專利名稱：高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒工藝及系統(tǒng)，適用于任何形式的熱風(fēng)爐(內(nèi)燃、外燃或者頂燃，3座或4座配置),屬于冶金工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高爐煉鐵工藝中，節(jié)能降耗的一個(gè)最有效的途徑就是提高高爐的入爐風(fēng)溫。風(fēng)溫的改善可以提高冶煉強(qiáng)度、降低入爐焦比，使噸鐵能耗降低，還可提高產(chǎn)鐵量。理論上認(rèn)為風(fēng)溫升高100°c，可降低焦比8 15kg/t-Fe，多噴吹煤粉2(T30kg/t_Fe，提高產(chǎn)量3 5%?，F(xiàn)代高爐普遍采用蓄熱式熱風(fēng)爐加熱鼓風(fēng)。熱風(fēng)爐由蓄熱室和燃燒室兩部分組成。工作周期包括燃燒期和送風(fēng)期。燃燒期內(nèi)，利用煤氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饧訜嵝顭崾腋褡哟u，使格子磚儲(chǔ)備熱量，然后換爐至送風(fēng)期。高溫?zé)煔饨?jīng)格子磚吸熱后溫度降至300-400°C后經(jīng)煙氣總管排放。送風(fēng)期則釋放格子磚儲(chǔ)備的熱能將冷風(fēng)迅速加熱，再通過熱風(fēng)管道送至高爐使用。為滿足高爐生產(chǎn)的連續(xù)性和可靠性，一座高爐一般配置3 4座熱風(fēng)爐。隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，使用高風(fēng)溫已成為現(xiàn)代高爐的重要技術(shù)特征?，F(xiàn)代熱風(fēng)爐要實(shí)現(xiàn)1250°C以上的高風(fēng)溫，壽命要大于30年，同時(shí)要降低C02、N0X等污染物的排放，節(jié)約能源，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽高效。進(jìn)一步的，伴隨著氧煤強(qiáng)化煉鐵新工藝的推廣應(yīng)用，高爐對(duì)高風(fēng)溫的需求更加迫切，因此，熱風(fēng)爐在高爐生產(chǎn)中得地位越來越重要。與此同時(shí)，伴隨高爐裝備現(xiàn)代化水平和綜合冶煉技術(shù)水平的不斷提高，高爐的綜合燃料比得以顯著降低，使高爐煤氣的發(fā)熱值已經(jīng)降至3000kJ/m3的低水平，不采用輔助方法，已無法達(dá)到較高的高爐風(fēng)溫。比較簡(jiǎn)單的解決辦法是在高爐煤氣中配加高熱值煤氣的方法來實(shí)現(xiàn)。比如寶鋼的外燃式熱風(fēng)爐，通過在高爐煤氣中配加5 10%的焦?fàn)t煤氣，使理論燃燒溫度達(dá)到1420°C以上，從而實(shí)現(xiàn)年均熱風(fēng)溫度1250 1270°C。國(guó)內(nèi)以首鋼為代表的超高溫?zé)犸L(fēng)爐技術(shù)，主要是通過將助燃空氣、高爐煤氣分別預(yù)熱到600°C和180°C，來使理論燃燒溫度高于1450°C，保證高爐穩(wěn)定地獲得1250°C及以上的風(fēng)溫。首鋼曹妃甸5500m3高爐和遷鋼4000m3高爐的熱風(fēng)爐，分別是在4座頂燃式熱風(fēng)爐和4座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的基礎(chǔ)上，各配加2座小熱風(fēng)爐來預(yù)熱助燃空氣至600°C，并采用傳統(tǒng)的煙氣余熱利用技術(shù)來預(yù)熱高爐煤氣至180°C。這種方法不僅增加了小熱風(fēng)爐系統(tǒng)的額外投資，也增加了占地面積，而且使熱風(fēng)爐系統(tǒng)的工藝復(fù)雜化，并顯著增加了系統(tǒng)散熱損失。與本發(fā)明意圖相近的傳統(tǒng)技術(shù)是利用熱風(fēng)爐自身預(yù)熱的方式，主要原理是熱風(fēng)爐送風(fēng)后，利用爐內(nèi)的余熱將熱風(fēng)爐的助燃空氣預(yù)熱到500°C以上。該技術(shù)必須配置4座熱風(fēng)爐，操作制度是“兩燒一送一預(yù)熱”，即一座熱風(fēng)爐送風(fēng)后，改為預(yù)熱爐加熱助燃空氣，送至另一座熱風(fēng)爐燃燒。由于這種方法增加了熱風(fēng)爐管道的復(fù)雜程度和設(shè)備檢修的難度，同時(shí)對(duì)熱風(fēng)爐燃燒操作產(chǎn)生較大影響，沒有得到推廣。又及，前述的現(xiàn)有熱風(fēng)爐 均為常規(guī)熱風(fēng)爐，其燃燒原理和特征無本質(zhì)區(qū)別。