CN116064982B - 一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法，包括高炉、热风炉、高炉喷吹煤制粉系统和冶金渣微粉系统；在高炉喷吹煤制粉系统，用于干燥和助磨煤料的烟气进入煤磨内与煤料流化混合，再经煤粉布袋除尘器排出后烟气分成4个部分：第1部分作为回炉烟气引入冶金渣微粉系统的微粉磨烟气炉内混合焚烧后进入微粉磨，干燥、助磨冶金渣；第2部分为低温掺煤烟气引入高炉热风管内；第3部分烟气作为煤粉喷吹的载气，将煤粉喷入高炉内；第4部分烟气作为高炉喷吹煤制粉系统的气相平衡烟气通过烟气外排应急调节阀调节循环利用。本发明工艺简单、投资省、运行成本低、对环境友好、节能降耗、可有效回收高炉喷吹制粉系统烟气余热。
Description
技术领域
本发明属于冶金能源综合利用领域，涉及到高炉喷吹炮制粉系统烟气余热高效回收利用，具体的说是一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法。
背景技术
高炉喷煤是把原煤经过烘干、磨细、用氮气输送，通过喷煤枪从高炉风口直接喷入炉内的生产工艺。喷吹罐在常压下从煤粉仓中受粉，达到一定重量后对其进行充压、均压；具备喷吹条件后，经流化，由二次风通过输粉管道将煤粉送至高炉内燃烧【吴江松.高炉喷煤制粉系统平衡的研究与分析.现代冶金，2012年12月】。
高炉喷煤不仅能够代替部分冶金焦炭，使高炉炼铁焦比降低，生铁成本下降，而且被作为一种调剂炉况的手段，可以改善炉缸工作状态，使高炉稳定顺行【叶果,邵腾飞,王艳民等.高炉煤粉精细化喷吹技术.中国工程咨询,2015年第4期:48-51】。
高炉喷吹煤制粉系统由煤粉制备和煤粉收集系统组成。采用全负压系统，在干燥气发生炉出口处负压最小，依次是磨煤机入口、磨煤机出口、袋式收粉器入口，负压逐渐增大，到主排风机入口处负压最大【张磊,续飞飞,任江涛.1080m3高炉喷煤设计及经济效益分析.冶金设备,2014年特刊(1)】。结合某厂的现有情况，煤粉制备选用ZGM95型中速磨煤机，其最大制粉能力为30t/h，具有能耗低、占地面积小、设备密封性能好、工作效率高、设备可靠性高、煤粉质量高及运行噪音低等特点。煤粉的收集采用箱式高浓度脉冲袋式收粉器进行煤粉收集，不设专门的细粉分离器。从磨煤机出来的合格煤粉和干燥气体混合物经管道进入袋式收粉器收集后，煤粉从袋式收粉器下部，经木屑分离器进行筛分后，进入煤粉仓；残余废气由主风机排放至高空大气。
干燥及输送煤粉过程中所用的干燥气是采用高炉煤气在煤磨烟气炉中燃烧产生约1000℃的烟气与热风炉废气的混合气体，其温度在240-280℃之间。
国内现有的煤粉烘干用烟气炉大都采用高炉煤气与空气的燃烧高温气体及引进高炉热风炉所产生的废气(或煤磨机自循环气体)进行混合处理。要求煤磨烟气炉出口烟气温度正常范围为300℃左右，煤磨机处为250℃左右【陈小忠,杨建红.高炉喷煤制粉用烟气炉改造实践.现代冶金,2018年3月:26-27】。正常制粉时磨机出口温度应保持在80～85℃，在这个温度区间制出的煤粉粒度好，含水量低，煤粉质量高，流动性好，安全性高，对高炉喷吹有利。在磨机出口温度低于65℃制粉时，原煤没有得到充分地烘干，制出的煤粉含水量偏高，粒度偏大，流动性偏低，对高炉喷吹造成影响，当磨机出口温度低于60℃时，制出的煤粉质量已基本不能达到合格煤粉标准；在磨机出口温度高于95℃制粉时，虽然煤粉质量能满足要求甚至会更好，但整个收粉管道以及布袋除尘器的温度都会随之上升，煤粉在高温情况下安全性大为降低，当系统有足够的氧气时容易产生燃烧并发生爆炸，当布袋收尘器的温度达到120℃时，布袋就已经达到燃点，如果有足够的氧气同样会燃烧，即使氧含量不够也会焦化损坏，对产品寿命和系统安全造成严重影响。也就是说，当给煤磨机给煤量偏低，烟气供给量偏大，主排风机风量偏大时，煤磨机出口温度都会随之升高；当给煤磨机给煤量偏大，烟气供给量偏小，主排风机风量偏小时，煤磨机出口温度都会随之降低。所以理论上每生产出一吨煤粉需要3000m3的烟气用量【吴江松.高炉喷煤制粉系统平衡的研究与分析.现代冶金，2012年12月】。
目前国内所有的高炉喷吹煤制粉系统烘干烟气使用后均外排，不仅带出大量的微细煤粉和VOC组分进入大气，同时还含有大量的二氧化碳和一定的硫及硝等污染物，存在明显的资源能源浪费和大气环境污染。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、投资省、运行成本低、对环境友好、节能降耗、可有效回收高炉喷吹制粉系统烟气余热的一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法。
