CN103451342B - 一种提高高炉热风温度装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高高炉热风温度装置及方法，安装在热风总管上的混合器通过高温废气管道依次与压力监测仪、高温废气储气罐、废气成分分析仪、压力监测仪、温度检测仪、高温废气发生炉连接，高温废气发生炉分别连接助燃空气管和带有净化器的高热值燃气管。经净化器净化的高热值燃气在高温废气发生炉中充分燃烧，生成高温废气，经高温废气储气罐缓冲稳定后，根据热风温度值和要提高的热风温度值计算出的高温废气加入比例送入混合器，完成向热风总管内加入高温废气。本发明可大幅度提高进入高炉的热风温度，使最终送给高炉的热风温度与压力得以稳定，并避免高热值燃气的放散浪费，减少环境污染。

Description

一种提高高炉热风温度装置及方法

技术领域

本发明属于高炉炼铁技术领域，特别涉及一种能提高高炉热风温度的装置及其方法。

背景技术

在当前的高炉炼铁生产中，热风炉提供给高炉的高温空气带入高炉的热量占高炉全部热量收入的15％～20％，并且能被全部利用，热能利用率高。提高风温不仅可以提高炉缸部位的温度，使下部热量充沛，而且还不会影响炉腹煤气量的变化，对顺行影响小。经验表明：一般在950～1350℃风温范围内，每提高100℃风温可降低焦比8～20kg，产量提高2.5％～3.5％。足见降低高炉吨铁成本，高风温的运用，可起到非常重要的作用。因此，提高并稳定风温、稳定风压和流量、延长热风炉使用寿命等问题便成为提高热风炉工艺水平的几大研究热点。

首先，在高炉热风炉高温送风方面，进行了“直接预热助燃用的冷空气、双预热及热风炉自身预热技术”、“富氧燃烧提高理论燃烧温度”、“煤气富化直接提高煤气热值”、“直接燃用高热值煤气”等研究；第二，在热风炉自动控制技术方面，进行了“基础燃烧控制”、“自动换炉控制”、“送风周期优化控制” 等研究；第三，在热风炉模型优化控制方面，进行了相关研究；第四，在提高热风炉寿命方面，进行了“热风炉炉壳出现晶间应力腐蚀”、“拱顶结构及耐火材料研究”等研究；第五，在合理的热风管道结构设计方面，进行了“热风管道结构设计的合理性研究”、“热风管道的隔热加强研究”等研究。

以上这些研究，尽管都是围绕着提高并稳定风温、稳定风压和流量、延长热风炉使用寿命等方面进行研究，但因为目前的高炉热风炉无论是内燃式、外燃式还是顶燃式，都属于蓄热式，而这种蓄热式高炉热风炉的基本工作原理和送风方式，决定了其风温上限是受限的，一般在1250℃上下，一般正常维持在1180℃上下，而且这种水平对制约风温的各因素要求极为苛刻；再者，蓄热式高炉热风炉的送风方式，决定了当前高炉热风炉提供给高炉的高温空气的温度、压力及流量尤其在换炉时，波动很大，以高炉容积为大众化的3200m³为例，无论是四座热风炉的两烧两送的“交叉并联制”送风制度，还是三座热风炉的两烧一送制或半并联送风制度，换炉周期按60min计，一周期内热风温降可达50℃以上，换炉时间一般在10～15min，换炉期间热风压力降低30～50kPa，总风量Q总降低500～600m³，这对高炉生产极为不利。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种不受蓄热式热风炉技术禁锢，可较大幅度、稳定提高热风温度，并可保证热风炉换炉期间热风温度和压力稳定的提高高炉热风温度装置及方法。

为此，本发明所采取的解决方案是：

一种提高高炉热风温度装置，包括连接高炉和热风炉的热风总管8，其特征在于，增设一套高温废气供给系统及事故倒流管9；

高温废气供给系统包括混合器4、高温废气管道5、压力监测仪P2、高温废气储气罐3、废气成分分析仪C、压力监测仪P1、温度检测仪T、高温废气发生炉2、净化器1、高热值燃气管6、助燃空气管7及阀门F1～F13。其结构和连接方式为：