隨著熱風(fēng)爐拱頂溫度的提高，NOX的生成將急劇加快，造成爐殼晶間應(yīng)力腐蝕、污染環(huán)境等不利狀況，因此設(shè)計(jì)開發(fā)出一種改變常規(guī)熱風(fēng)爐燃燒過程，進(jìn)一步提高風(fēng)溫，降低C02、NOX排放的高溫低氧長(zhǎng)壽高效熱風(fēng)爐已成為克服上述技術(shù)缺陷的迫切要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的主要在于提供一種高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒方法及系統(tǒng)，其僅靠單一的高爐煤氣作燃料即可獲得125(Tl30(rC的高風(fēng)溫，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高溫低氧燃燒，投資少、工藝設(shè)備操作簡(jiǎn)單、余熱利用率高、熱風(fēng)爐使用壽命長(zhǎng)、NOX污染小。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
一種高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒方法，包括:分別利用至少一熱風(fēng)引出支管和至少一煙氣引出支管從熱風(fēng)總管和煙氣總管中引出高溫空氣和煙氣，并將被引出的高溫空氣與被弓I出的煙氣在混風(fēng)室混合形成熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w，而后將該熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w輸入熱風(fēng)爐燃燒室，并與高爐煤氣混合燃燒，獲得125(Tl300 V的高風(fēng)溫。 優(yōu)選的，所述熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w至少由經(jīng)熱風(fēng)爐加熱后的高溫空氣和熱風(fēng)爐燒爐生成的煙氣混合而成。進(jìn)一步的，所述熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w的含氧量為5 15wt%、溫度在600°C以上。所述熱風(fēng)引出支管和煙氣引出支管上均設(shè)有至少一切斷閥和至少一調(diào)節(jié)閥。一種高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)，包括與熱風(fēng)爐連通的熱風(fēng)總管和煙氣總管以及分別與熱風(fēng)總管和煙氣總管連通的至少一熱風(fēng)引出支管和至少一煙氣引出支管，所述熱風(fēng)引出支管和煙氣引出支管還均與混風(fēng)室連通，所述混風(fēng)室與熱風(fēng)爐的燃燒室連通。優(yōu)選的，所述熱 風(fēng)引出支管和煙氣引出支管上均設(shè)有至少一切斷閥和至少一調(diào)節(jié)閥。優(yōu)選的，所述煙氣引出支管上還設(shè)有I臺(tái)以上引風(fēng)機(jī)，比如，可以為兩臺(tái)并聯(lián)的引風(fēng)機(jī)。進(jìn)一步的，所述煙氣弓I出支管經(jīng)煙氣支管與混風(fēng)室連通。優(yōu)選的，所述煙氣總管還與煤氣預(yù)熱器的預(yù)熱器煙氣入口管道連通，所述煤氣預(yù)熱器的預(yù)熱器煙氣出口管道與煙囪連通。所述煙氣引出支管、煙氣支管、混風(fēng)室以及設(shè)于混風(fēng)室與熱風(fēng)爐的燃燒室之間的連接管道均安裝有耐火材料內(nèi)襯。本發(fā)明所述的熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w，由于有煙氣中的C02、N2等非活性成分稀釋，形成含氧體積濃度低于15%的高溫低氧氣氛，進(jìn)入燃燒室實(shí)現(xiàn)煤氣的高溫低氧燃燒，燃燒過程不再存在傳統(tǒng)燃燒過程中出現(xiàn)的局部高溫高氮區(qū)，NOX的產(chǎn)生受到抑制。同時(shí)低氧氣氛下燃燒的火焰體積增大，在整個(gè)燃燒室內(nèi)形成分布均勻的在獲得高溫的同高溫強(qiáng)輻射黑體，傳熱效率顯著提高，煙氣中NOX排放量減少，還可節(jié)約燃料消耗，相應(yīng)可降低CO2排放。本發(fā)明采用的高溫氣體燃燒技術(shù)的基本原理是使煤氣在高溫低氧體積濃度氣氛中燃燒。煤氣在高溫低氧氣氛中，形成與傳統(tǒng)燃燒過程完全不同的熱力學(xué)條件，在與低氧氣體作延緩狀燃燒下釋放出熱能，不再存在傳統(tǒng)燃燒過程中的局部高溫高氧區(qū)。熱風(fēng)爐高溫低氧燃燒方式一方面使燃燒室內(nèi)的溫度整體升高且分布更加均勻，使煤氣消耗顯著降低，降低煤氣消耗也就意味著相應(yīng)減少了 CO2排放；另一方面有效抑制了熱力型NOX的生成。NOX是造成大氣污染的重要物質(zhì)，全世界各行業(yè)都在設(shè)法降低NOX的排放。NOX主要有熱力型和燃料型。熱風(fēng)爐采用氣體燃料，其中含氮化合物少，因此燃料型NOX生成極少。由于熱力型NOX的生成速度主要與燃燒過程中的火焰最高溫度及氮、氧的濃度有關(guān)，其中溫度是影響熱力型NOX生成量的主要因素。