技术方案包括高炉(11)、热风炉(16)、高炉喷吹煤制粉系统和冶金渣微粉系统；在热风炉燃烧室(16.1)助燃空气与煤气混合燃烧提供热量，以加热高炉鼓风机(1)鼓入气体的形成高炉热风，高炉热风经高炉热风管(14)鼓入高炉(11)内与来自高炉喷吹煤制粉系统的煤粉混合燃烧；热风炉燃烧室(16.1)内助燃空气与煤气混合燃烧后产生的热风炉烟气由热风炉烟气管道(17)引出；在高炉喷吹煤制粉系统，用于干燥和助磨煤料的烟气进入煤磨(5.2)内与煤料流化混合，干燥和助磨煤料后经煤粉布袋除尘器(6.2)排出，自所述煤粉布袋除尘器(6.2)排出的烟气分成4个部分：第1部分作为回炉烟气引入冶金渣微粉系统的微粉磨烟气炉(15)内混合焚烧后进入微粉磨(5.1)，干燥、助磨冶金渣；第2部分为低温掺煤烟气，在掺烧烟气风机(8.2)的抽吸作用下引入高炉热风管(14)内；第3部分烟气作为煤粉喷吹的载气，将煤粉喷入高炉(11)内实现烟气中的含碳组分串级利用；第4部分烟气作为高炉喷吹煤制粉系统的气相平衡烟气通过烟气外排应急调节阀(2.7)调节循环利用。
所述第1部分烟气量占总烟气量的95％以上，先补充煤气再进入冶金渣微粉系统的微粉磨烟气炉(15)与富氧空气或氧气混合燃烧，或来自高炉热风管(17)的热风混合燃烧，产生的高温烟气再经微粉磨烟气混合室(4)进入微粉磨(5.1)内。
所述第2部分烟气量根据高炉风口区域燃烧温度控制值进行调节，由煤磨掺烧烟气调节阀(2.9)调节掺烧烟气量，当高炉风口区域燃烧温度过高时，开启煤磨掺烧烟气调节阀(2.9)，引入部分烟气与热风混合，降低热风温度的同时，稀释热风中的氧气浓度，进而降低高炉风口区域理论燃烧温度；当高炉风口区域燃烧温度降至设定温度时，则关闭或调小煤磨掺烧烟气调节阀(2.9)，减少第2部分的掺烧烟气量。
所述第3部分烟气占总烟气量的2-3％，在煤粉喷吹系统的喷煤载气风机(8.1)压缩作用下进入煤粉喷吹载气罐(13)内，作为煤粉喷吹的载气，将煤粉喷入高炉(11)内。
所述第4部分烟气量根据高炉喷吹煤制粉系统和冶金渣微粉系统内的烟气及热焓情况进行调节，调节过程如下：
①当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量不足时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭烟气外排应急调节阀(2.7)，第4部分烟气经开启的煤磨循环烟气调节阀(2.16)的煤磨循环烟气管路进入煤磨烟气炉(10)循环利用；
②当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓和烟气量均富余时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，开启煤磨循环烟气调节阀(2.16)和烟气外排应急调节阀(2.7)，引入部分烟气进入煤磨烟气炉(10)循环利用，同时增加第1部分烟气的引出量；
③当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓不够，烟气量富余时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭煤磨循环烟气调节阀(2.16)和烟气外排应急调节阀(2.7)，增加第1部分烟气的引出量；
④当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓和烟气量均不足时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭烟气外排应急调节阀(2.7)，通过煤磨煤气鼓风机增加进入煤磨烟气炉(10)的助燃空气和煤气量。
所述热风炉烟气通过热风炉烟气管道(17)引出一部分分经空气换热器(3.1)和煤气换热器(3.2)与对应的空气和煤气换热后再分为两股，分别引入高炉喷吹煤制粉系统和冶金渣微粉系统，作为高炉喷吹煤料和冶金渣干燥、助磨的、选粉补充烟气；剩余部分由所述热风炉烟气管道(17)直接引入冶金渣微粉系统，作为冶金渣干燥、助磨、选粉的补充烟气。
所述热风炉烟气管道(17)引出的热风炉烟气温度控制在400-450℃，出空气换热器(3.1)和煤气换热器(3.2)的烟气温度控制在250-300℃。
通过调节进入微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，以及高炉热风量，以控制微粉磨烟气炉(15)产生的烟气量，确保进入微粉磨(5.1)的烟气量平衡，以提高所述第1部分烟气引出量，减少第4部分烟气量；在正常引入第1部分烟气量的情况下，控制过程如下：
①当冶金渣微粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量不足时，增加通入微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，减少进入微粉磨烟气炉(15)的高炉热风量；
②当冶金渣微粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量充足时，维持微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，减少进入微粉磨烟气炉(15)的高炉热风量；
③当冶金渣微粉系统内的烟气热焓不足，烟气量富余时，减少进入微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，增加进入微粉磨烟气炉(15)的高炉热风量；