安装在热风总管8上的混合器4通过高温废气管道5依次与压力监测仪P2、高温废气储气罐3、废气成分分析仪C、压力监测仪P1、温度检测仪T、高温废气发生炉2连接，高温废气发生炉2的另一侧分别连接助燃空气管7和带有净化器1的高热值燃气管6。高热值燃气管6上分别设有燃气切断阀F1、燃气放散阀F2、燃气净化流量调节阀F3及燃气燃烧阀F4；在废气成分分析仪C与高温废气储气罐3之间设有切断阀F5和切断阀F6；在压力监测仪P1进出端分别设有调节阀F7、切断阀F8；助燃空气管7上设有助燃空气切断阀F11及助燃空气流量调节阀F12。

带有逆止阀F10的事故倒流管9的前、后端分别连接在混合器4进、出端的热风总管8上，在混合器4前后的热风总管8上还分别设有逆止阀F9和倒流阀F13。

所述混合器（4）分别设置有高温废气加入区域A区和高温废气与热风混匀、稳温、稳压区域B区，所述高温废气管道（5）出口段与热风总管8同轴、同向连接在混合器（4）A区的热风总管（8）内。

一种提高高炉热风温度的方法，其工艺过程是：

利用经煤气净化器1净化的高热值燃气在高温废气发生炉2中充分燃烧，生成2000℃以上的高温废气，经高温废气储气罐3缓冲稳定后，根据热风温度值和要提高的热风温度值计算出的高温废气加入比例，通过调节阀F7送入混合器4，完成向高炉热风总管8内的热风中加入高温废气，提高进入高炉的热风温度。

通过废气成分分析仪C检测高温废气成分，测定高温废气中的O₂含量，并根据高温废气的配入总量Q_废＝最终供给高炉的热风总量Q_总—热风炉系统提供的冷风量Q_冷，通过控制系统与高炉送风系统的富氧装置联动，进行最终送往高炉热风的O₂含量调节；当废气成分分析仪C检测的高温废气成份出现异常时，打开切断阀F5，将高温废气排入热风炉废气总管，或直接放散排空。

所述高热值燃气为焦炉煤气、天然气的一种或两种。

所述高温废气发生炉（2）的能力按高炉正常鼓风量的35%设计。

高温废气温度按实测温度计，高温废气的加入量上限为高炉正常鼓风量的30%。

本发明的有益效果为：

1、本发明突破了蓄热式热风炉技术禁锢，通过按比例向原高炉热风总管内的热风中加入高温废气，可在对现有热风炉系统基本不进行改造的条件下，实现较大幅度地、基本可控地提高进入高炉的热风温度。

2、通过混合器，既实现了向高炉热风总管内的热风中加入高温废气，又使最终送给高炉的热风的温度与压力得以稳定，尤其是可保证热风炉换炉期间热风温度和压力的稳定。

3、本发明可使大量高热值燃气（如焦炉煤气）得以科学利用，从而避免了高热值燃气的放散浪费，减少了环境污染。

附图说明

图1是提高高炉热风温度装置结构示意图；

图2是混合器剖面示意图。

图中：煤气净化器1、高温废气发生炉2、高温废气储气罐3、混合器4、高温废气管道5、高热值燃气管道6、助燃空气管7、热风总管8、倒流管9。C为废气成份分析仪、T为温度检测仪、压力检测仪P1和P2。F1为燃气切断阀，F2为燃气放散阀，F3为燃气净化流量调节阀，F4为燃气燃烧阀，F5、F6、F8为切断阀，F7为调节阀，F9、F10为逆止阀，F11为助燃空气切断阀，F12为助燃空气流量调节阀，倒流阀F13。A区为混合器高温废气加入区域，B区为混合器高温废气与热风混匀、稳温、稳压区域。

具体实施方式

由图1可见，本发明提高高炉热风温度装置主要是在原有连接高炉和热风炉的热风总管8的基础上，增设了一套高温废气供给系统及事故倒流管9。

高温废气供给系统主要是由混合器4、高温废气管道5、压力监测仪P2、高温废气储气罐3、废气成分分析仪C、压力监测仪P1、温度检测仪T、高温废气发生炉2、净化器1、高热值燃气管6、助燃空气管7及阀门F1～F13所组成。其具体结构和连接方式为：