在高溫空氣燃燒條件下，由于熱風(fēng)爐內(nèi)平均溫度升高，但沒有傳統(tǒng)燃燒的局部高溫區(qū)，對(duì)熱力型NOX生成具有抑制作用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少在于:(1)單燒高爐煤氣即可實(shí)現(xiàn)1250-1300°C的由于煙氣高風(fēng)溫；(2)與高溫空氣直接混合，不經(jīng)換熱器換熱，煙氣余熱利用率高；(3)投資少、成本低，本發(fā)明僅增加一些熱風(fēng)引出管、引風(fēng)機(jī)等小型設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫功能；(4) NOX污染小，高溫低氧燃燒可以有效抑制NOX生成；(5)熱風(fēng)爐使用壽命長(zhǎng)，本發(fā)明可以減少和防止晶間應(yīng)力腐蝕對(duì)熱風(fēng)爐爐殼的危害。


圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖標(biāo)記說明:1_煙氣總管，2-煤氣管道，3-助燃?xì)怏w管道，4-熱風(fēng)總管，5-煙氣支
管，6-引風(fēng)機(jī)后煙氣支管，7-混風(fēng)室，8-熱風(fēng)支管，9-預(yù)熱器煙氣入口管道，10-煙道旁通管道，11 -預(yù)熱器煙氣出口管道、12-熱風(fēng)爐、13-煤氣預(yù)熱器、14-煙囪、15-高爐、A-高爐煤氣、B-助燃?xì)怏w、C-煙氣。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及一較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。參閱圖1所示系本實(shí)施例高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，通過在熱風(fēng)總管4上設(shè)一熱風(fēng)引出支管8，熱風(fēng)引出支管8上設(shè)有一個(gè)切斷閥和一個(gè)調(diào)節(jié)閥，熱風(fēng)引出支管8安裝有耐火材料內(nèi)襯；在煙氣總管I上設(shè)一煙氣引出支管5，煙氣引出支管5上設(shè)有一個(gè)切斷閥、一個(gè)調(diào)節(jié)閥和兩臺(tái)并聯(lián)的引風(fēng)機(jī)(一用一備)，使引出的煙氣達(dá)到所需的壓力進(jìn)入煙氣支管6，煙氣引出支管5和煙氣支管6安裝有耐火材料內(nèi)襯；熱風(fēng)引出支管8和煙氣支管6分別與混風(fēng)室7的兩個(gè)入口連接，混風(fēng)室出口管道3按配置的熱風(fēng)爐數(shù)量分出相同數(shù)量的支管，各支管上均設(shè)有一個(gè)切斷閥，分別與熱風(fēng)爐燃燒室助燃?xì)怏w入口連接，將混合助燃?xì)怏w送入熱風(fēng)爐燃燒器?；祜L(fēng)室及混風(fēng)室與熱風(fēng)爐燃燒室之間的連接管道均安裝有耐火材料的內(nèi)襯。在工作過程中，可按照工藝所需，熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w由3(T70V/V%的高溫空氣和7(T30 V/V %的煙氣混合而成。高溫空氣由熱風(fēng)總管引出，煙氣由煙氣總管引出，按比例在混合室混合形成。由于此部分煙氣直接和高溫空氣混合，煙氣的余熱利用效率大幅提高，即，煙氣循環(huán)率高達(dá)30-70%，不循環(huán)煙氣仍按傳統(tǒng)方法通過預(yù)熱器對(duì)煤氣進(jìn)行預(yù)熱，使進(jìn)入燃燒室的煤氣溫度達(dá)到180°C。進(jìn)一步的，前述熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w是含氧量5 15%、溫度在600°C以上的高溫低氧助燃?xì)怏w，該高溫低氧助燃?xì)怏w與高爐煤氣混合燃燒，獲得125(Tl300°C的高風(fēng)溫。本發(fā)明在不改變現(xiàn)有熱風(fēng)爐基本工藝結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，取消了助燃風(fēng)機(jī)和助燃空氣預(yù)熱器，通過增加熱風(fēng)引出 支管，煙氣引出支管、引風(fēng)機(jī)、混風(fēng)室等小型設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫，本發(fā)明適用于任何形式的熱風(fēng)爐(內(nèi)燃、外燃或頂燃)。