④当冶金渣微粉系统内的烟气热焓和烟气量均不足，减少进入微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，增加进入微粉磨烟气炉(15)的高炉热风量，同时开启微粉磨后循环烟气调节阀(2.12)，引入来自微粉布袋除尘器6.1的循环烟气。
针对背景技术中存在的问题，发明人进行了如下改进：
改变了传统的高炉喷吹煤制粉系统烟气直接外排工艺，将该系统的所有烟气引入高炉炼铁生产工艺的不同生产单元进行串级利用，回收烟气中的低温度余热以及随烟气带出的微量微细煤粉，同时对烟气中的硫污染物进行净化脱除，减少甚至完全杜绝了高炉喷吹煤制粉系统烟气直接外排。
分析钢铁冶炼生产工艺，特别是与高炉炼铁生产相关的生产单元，存在许多气体利用的单元，如为将煤粉喷入高炉内需采用氮气作为载气，为降低高炉风口前区域燃烧带理论燃烧温度需向高炉热风中掺入水蒸汽，为将高炉渣甚至钢渣粉磨成微粉产品需向微粉磨提供热烟气干燥并流化、助磨高炉渣或钢渣。
本发明中将高炉喷吹煤制粉系统排出的烟气取代氮气作为高炉喷煤的载气，完全具备氮气作为载气的安全性，因为该气体是来自煤磨内气-固混合料中较高温度的气相部分，不存在任何爆炸危险。同时通过喷吹进入高炉内还循环利用了烟气中的碳组分以及烟气中的微量煤粉。
将高炉喷吹煤制粉系统排出的烟气取代水蒸汽作为降低高炉风口前区域燃烧带理论燃烧温度的掺烧气体，完全具备水蒸汽的降温效果。首先，由于烟气经过了干燥煤料工序，烟气中含有一定的水分，进入高炉后与掺入的水蒸汽一样，发生水煤气反应，吸热降低理论燃烧温度；其次，烟气中含有大量的二氧化碳，进入高炉后发生二氧化碳转化成一氧化碳的吸热还原反应；第三，烟气的掺入稀释了喷入的高炉热风中的氧气浓度，降低理论燃烧温度，同时该烟气温度只有85-105℃，远低于掺入的水蒸汽温度，更有利于降低理论燃烧温度。
将高炉喷吹煤制粉系统排出的烟气引入高炉渣微粉和钢渣微粉生产单元，通过冶金渣微粉系统的微粉磨烟气炉再燃烧处理后作为微粉磨的干燥、流化、助磨冶金渣的烟气，生产矿渣微粉和钢渣微粉产品，既回收利用了高炉喷吹煤制粉系统排出烟气中夹带的微细煤粉，还对该烟气中的硫污染物进行了净化脱除。因为冶金渣中含有大量的碱土金属氧化物(氧化钙、氧化镁等)，甚至含有一定量的游离氧化钙、氧化镁等，同时冶金渣中含有一定的水分，在粉磨过程中，烟气与冶金渣充分混合，烟气中的硫污染物(二氧化硫)被冶金渣中的氢氧化钙和氢氧化镁吸收，所以在烟气对冶金渣干燥、流化、助磨的同时烟气中的硫污染物被吸收脱除。另外生产的微粉产品比表面积达430-450m2/kg【顾金土,王烨江.年产15万吨矿渣微粉生产线的工艺设计和实践.水泥技术,2013年2月】，具有较大的吸附能力，对烟气中的氮氧化物具有吸附效果，所以在烟气对冶金渣干燥、流化、助磨的同时烟气中的氮氧化物被吸附脱除。
进一步，按全国高炉年喷煤量1亿吨计，高炉喷吹煤制粉系统烟气经除尘后带出的煤粉量按10mg/Nm3计，全年排放量可达3万吨/a【王艳民,侯丽娟,唐文权.降低高炉喷煤系统外排有害粉尘的措施.炼铁,2014年10月】，全年外排烟气量3000亿Nm3(3×104×103×103×103mg/10mg·Nm3)，通过对高炉喷吹煤制粉系统烟气的再利用极大减少了烟气外排量，回收了外排烟气中的微细煤粉。
本发明只对原烟气管道进行改造，改变原料有烟气管道的连接关系，只需新增调节阀和风机等小型设备，改造简单、投资省、经济效益和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明工艺示意图。
其中：1、高炉鼓风机；2.1、空气换热器-热烟气调节阀；2.2、煤气换热器-热烟气调节阀；2.3、微粉磨热烟气调节阀；2.4、微粉磨冷烟气调节阀；2.5、煤磨冷烟气调节阀；2.7、烟气外排应急调节阀；2.8、煤磨喷吹烟气调节阀；2.9、煤磨掺烧烟气调节阀；2.10、煤磨-微粉磨烟气调节阀；2.11、微粉磨外排烟气调节阀；2.12、微粉磨循环烟气调节阀；2.13、微粉磨热风调节阀；2.14、助燃空气调节阀；2.15、煤气调节阀；2.16、煤磨循环烟气调节阀；2.17、煤磨烟气外排调节阀；3.1、空气换热器；3.2、煤气换热器；4、微粉磨烟气混合室；5.1、微粉磨；5.2、煤磨；6.1、微粉布袋除尘器；6.2、煤粉布袋除尘器；7.1、微粉磨外排烟气风机；7.2、煤磨外排烟气风机(应急风机)；8.1、喷煤载气风机；8.2、掺烧烟气风机；8.3、煤磨-微粉磨烟气风机；9.1、煤磨空气鼓风机；9.2、煤磨煤气鼓风机；9.3、微粉磨空气鼓风机；9.4、微粉磨煤气鼓风机；10、煤磨烟气炉；10.1、煤磨烟气炉点火器；10.2、煤磨烟气混合室；11、高炉；11.1、高炉风口；12、煤粉仓；13、煤粉喷吹载气罐；14、高炉热风管；15、微粉磨烟气炉；15.1、防爆高能点火燃烧室；15.2、微粉磨烟气初混室；16、热风炉；16.1、热风炉燃烧室；16.2、热风炉蓄热室；16.3、空气烟气切换室；17、热风炉烟气管道；17.1、换热器后烟气管道；17.2、掺烧烟气管道；17.3、喷吹载气管道；17.4、回炉烟气管道；17.5、应急外排烟气管道；18、助燃气进气管道；19、循环烟气管道。
具体实施方式