安装在热风总管8上的混合器4通过高温废气管道5依次与压力监测仪P2、高温废气储气罐3、废气成分分析仪C、压力监测仪P1、温度检测仪T、高温废气发生炉2连接，高温废气发生炉2的另一侧分别连接助燃空气管7和带有净化器1的高热值燃气管6。

高热值燃气管6上分别设有燃气切断阀F1、燃气放散阀F2、燃气净化流量调节阀F3及燃气燃烧阀F4；在废气成分分析仪C与高温废气储气罐3之间设有切断阀F5和切断阀F6；在压力监测仪P1进出端分别设有调节阀F7、切断阀F8；助燃空气管7上设有助燃空气切断阀F11及助燃空气流量调节阀F12。

带有逆止阀F10的事故倒流管9的前、后端分别连接在混合器4进、出端的热风总管8上，在混合器4前后的热风总管8上还分别设有逆止阀F9和倒流阀F13。

燃气切断阀F1的作用是在事故、检修或停止高温废气发生时切断燃气。

燃气放散阀F2的作用是在事故、检修或停止高温废气发生时放散燃气切断阀F1与煤气净化器1之间管道中的燃气。

燃气净化流量调节阀F3的作用是调节进入燃气净化器1的燃气流量。

在煤气净化器1和废气发生炉2之间设置燃气燃烧阀F4，主要是调节进入高温废气发生炉2的燃气流量，进而控制高温废气发生炉2内的燃烧状态。燃气净化流量调节阀F3及燃气燃烧阀F4应协同调节，一是实现煤气净化器1与废气发生炉2之间的匹配，二可实现高温废气发生炉2内燃烧状态的最佳化。

助燃空气管道7设置助燃空气切断阀F11，是在事故、检修或停止高温废气发生时切断助燃空气；而助燃空气流量调节阀F12则是调节进入废气发生炉2的助燃空气流量，以调整废气发生炉2的燃烧状况。

废气发生炉2与高温废气储气罐3之间设置的切断阀F5和F6，二者联动，正常情况下切断阀F5关同时切断阀F6开，以保证废气发生炉2发生的高温废气正常向高温废气储气罐3输送；当发生事故、检修，或废气成份在线分析仪C传出的废气成份异常时，关闭切断阀F6同时打开切断阀F5，以保证将废气发生炉2发生的废气送往热风炉系统的热风炉废气总管外排或直接放散排空，而不进入高温废气储气罐3。

高温废气储气罐3和混合器4之间设置调节阀F7和切断阀F8，调节阀F7控制整个高温废气系统送入混合器4的高温废气量，实现的手段是根据最终确定的高温废气加入比例，控制燃气净化流量调节阀F3和燃气燃烧阀F4，以控制进入废气发生炉2的燃气量；控制助燃空气流量调节阀F12，以控制进入废气发生炉2的助燃空气量，最终控制废气发生炉2的燃烧及产生废气的质和量。切断阀F8的作用是，如整个高温废气发生配送系统因故无法进行正常工作或暂时不用，可关闭切断阀F8，使热风供给系统通过混合器4正常工作，高炉生产不受影响。

混合器4与高炉之间设置的逆止阀F9及混合器4旁路上的逆止阀F10，作用是保证高炉在事故状态下经热风系统上的倒流阀F13进行倒流休风作业。

废气成份在线分析仪C、温度检测仪T、压力检测仪P1和P2，作用是为监测、控制整个高温废气发生输送系统。

由图2可见，在混合器4的A区即高温废气加入区域，高温废气管道5的出口段与热风总管8同轴、同向设置在热风总管8内，利用原热风总管8中热风的高流速，在高温废气管的高温废气出口处形成负压，从而实现高温废气向热风的加入；在混合器4的高温废气管的高温废气出口处之后设置一缓冲区—B区，即高温废气与热风混匀、稳温、稳压区域。以实现高温废气与热风的均匀混合并为高炉提供具有稳定的T_总、P_总和Q_总的热风。

