shù)前期建設(shè)投資較大，需要額外增設(shè)2座預(yù)熱爐，因此，這種流程適合資金充足的大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)。
附加燃燒爐預(yù)熱技術(shù)。附加燃燒爐預(yù)熱技術(shù)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究最多、發(fā)展最迅速、應(yīng)用也很普遍的預(yù)熱技術(shù)。在熱風(fēng)爐前增設(shè)一座燃燒爐，采用高爐煤氣作為燃料，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?000℃左右）與熱風(fēng)爐煙道廢氣（300℃~350℃）混合。混合煙氣（500℃~600℃左右）通過(guò)高溫?fù)Q熱器來(lái)預(yù)熱助燃空氣和煤氣，從而提高風(fēng)溫。采用該種雙預(yù)熱技術(shù)可以將助燃空氣預(yù)熱至400℃，將煤氣預(yù)熱到220℃。
附加燃燒爐預(yù)熱系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備是煙氣燃燒爐和板式換熱器。針對(duì)低熱值高爐煤氣燃料燃燒和摻混熱風(fēng)爐廢氣的特點(diǎn)，該系統(tǒng)要注重燃燒安全性和穩(wěn)定性。此外，該系統(tǒng)需要設(shè)置一臺(tái)引風(fēng)機(jī)來(lái)混入熱風(fēng)爐廢氣，必須控制煤氣含塵量以減少煙塵對(duì)設(shè)備的影響。
低溫區(qū)煙氣預(yù)熱技術(shù)。國(guó)內(nèi)高爐熱風(fēng)爐還采用了一種高溫旁通煙道預(yù)熱法。該法燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔獯蟛糠滞ㄟ^(guò)熱風(fēng)爐內(nèi)的蓄熱體，排入熱風(fēng)爐煙道，另一部分高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)位于拱頂?shù)母邷嘏酝煹乐苯优湃肟偀煹?。高、低溫?zé)煔饣旌铣蔀?00℃左右的煙氣，再經(jīng)過(guò)換熱器換熱后排入大氣，可使送風(fēng)溫度達(dá)到1250℃以上，無(wú)需額外增加燃料和輔助設(shè)備（僅3個(gè)旁通煙道支管閥門(mén)）。這種預(yù)熱方式的問(wèn)題在于高溫旁通煙道的分流作用會(huì)破壞燃燒室的旋流流場(chǎng)，造成蓄熱室截面上的流量和溫度分布不均勻。此外，蓄熱室上部是整個(gè)系統(tǒng)熱交換最強(qiáng)烈的部位，同時(shí)受到高溫輻射和對(duì)流作用；蓄熱室下部只靠對(duì)流傳熱，相對(duì)而言熱交換較弱，可積蓄的熱量有限。所以，高溫區(qū)的熱量用來(lái)預(yù)熱介質(zhì)或是加強(qiáng)蓄熱，需要從系統(tǒng)整體的熱效率來(lái)考慮。
低溫區(qū)煙氣預(yù)熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
在熱風(fēng)爐工作特性研究方面，很多企業(yè)和高校都進(jìn)行了研究，組建了熱態(tài)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行頂燃式熱風(fēng)爐熱態(tài)試驗(yàn)，通過(guò)完整的燃燒、送風(fēng)實(shí)驗(yàn)，取得了蓄熱室內(nèi)的溫度分布數(shù)據(jù)。