下面结合附图以某钢铁厂2000m3高炉为例，采用4座空气、煤气双预热顶燃式热风炉，对本发明作进一步解释说明：
1、高炉喷吹煤制粉系统烟气配给计算
目前国内大多数炼铁厂高炉喷煤量约180kg/t-铁，喷吹煤粉制备生产线操作工艺参数如下：
入煤粉磨干燥烟气温度：250-300℃；
正常制粉时煤磨机出口温度：80～85℃；
入煤粉磨烟气量：2000-3000Nm3/t-煤粉(按2500Nm3/t-煤粉)；
则制煤粉生产线的吨铁喷煤量所需干燥烟气量为：450Nm3/t-铁。
关于喷吹载气量：固气比为45.6-51.0kg/kg【敖爱国,刘煜.高炉喷煤浓相输送技术的研究与应用.宝钢技术,2019年第5期:47-51】，多数炼铁厂高炉喷煤的固气比为20-30kg/kg【张磊,续飞飞,任江涛.1080m3高炉喷煤设计及经济效益分析.冶金设备,2014年特刊(1)，喷吹煤粉氮气消耗35.5立方米/t(折算成固气比为22.53kg/kg)，煤磨机内固气比为0.27kg/kg】，固气比取值为20-50。喷吹载气一般采用氮气，则载气量为16-40m3/t-煤【吴江松.高炉喷煤制粉系统平衡的研究与分析.现代冶金，2012年12月；李平,陈龙.莱钢银山型钢3200m3高炉喷煤设计.机械化工,科技风2018年5月】。
烟气的密度约1.34kg/Nm3比氮气的密度略大【标准状态下烟气密度-https://www.docin.com/p-1569153706.html】,烟气可以取代氮气作喷吹煤粉载气，烟气消耗量略低于氮气。
考虑到烟气中含有微量煤粉微粒，同时还含有少量可燃组分(煤粉制备过程中，在250-300℃干燥烟气的热作用下，煤料中会有少量挥发性组分挥发进入烟气中)，所以煤粉没有必要采取密相输送，可提高气力输送的气-固比，减少存在喷煤量的波动给高炉的稳定运行带来了严重影响的概率【姚晓伟.高炉喷煤罐压自动设定及煤粉流量调节研究.《自动化仪表》第36卷第7期2015年7月:33-35】，保持足够的气流速度，可防止煤粉在管道中沉积，解决高炉喷煤喷吹系统经常出现堵枪现象【樊江波,王宇鹏.高炉煤粉喷吹罐检测及控制系统.中国仪器仪表,2014年增刊】。喷吹煤粉的气力输送、喷吹的固-气比设定为20kg/m3左右，按吨铁计则引入喷吹系统的烟气量约9-10m3/t-铁，占高炉喷吹煤制粉系统排出总烟气量的2-3％。
由于实际生产中，采取向热风喷入蒸汽以降低高炉风口11.1区域的理论燃烧温度的操作概率很少，喷入量要视高炉实际运行状况调整，同时需向热风引入烟气时是高炉运行出现异常的时候，此时向高炉喷吹的煤粉量也需作相应调节，所以引入热风管的高炉喷吹煤制粉系统烟气量忽略不计。
矿渣微粉生产线操作工艺参数【顾金土,王烨江.年产15万吨矿渣微粉生产线的工艺设计和实践.水泥技术,2013年2月；王国庆.立磨矿渣粉磨工艺及装备先进技术.中国水泥,2017.3；孙永宁.矿渣微粉系统烟气炉供热能力的设计计算.现代冶金,2015年8月】：
入矿渣微粉磨热烟气温度：350℃；
出磨废气温度：90-100℃；
入磨物料温度：20℃；
出磨物料温度：90℃
入磨烟气量：3000-4000Nm3/t-微粉(按3500Nm3/t-煤粉)；
生产的矿渣微粉产品比表面积为430-450m2/kg；
按吨铁产生矿渣量350kg计，则矿渣微粉生产线的吨铁产生矿渣制微粉所需的干燥烟气量为：1225Nm3/t-铁。
矿渣微粉系统的烟气量远大于喷吹煤制粉系统排出的烟气量，所以将喷吹煤制粉系统剩余的烟气量全部引入到矿渣微粉系统。
2、热风炉烟气热焓及烟气流量平衡计算
某钢铁厂2000m3高炉近几年统计数据：吨铁消耗焦炭：303kg；吨铁喷煤量：181kg；热风带入的热焓：1.8GJ/t-铁；高炉冶炼的综合能耗约14.5GJ/t-铁。
高炉利用系数2.8-3.0，铁水产量：230-250t/h(按250t/h计)；
吨铁产生水渣300-400公斤(按350kg/t-铁计)；
吨铁喷煤量170-180公斤(按180kg/t-铁计)；
热风温度：1150-1200℃
热风量(富氧率2-3％)：1100-1200Nm3/t-铁(按1150Nm3/t-铁计，热风带入的热焓：1.875-1.85GJ/t-铁)；
高炉煤气产生量：1800-2200Nm3/t-铁；
高炉煤气热值：3300-3500kJ/Nm3(按3400kJ/Nm3计)。
空气、煤气经烟气预热器换热后进入热风炉燃烧室。
热风炉生产工艺指标：
出热风炉烟气温度：300-350℃；
热风炉高炉煤气消耗量900-1100Nm3/t-铁(710+230+80＝1020。包括了喷吹煤制粉、矿渣微粉等生产单元消耗的高炉煤气量)；
空燃比：0.7-0.8；
预热器助燃空气进口温度20-25℃
预热器助燃空气出口温度140-170℃
预热器助燃空气进口温度10-15℃
预热器助燃煤气出口温度140-170℃
预热器烟气进口温度250-350℃
预热器烟气出口温度120-140℃
【https://max.book118.com/html/2016/0612/45377018.shtm-高炉热风炉安全技术操作规程】
热风炉烟气能量、流量平衡计算：
高炉热风带入高炉的热焓为1.8GJ/t-铁，热风炉的热效率为75％，则生产热风需要的高炉煤气量为：