一种提高高炉热风温度的方法，其工艺过程是：

利用经煤气净化器1净化的高热值燃气在高温废气发生炉2中充分燃烧，生成2000℃以上的高温废气，经高温废气储气罐3缓冲稳定后，根据热风温度值和要提高的热风温度值计算出的高温废气加入比例，通过调节阀F7送入混合器4，完成向高炉热风总管8内的热风中加入高温废气，提高进入高炉的热风温度。

通过废气成分分析仪C检测高温废气成分，测定高温废气中的O₂含量，并根据高温废气的配入总量Q_废＝最终供给高炉的热风总量Q_总—热风炉系统提供的冷风量Q_冷，通过控制系统与高炉送风系统的富氧装置联动，进行最终送往高炉热风的O₂含量调节；当废气成分分析仪C检测的高温废气成份出现异常时，打开切断阀F5，将高温废气排入热风炉废气总管，或直接放散排空。

所述高热值燃气为焦炉煤气、天然气的一种或两种。

所述高温废气发生炉2的能力按高炉正常鼓风量的35%设计。

高温废气温度按实测温度计，高温废气的加入量上限为高炉正常鼓风量的30%。

下面再结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

以某厂一座3200M³高炉为例。高炉正常鼓风5100～5300m³/min，平均为5200m³/min；风温t为1170℃～1190℃，平均1180℃。

高温废气发生炉2能力按高炉正常鼓风量的35%设计。高温废气加入比例按上限为30%控制。高热值燃气采用焦炉煤气。

首先，经煤气净化器1对高热值的焦炉煤气进行除油、除水及其它杂物的净化后，进入高温废气发生炉2，与助燃空气一道进行燃烧，生成的2000℃以上的高温废气，经高温废气储气罐3稳压缓冲，调节阀F7按0～1550 m³/min的范围调解（即0～30%高炉正常鼓风量范围）。

选择高温废气混入比例为高炉正常鼓风量的15%，即按780 m³/min±80 m³/min（波动幅度上限10%）由混合器4引至与热风系统主管道，与热风系统提供的热风相混合，之后再经热风系统主管道将已混入高温废气的温度提高后的热风送入高炉。最终风温在1270℃±10℃水平。

向高炉最终鼓风中补氧量为高炉正常鼓风量的3.15/%，即165 m³/minn。

热风温度提高90℃±10℃，热风温度提高幅度7.5%。

实施例主要工艺参数及效果见表1：

表1     实施例主要工艺参数及效果

高温废气加入比例 %	30	25	20	15	10	5	0
								补氧量 %	6.51	5.25	4.2	3.15	2.1	1.05	0
最终热风温度水平 ℃	1360	1330	1300	1270	1240	1210	1180
								热风温度提高 ℃	180	150	120	90	60	30	0
热风温度提高幅度 %	15.24	12.7	10.16	7.62	5.08	2.54	0
								可降低焦比 kg	5.4	4.5	3.6	2.7	1.8	0.9	0

注: 

1）原始风温按1180℃计；

2）废气温度按2000℃计；

3）确定“补氧量”的标准是“最终供给高炉的热风的含氧量”维持原鼓风的富氧率不变，比如最终供给高炉的热风的含氧量维持21%不变（即富氧率为0）（表1按富氧率为0计）；

4）最终供给高炉的热风总流量Q_总维持不变；

5）补充氧气的温度按25℃计；

6）每提高100℃风温可降低焦比按3kg计；

7）“最终热风温度水平”是相关计算的近似值。

实施例2：

某厂3200M³高炉。高炉正常鼓风4900～5300m³/min，平均5100m³/min；风温t1160℃～1200℃，平均1180℃。

高温废气发生炉能力按高炉正常鼓风量的30%设计。高温废气加入比例按上限为25%控制。高热值燃气采用75%焦炉煤气＋25%天然气。

首先，预先经煤气净化器1对高热值的焦炉煤气进行除油、除水及其它杂物的净化后，进入高温废气发生炉2，与助燃空气一道进行燃烧，生成的2000℃以上的高温废气，经高温废气储气罐3稳压缓冲、F7按0～1500 m³/min的范围调解（即0～30%高炉正常鼓风量范围）。

