热风炉预热措施的探究与实践
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热风炉预热措施的探究与实践
孟凡双
鞍钢股份有限公司炼铁总厂
热风炉排入烟道的烟气温度虽只有200~300℃，但烟气量大，带走的热量仍相当多。
20世纪70年代末，国外开始研究利用热风炉烟气的热量来预热助燃空气和煤气，以弥补因高炉燃料比降低以后煤气热值降低所带来的燃烧温度偏低问题。
近年来，鞍钢也在这方面开展了大量的研究，各种预热技术在高炉热风炉上得到应用，积累了宝贵的实践经验，推动了高风温技术的发展。
2鞍钢热风炉现状目前，鞍钢新1号高炉、新2号高炉、新3号高炉、7号高炉、10号高炉和11号高炉共配备了23座热风炉，其中内燃式热风炉7座，外燃式热风炉16座，都采用了预热技术。
3鞍钢热风炉采用的预热技术
3.1热风炉烟气余热回收技术
热风炉烟道废气属中、低温余热资源（200~300℃），将其通过分离式热管换热器或者金属管式换热器，可预热助燃空气或煤气。
用热风炉烟气预热助燃空气时，可将空气从环境温度预热至100~200℃；用热风炉烟气预热煤气时，可将煤气从40~60℃预热至100~230℃.新1号高炉的分离式热管换热器工艺流程。
3.2自身预热技术
自身预热助燃空气的热风炉系统是用低热值高炉煤气获得高风温的系统，利用热风炉向高炉送风后的余热可将助燃空气预热至600℃左右，使高炉风温提高近200℃.自身预热技术是一种可以将低温热能转变为高温热能的有效方法。
7号高炉自身预热式热风炉的工艺流程。
3.3附加燃烧炉的双预热技术
建一座燃烧炉，用于燃烧高炉放散的煤气，将燃烧产生的高温烟气（1000℃左右）及热风炉本身烧炉产生的烟道废气（200℃左右）混合，将混合后的气体（600左右）通过换热器来预热高炉煤气和助燃空气，从而提高高炉风温，该过程称为附加燃烧炉的双预热技术。
采用该种双预热技术可以将高炉煤气与助燃空气同时预热至300℃，从而提高高炉风温250℃左右。
同时，采用该种双预热技术还能减少高炉煤气的放散，既节约能源，又净化环境。
3.4顶燃球式预热炉技术
在建设热风炉的同时，建设两座顶燃球式炉，以预热热风炉的助燃空气，所以它的作用与热风炉相同。
预热炉燃烧高炉煤气，然后预热助燃空气，供给热风炉烧炉，以提高风温（风温可达到1200℃以上）。
预热炉的操作规程与热风炉相同，采用计算机操作和控制。
同时，设立混风室，以根据高炉的需要来调节助燃空气的温度，助燃空气温度一般控制在300~600℃，可控性强、操作灵活。
工艺流程。
4各种预热技术评述
4.1局限性分析
众所周知，热风炉烟气换热器在高炉热风上获得了广泛的应用，它已是一项成熟技术，但就高炉而言，采用烟气余热回收技术，实现空、煤气双预热，对于提高鼓风温度来说具有一定的局限炉性。
一般来说，热风炉的拱顶温度要高于鼓风温度150℃，而烧纯高炉煤气的理论燃烧温度（T理）又要高于拱顶温度70~150℃.
由下式计算：T理=Qd CpgTg CpkLnTkVkkCpy式中Qd高炉煤气热值，kJ/m3；Tg、Tk T
理
煤气及空气的预热温度，；Cpg、Cpk、Cpy分别为煤气、空气和烟气的比热，kJ/m3；Ln实际空气量，m3；Vk燃烧产物的体积量，m3。
由上式看出，高炉煤气的T
主要受限于两个因素，即高炉煤气的发热量Q d和高炉煤气及
理
助燃空气的预热温度T g、T k。
随着炼铁焦比的降低，高炉煤气的发热值也大幅度降低（就目前国内炼铁行业的水平来说，多数的Q d保持在2926kJ/m3左右），因此尽管进行空气、煤气双预大幅度提高。
热，也不可能使T
理
（1）就目前高炉热风炉的操作水平来说，用烟气余热对热风炉空气、煤气双预热，一般只可以将介质预热到200℃左右，因此提高高炉风温的幅度也是有限的。
要达到1200℃以上的高风温目标，不采用其它技术手段是不可能实现的。
（2）从传统的角度讲，附加燃烧炉的双预热技术解决了烟气余热回收中热源不足的问题，使空气和煤气都能预热到300℃，能够实现1200℃的高风温。
但是，金属管式换热器在这样高的温度环境下运行寿命比较短，设备维护费用比较高。
（3）从理论的角度讲，采用自身预热技术可以将空气预热到600℃，完全能够满足高风温的需要。
但该技术热风炉送出的风温波动比较大，主要是由于送风后的预热使蓄热室内的热量透支，再为高炉送风时，开始温度很高，但持续时间短，导致风温波动比较大。
另外，设计时如果增加热风炉的蓄热面积，则一次性投资较大。
一般不被高炉操作者选用。
因此，采用自身预热技术受到一定限制。
（4）顶燃球式预热炉技术具有自身预热热风炉(气化体系在加热炉中的使用)的优点，同时又消除了由于送风始末温差过大给高炉顺行带来的影响，且操作灵活，可控制性强，提高风温潜力大，利于高炉的稳定顺行，具有一定的推广价值。
但从目前预热炉4h换一次炉的操作来看，设计能力偏大。
4.2运行成本比较
热风炉的主要消耗为煤气，以同一天高炉的平均风温为条件，一天消耗的煤气为比较指标，高炉煤气价格按11.5元/GJ，焦炉煤气价格按44元/GJ，计算出各高炉热风炉的燃料成本。
从中可以看出，如果在设备和运行条件允许的条件下，上述4种预热技术均可以实现1200℃的高风温，但是燃料消耗成本差别却很大。
对于同一级别的高炉，采用烟气回收及提高煤气热值的预热技术燃料成本比较昂贵，每年的燃料费用比采用顶燃式预热炉的多1260万元；自身预热技术的燃料成本最低。
从操作、运行稳定性和运行成本方面综合分析，顶燃球式预热炉的高风温技术具有一定的优势，且运行比较稳定，具有推广价值。
5结语
为了不断提高风温，人们设计开发了多种热风炉预热技术，从原来的荒煤气预热净煤气换热器技术到热管换热器技术，又从自身预热技术和附加燃烧炉的双预热技术到目前的顶燃球式预热炉技术。