1.8×106÷3400÷0.75＝705.9Nm3/t-铁(按710Nm3/t-铁计)。
按空燃比0.7计，则空气量约：500Nm3/t-铁，热风炉出来的总烟气量为1200-1300Nm3/t-铁。
由于出热风炉烟气温度控制在350-400℃，所以0-400℃之间的烟气热焓未能被鼓入高炉内的热风吸收，需要向热风炉提供更多的煤气燃烧后提供该部分热焓，该热焓约526kJ/Nm3-热风(400℃×0.3148kcal/℃×4.18，热风的初始温度设定为零度)，则每生产一吨铁鼓风量需要热焓为：0.763GJ/t-铁(526kJ/Nm3×1450Nm3/t-铁，按0.77GJ/t-铁)。
则需补充煤气量约226.5Nm3/t-铁(按230Nm3/t-铁计)，按空燃比为0.7计，补充的助燃空气量约160Nm3/t-铁，则热风炉排出的总烟气量由原来的1200-1300Nm3/t-铁增加到1590-1690Nm3/t-铁(与参考资料：《450立方米热风炉设计计算》中设计的烟气量约1400-1500Nm3/t-铁，数据相差在10％左右，这与选取的煤气热值、煤气用量、热风炉热效率等数值的误差选取等有关，属于正常误差范围【https://wenku.so.com/d/9b36e50fa40d8aec19c486dc8a9436d7】)。
由于出预热器后的烟气温度降到120-140℃，不能满足喷吹煤制粉系统的干燥烟气240-280℃的温度要求【李维国，朱铭明.2号高炉喷煤初步实践.宝钢技术,1994年第6期(磨煤机入口烟气温度控制在260℃)；张磊,续飞飞,任江涛.1080m3高炉喷煤设计及经济效益分析.冶金设备,2014年特刊(1)(入磨煤机干燥烟气温度控制在240-280℃之间)】，所以需向热风炉燃烧室16.1增加高炉煤气，以补充出预热器烟气温度提高到240-280℃之间所需的能量约：1650×120℃×0.3148kcal/×4.18＝0.26GJ/t-铁，则增加进入燃烧室的高炉煤气量76.5Nm3/t-铁(按80Nm3/t-铁计)，增加助燃空气量56Nm3/t-铁。
则高炉热风炉在发挥为高炉提供热风、为煤制粉生产线提供干燥烟气、为矿渣微粉生产线提供干燥等功能后，外排的温度在350-400℃烟气总量由1590-1690Nm3/t-铁增加到1726-1826Nm3/t-铁，增加了8-10％。由此可知，只需提高热风炉燃烧期内的燃烧强度5-10％，增加热风炉烟气量，提高出热风烟气温度20-50℃，热风炉燃烧室外排的烟气量足以满足矿渣微粉和喷吹煤粉生产线所需干燥烟气总量需求。
3、具体实施过程
(1)将高炉喷吹煤制粉系统排出的烟气分成4个部分：第1部分烟气引入冶金渣微粉系统的微粉磨烟气炉15内与其他气体混合焚烧后进入微粉磨5.1，干燥、助磨、选粉冶金渣；第2部分烟气引入高炉热风管14内作为降低高炉风口区域燃烧温度的掺烧烟气；第3部分烟气引入煤粉喷吹系统，作为高炉喷吹煤粉的喷吹载气随喷吹煤粉进入高炉11内，实现烟气中的含碳组分串级利用。因为烟气中含有少量微细煤粉和少量VOC，同时烟气中含有CO2，这些含碳组分进入高炉后，碳元素再次利用，有利于碳减排；第4部分烟气作为高炉喷吹煤制粉系统的气相平衡烟气通过烟气外排应急调节阀2.7调节循环利用。
(2)引入冶金渣微粉系统的第1部分烟气量占总烟气量的95％以上，通过煤磨-微粉磨烟气风机8.3引出，并与微粉磨煤气鼓风机9.4引入的煤气混合，由回炉烟气管道17.4引进防爆高能点火燃烧室15.1内，与微粉磨空气鼓风机9.3鼓入的富氧空气或氧气混合燃烧，或与通过微粉磨热风调节阀2.13引入的热风混合燃烧，以充分利用所述高炉喷吹煤制粉系统排出的烟气中的微细煤粉和VOC。
(3)第2部分烟气量根据高炉风口区域燃烧温度控制值进行调节，通过掺烧烟气风机8.2引出，由煤磨掺烧烟气调节阀2.9调节掺烧烟气量，当高炉风口11.1区域燃烧温度过高时，开启煤磨掺烧烟气调节阀2.9，引入部分烟气与热风混合，降低热风温度的同时，稀释热风中氧气浓度，进而降低高炉风口11.1区域理论燃烧温度。
(4)引进煤粉喷吹系统的第3部分烟气占总烟气量的2-3％，通过喷煤载气风机8.1压缩到煤粉喷吹载气罐13内储存利用。
(5)作为高炉喷吹煤制粉系统气相平衡烟气的第4部分烟气，该股烟气引出量根据高炉喷吹煤制粉系统和冶金渣微粉系统内的烟气及烟气热焓情况进行调节，在煤磨外排烟气风机(应急风机)7.2的抽吸作用下从高炉喷吹煤制粉系统引出，调节过程如下：
①当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量不足时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭煤磨烟气外排调节阀2.17，开启煤磨循环烟气调节阀2.16，引入部分烟气进入煤磨烟气混合室10.2循环利用；与此同时，通过煤磨空气鼓风机9.1煤磨煤气鼓风机9.2增加进入煤磨烟气炉10的助燃空气和煤气量；