选择高温废气混入比例为高炉正常鼓风量的20%，即按1020 m³/min±50 m³/min（波动幅度按上限5%控制）由混合器4引至与原热风系统主管道与原热风系统提供的热风相混合，之后，再经原热风系统主管道将已混入高温废气的温度提高了的热风送入高炉。最终风温在1295℃±10℃水平。

向高炉最终鼓风中补氧量为高炉正常鼓风量的4.2/%，即220 m³/minn±。

热风温度提高90℃±10℃，热风温度提高幅度7.5%。

Claims (6)

1.一种提高高炉热风温度装置，包括连接高炉和热风炉的热风总管(8)，其特征在于，增设一套高温废气供给系统及事故倒流管(9)；

高温废气供给系统包括混合器(4)、高温废气管道(5)、压力监测仪P2、高温废气储气罐(3)、废气成分分析仪C、压力监测仪P1、温度检测仪T、高温废气发生炉(2)、净化器(1)、高热值燃气管(6)、助燃空气管(7)及有关阀门；安装在热风总管(8)上的混合器(4)通过高温废气管道(5)依次与压力监测仪P2、高温废气储气罐(3)、废气成分分析仪C、压力监测仪P1、温度检测仪T、高温废气发生炉(2)连接，高温废气发生炉(2)的另一侧分别连接助燃空气管(7)和带有净化器(1)的高热值燃气管(6)；高热值燃气管(6)上分别设有燃气切断阀F1、燃气放散阀F2、燃气净化流量调节阀F3及燃气燃烧阀F4；在废气成分分析仪C与高温废气储气罐(3)之间设有切断阀F5和切断阀F6；在压力监测仪P1进出端分别设有调节阀F7、切断阀F8；助燃空气管(7)上设有助燃空气切断阀F11及助燃空气流量调节阀F12；

带有逆止阀F10的事故倒流管(9)的前、后端分别连接在混合器(4)进、出端的热风总管(8)上，在混合器(4)前后的热风总管(8)上还分别设有逆止阀F9和倒流阀F13。

2.根据权利要求1所述的提高高炉热风温度装置，其特征在于，所述混合器(4)分别设置有高温废气加入区域A区和高温废气与热风混匀、稳温、稳压区域B区，所述高温废气管道(5)出口段与热风总管(8)同轴、同向连接在混合器(4)A区的热风总管(8)内。

3.一种应用权利要求1所述提高高炉热风温度装置的方法，其特征在于，其工艺过程是：

利用经煤气净化器(1)净化的高热值燃气在高温废气发生炉(2)中充分燃烧，生成2000℃以上的高温废气，经高温废气储气罐(3)缓冲稳定后，根据热风温度值和要提高的热风温度值计算出的高温废气加入比例，通过调节阀F7送入混合器(4)，完成向高炉热风总管(8)内的热风中加入高温废气，提高进入高炉的热风温度；

通过废气成分分析仪C检测高温废气成分，测定高温废气中的O₂含量，并根据高温废气的配入总量Q_废＝最终供给高炉的热风总量Q_总-热风炉系统提供的冷风量Q_冷，通过控制系统与高炉送风系统的富氧装置联动，进行最终送往高炉热风的O₂含量调节；当废气成分分析仪C检测的高温废气成份出现异常时，打开切断阀F5，将高温废气排入热风炉废气总管，或直接放散排空。

4.根据权利要求3所述的一种应用权利要求1所述提高高炉热风温度装置的方法，其特征在于，所述高热值燃气为焦炉煤气、天然气中的一种或两种。

5.根据权利要求3所述的一种应用权利要求1所述提高高炉热风温度装置的方法，其特征在于，所述高温废气发生炉(2)的能力按高炉正常鼓风量的35％设计。

6.根据权利要求3所述的一种应用权利要求1所述提高高炉热风温度装置的方法，其特征在于，高温废气温度按实测温度计，高温废气的加入量上限为高炉正常鼓风量的30％。