需要指出的是，上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì) 所作的等效變化或修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒方法，其特征在于，包括:分別利用至少一熱風(fēng)引出支管(8)和至少一煙氣引出支管(5)從熱風(fēng)總管(4)和煙氣總管(I)中引出高溫空氣和煙氣，并將被引出的高溫空氣與被引出的煙氣在混風(fēng)室(7)混合形成熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w，而后將該熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w輸入熱風(fēng)爐燃燒室，并與高爐煤氣混合燃燒，獲得125(Tl300°C的高風(fēng)溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒方法，其特征在于，所述熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w至少由經(jīng)熱風(fēng)爐加熱后的高溫空氣和熱風(fēng)爐燒爐生成的煙氣混合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒方法，其特征在于，所述熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w的含氧量為5 15wt%、溫度在600°C以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒方法，其特征在于，所述熱風(fēng)引出支管(8)和煙氣引出支管(5)上均設(shè)有至少一切斷閥和至少一調(diào)節(jié)閥。
5.一種高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)，包括與熱風(fēng)爐(12)連通的熱風(fēng)總管(4)和煙氣總管(1)，其特征在于，它還包括分別與熱風(fēng)總管(4)和煙氣總管(I)連通的至少一熱風(fēng)引出支管(8)和至少一煙氣引出支管(5)，所述熱風(fēng)引出支管(8)和煙氣引出支管(5)還均與混風(fēng)室(7)連通，所述混風(fēng)室(7)與熱風(fēng)爐(12)的燃燒室連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述熱風(fēng)引出支管(8)和煙氣引出支管(5)上均設(shè)有至少一切斷閥和至少一調(diào)節(jié)閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣引出支管(5)上還設(shè)有I臺(tái)以上引風(fēng)機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣引出支管(5)經(jīng)煙氣支管(6) 與混風(fēng)室(7)連通。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣總管(I)還與煤氣預(yù)熱器(13 )的預(yù)熱器煙氣入口管道(9 )連通，所述煤氣預(yù)熱器(13 )的預(yù)熱器煙氣出口管道(11)與煙囪(14)連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣引出支管(5)、煙氣支管(6)、混風(fēng)室(7)以及設(shè)于混風(fēng)室(7)與熱風(fēng)爐(12)的燃燒室之間的連接管道均安裝有耐火材料內(nèi)襯。
全文摘要
一種高爐熱風(fēng)爐煙氣自循環(huán)燃燒方法及系統(tǒng)。該方法包括分別利用至少一熱風(fēng)引出支管和至少一煙氣引出支管從熱風(fēng)總管和煙氣總管中引出高溫空氣和煙氣，并將被引出的高溫空氣與被引出的煙氣在混風(fēng)室混合形成熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w，而后將該熱風(fēng)爐燃燒助燃?xì)怏w輸入熱風(fēng)爐燃燒室，并與高爐煤氣混合燃燒，獲得高風(fēng)溫。該系統(tǒng)包括與熱風(fēng)爐連通的熱風(fēng)總管和煙氣總管、分別與熱風(fēng)總管和煙氣總管連通的熱風(fēng)引出支管和煙氣引出支管等。本發(fā)明在不改變現(xiàn)有熱風(fēng)爐基本工藝結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，取消了助燃風(fēng)機(jī)和助燃空氣預(yù)熱器，通過增加熱風(fēng)引出支管，煙氣引出支管、引風(fēng)機(jī)、混風(fēng)室等小型設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)高風(fēng)溫，適用于任何形式的熱風(fēng)爐(內(nèi)燃、外燃或頂燃)。
文檔編號(hào)C21B9/00GK103088178SQ201310067318
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月4日
發(fā)明者劉儉, 王衛(wèi)東, 方音 申請(qǐng)人:江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司