②当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓和烟气量均富余时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，开启煤磨循环烟气调节阀2.16和烟气外排应急调节阀2.7，引入部分烟气进入煤磨烟气混合室10.2循环利用，同时增加第1部分烟气的引出量；
③当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓不够，烟气量富余时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭煤磨循环烟气调节阀2.16和烟气外排应急调节阀2.7，增加第1部分烟气的引出量；
④当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓和烟气量均不足时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭烟气外排应急调节阀2.7。
(6)每座热风炉16的一个工作周期2.25小时，送风0.75小时，燃烧期1.5小时，4座热风炉16同时工作，工作周期内送风时间与燃烧时间有序错开，通过调节阀调进入各热风炉16的煤气量、空气量及以保证连续送出热风，热风温度稳定。
(7)通过鼓风机1按1100-1200Nm3/t-铁的风量向热风炉16鼓入空气(或富氧空气)，经热风炉蓄热室16.2换热到1150-1200℃后通过热风管14从高炉风口11.1鼓入高炉11内。
(8)按950-1050Nm3/t-铁的高炉煤气量向煤气换热器3.2引入高炉煤气，预热到140-180℃直接进入热风炉燃烧室16.1；按650-750Nm3/t-铁的空气量向空气换热器3.1引入助燃空气，加热到140-180℃直接进入热风炉燃烧室16.1与进入的高炉煤气混合燃烧，产生1300℃以上烟气，经热风炉蓄热室16.2中的蓄热体换热降温到400-450℃后，经热风炉空气烟气切换室16.3从热风炉烟气管道17引出。
(9)由热风炉烟气管道17引出的烟气量1600-1800Nm3/t-铁、温度400-450℃的热风炉烟气(炉后烟气)分成3部分：第1部分炉后烟气引入冶金渣微粉系统的微粉磨烟气混合室4内与其他烟气混合进入微粉磨5.1，干燥并助磨冶金渣；第2部分炉后烟气进入空气换热器3.1，预热助燃空气；第3部分炉后烟气进入煤气换热器3.2，预热高炉煤气。
(10)第2部分炉后烟气和第3部分炉后烟气经空气换热器3.1和煤气换热器3.2换热后温度降到250-300℃之间，该两股烟气混合后进入换热器后烟气管道17.1，并分为3部分：一部分为微粉磨前烟气，引入冶金渣微粉系统，参与干燥并助磨冶金渣；一部分为煤磨前烟气，引入高炉喷吹煤制粉系统，参与干燥并助磨高炉喷吹煤料；一部分为高温掺烧烟气，引入高炉热风管14内，作为降低高炉风口11.1区域理论燃烧温度的掺烧烟气。
(11)由换热器后烟气管道17.1引入高炉喷吹煤制粉系统的烟气是维持换热器后烟气管道17.1内烟气量的平衡烟气，引出量随管道内烟气量的波动而改变，从而导致进入煤磨5.2内的烟气量的波动。为了控制进入煤磨5.2内的烟气量、烟气热焓的稳定，通过煤磨空气鼓风机9.1煤磨煤气鼓风机9.2调节进入煤磨烟气炉10的助燃空气和煤气量，调节措施见上面第(5)条。
(12)由热风炉烟气管道17和换热器后烟气管道17.1引入高炉喷吹煤制粉系统的2股烟气是维持热风炉烟气管道17和换热器后烟气管道17.1内烟气量的平衡烟气，引出量随管道内烟气量的波动而改变，从而导致进入微粉磨5.1内的烟气量的波动。为了控制进入微粉磨5.1内的烟气量、烟气热焓的稳定，通过微粉磨空气鼓风机9.3和微粉磨热风调节阀2.13，调节进入防爆高能点火燃烧室15.1的富氧空气或氧气量，以及高炉热风量，以控制微粉磨烟气炉15产生的烟气量，确保进入微粉磨5.1的干燥、助磨烟气量平衡，提高由高炉喷吹煤制粉系统排出的第1部分烟气量，减少第4部分烟气量(尽量不外排)。控制过程如下：
①当冶金渣微粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量不足时，增加微粉磨空气鼓风机9.3鼓入防爆高能点火燃烧室15.1的富氧空气或氧气量，减少由微粉磨热风调节阀2.13调节进入防爆高能点火燃烧室15.1的高炉热风量；
②当冶金渣微粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量充足时，维持微粉磨空气鼓风机9.3鼓入防爆高能点火燃烧室15.1的富氧空气或氧气量，减少由微粉磨热风调节阀2.13调节进入防爆高能点火燃烧室15.1的高炉热风量；
③当冶金渣微粉系统内的烟气热焓不足，烟气量富余时，减少微粉磨空气鼓风机9.3鼓入防爆高能点火燃烧室15.1的富氧空气或氧气量，增加由微粉磨热风调节阀2.13调节进入防爆高能点火燃烧室15.1的高炉热风量；
④当冶金渣微粉系统内的烟气热焓和烟气量均不足，通过微粉磨煤气鼓风机9.4向引入的烟气(即第1部分烟气，回炉烟气)补充煤气，减少微粉磨空气鼓风机9.3鼓入爆高能点火燃烧室15.1的富氧空气或氧气量，增加由微粉磨热风调节阀2.13调节进入防爆高能点火燃烧室15.1的高炉热风量，同时开启微粉磨后循环烟气调节阀2.12，引入循环烟气。
(13)在微粉磨5.1内，烟气与磨内冶金渣混合，干燥、助磨冶金渣，形成烟气-矿渣/钢渣微粉混合料，温度降到90-100℃，在微粉磨外排烟气风机7.1的抽吸作用下，进入微粉布袋除尘器6.1，分离出矿渣/钢渣微粉进入微粉仓，烟气在与冶金渣混合、干燥、助磨、选粉过程中，其含有的硫、硝等污染物被冶金渣中的碱土金属氧化物吸收以及微粉吸附净化，净化后的烟气外排。
(14)当进入微粉磨内的烟气量不足以满足微粉磨5.1所需的烟气量要求时，通过微粉磨外排烟气调节阀2.11和微粉磨循环烟气调节阀2.12的调节，将外排烟气中的一部分循环进入微粉磨烟气初混室15.2内，并经微粉磨烟气混合室4进一步混合后，进入微粉磨内，其余烟气直接外排。
(15)降低进入热风炉燃烧室16.1的空气与煤气的空燃比，控制热风炉排出的炉后烟气含氧量小于4％(体积比)。
(16)当高炉喷吹煤制粉系统、煤粉喷吹系统、冶金渣微粉系统的烟气量不足时，增加进入热风炉燃烧室16.1的空气与煤气量，提高热风炉16燃烧期内的燃烧强度5-10％，增加热风炉烟气量，提高出热风炉16的烟气温度20-50℃，以保证热风炉16出来的烟气温度达到400-450℃。
(17)进入微粉磨烟气混合室4上游防爆高能点火燃烧室15.1内的各股烟气管道上均设置CO浓度在线监测，采用烟气中CO浓度分析作为系统的反馈环节，根据CO浓度值调节微粉磨空气鼓风机9.3鼓入防爆高能点火燃烧室15.1的空气量，或助燃空气调节阀2.14引入的热风量。
4、系统气流及热焓平衡调节措施
通过上面的具体实施，热风炉16产生的所有烟气，高炉喷吹煤制粉系统的防爆高能点火燃烧室15.1产生的烟气，以及高炉喷吹煤制粉系统应急状态下煤磨烟气炉点火器10.1产生的烟气全部经过微粉系统一个排口通过烟囱外排。各系统之间存在烟气量及烟气热焓平衡问题，平衡方案如下：
(1)微粉磨烟气量过剩，烟气热焓过剩
①提高微粉产量，增加烟气量和热量的消耗；
②煤磨5.2后烟气管道上设置烟气外排应急调节阀2.7和煤磨外排烟气风机(应急风机)7.2，当微粉磨5.1烟气过剩时，开启烟气外排应急调节阀2.7和煤磨外排烟气风机(应急风机)7.2，外排部分烟气，减少进入冶金渣微粉系统的回炉烟气量；
③关闭进微粉磨热风调节阀2.13，停止向微粉磨烟气炉15提供热风助燃，通过微粉磨空气鼓风机9.3鼓入空气助燃；
④调整助燃空气调节阀2.14，降低空燃比，减少热风炉烟气产生量。
(2)微粉磨烟气量不足，烟气热焓过剩
①关闭烟气外排应急调节阀2.7和煤磨外排烟气风机(应急风机)7.2，增加进入冶金渣微粉系统的回炉烟气量；
②调整微粉磨后外排烟气调节阀2.11和微粉磨后循环烟气调节阀2.12的开度，增加循环烟气量；
③当循环烟气量增加到烟气热焓的平衡点时，烟气量还处于不足状态时，关闭进微粉磨热风调节阀2.13，停止向微粉磨烟气炉15提供热风助燃，通过微粉磨空气鼓风机9.3鼓入空气助燃。
(3)微粉磨烟气量过剩，烟气热焓不足
提高微粉磨煤气鼓风机9.4引入的高炉煤气量，调整进微粉磨热风调节阀2.13开度，增加进入微粉磨烟气炉15的热风量，降低由微粉磨空气鼓风机9.3鼓入的空气量，提高出微粉磨烟气炉15的烟气温度；
(4)微粉磨烟气量不足，烟气热焓不足
①调整进微粉磨热风调节阀2.13开度，增加进入微粉磨烟气炉15的热风量，降低由微粉磨空气鼓风机9.3鼓入的空气量，提高出微粉磨烟气炉15的烟气温度；
②调整助燃空气气调节阀2.14和煤气调节阀2.15开度，增加热风炉16的热负荷，从而提高热风炉烟气量和炉后烟气温度；
③关闭烟气外排应急调节阀2.7和煤磨外排烟气风机(应急风机)7.2，增加进入冶金渣微粉系统的回炉烟气量；
④调整微粉磨后外排烟气调节阀2.11和微粉磨后循环烟气调节阀2.12的开度，增加循环烟气量。
Claims (6)
1.一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法，包括高炉(11)、热风炉(16)、高炉喷吹煤制粉系统和冶金渣微粉系统；在热风炉燃烧室(16.1)助燃空气与煤气混合燃烧提供热量，以加热由高炉鼓风机(1)鼓入的气体形成高炉热风，高炉热风经高炉热风管(14)鼓入高炉(11)内与来自高炉喷吹煤制粉系统的煤粉混合燃烧；热风炉燃烧室(16.1)内助燃空气与煤气混合燃烧后产生的热风炉烟气由热风炉烟气管道(17)引出；在高炉喷吹煤制粉系统，用于干燥和助磨煤料的烟气进入煤磨(5.2)内与煤料流化混合，干燥和助磨煤料后经煤粉布袋除尘器(6.2)排出，其特征在于，自所述煤粉布袋除尘器(6.2)排出的烟气分成4个部分：第1部分作为回炉烟气引入冶金渣微粉系统的微粉磨烟气炉(15)内混合焚烧后进入微粉磨(5.1)，干燥、助磨冶金渣；第2部分为低温掺煤烟气，在掺烧烟气风机(8.2)的抽吸作用下引入高炉热风管(14)内；第3部分烟气作为煤粉喷吹的载气，将煤粉喷入高炉(11)内实现烟气中的含碳组分串级利用；第4部分烟气作为高炉喷吹煤制粉系统的气相平衡烟气通过烟气外排应急调节阀(2.7)调节循环利用；
所述第4部分烟气量根据高炉喷吹煤制粉系统和冶金渣微粉系统内的烟气及热焓情况进行调节，调节过程如下：
①当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量不足时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭烟气外排应急调节阀(2.7)，第4部分烟气经开启的煤磨循环烟气调节阀(2.16)的煤磨循环烟气管路进入煤磨烟气炉(10)循环利用；
②当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓和烟气量均富余时，除第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，增加第1部分烟气的引出量，同时，开启煤磨循环烟气调节阀(2.16)和烟气外排应急调节阀(2.7)，外排部分烟气；
③当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓不够，烟气量富余时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭煤磨循环烟气调节阀(2.16)和烟气外排应急调节阀(2.7)，增加第1部分烟气的引出量，通过煤磨煤气鼓风机增加进入煤磨烟气炉(10)的助燃空气和煤气量；
④当高炉喷吹煤制粉系统内的烟气热焓和烟气量均不足时，除第1部分烟气、第2部分烟气和第3部分烟气正常引出外，关闭烟气外排应急调节阀(2.7)，通过煤磨煤气鼓风机增加进入煤磨烟气炉(10)的助燃空气和煤气量；
通过调节进入微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，以及高炉热风量，以控制微粉磨烟气炉(15)产生的烟气量，确保进入微粉磨(5.1)的烟气量平衡，以提高所述第1部分烟气引出量，减少第4部分烟气量；在正常引入第1部分烟气量的情况下，控制过程如下：
①当冶金渣微粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量不足时，增加通入微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，减少进入微粉磨烟气炉(15)的高炉热风量；
②当冶金渣微粉系统内的烟气热焓充足有富余，烟气量充足时，维持微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，减少进入微粉磨烟气炉(15)的高炉热风量；
③当冶金渣微粉系统内的烟气热焓不足，烟气量富余时，减少进入微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，增加进入微粉磨烟气炉(15)的高炉热风量；
④当冶金渣微粉系统内的烟气热焓和烟气量均不足时，减少进入微粉磨烟气炉(15)的富氧空气或氧气量，增加进入微粉磨烟气炉(15)的高炉热风量，同时开启微粉磨后循环烟气调节阀(2.12)，引入来自微粉布袋除尘器(6.1)的循环烟气。
2.如权利要求1所述的一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法，其特征在于，所述第1部分烟气量占总烟气量的95％以上，先补充煤气再进入冶金渣微粉系统的微粉磨烟气炉(15)与富氧空气或氧气混合燃烧，或与来自高炉热风管(14)的热风混合燃烧，产生的高温烟气再经微粉磨烟气混合室(4)进入微粉磨(5.1)内。
3.如权利要求1所述的一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法，其特征在于，所述第2部分烟气量根据高炉风口区域燃烧温度控制值进行调节，由煤磨掺烧烟气调节阀(2.9)调节掺烧烟气量，当高炉风口区域燃烧温度过高时，开启煤磨掺烧烟气调节阀(2.9)，引入部分烟气与热风混合，降低热风温度的同时，稀释热风中的氧气浓度，进而降低高炉风口区域理论燃烧温度；当高炉风口区域燃烧温度降至设定温度时，则关闭或调小煤磨掺烧烟气调节阀(2.9)，减少第2部分的掺烧烟气量。
4.如权利要求1所述的一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法，其特征在于，所述第3部分烟气占总烟气量的2-3％，在煤粉喷吹系统的喷煤载气风机(8.1)压缩作用下进入煤粉喷吹载气罐(13)内，作为煤粉喷吹的载气，将煤粉喷入高炉(11)内。
5.如权利要求1所述的一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法，其特征在于，所述热风炉烟气通过热风炉烟气管道(17)引出一部分分经空气换热器(3.1)和煤气换热器(3.2)与对应的空气和煤气换热后再分为两股，分别引入高炉喷吹煤制粉系统和冶金渣微粉系统，作为高炉喷吹煤料和冶金渣干燥、助磨、选粉的补充烟气。
6.如权利要求5所述的一种高炉喷煤制粉尾气余热余能回收利用方法，其特征在于，所述热风炉烟气管道(17)引出的热风炉烟气温度控制在400-450℃，出空气换热器(3.1)和煤气换热器(3.2)的烟气温度控制在250-300℃。
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