高效低排放高溫低氧熱風(fēng)爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金行業(yè)熱風(fēng)爐技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種高效低排放高溫低氧熱風(fēng)爐，適用于煉鐵工藝中高爐煉鐵和熔融還原煉鐵用到的熱風(fēng)爐。還可用于其它需要將氣態(tài)介質(zhì)加熱到1000°c以上的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中。
【背景技術(shù)】
[0002]在高爐煉鐵中用熱風(fēng)爐加熱鼓風(fēng)已有近二百年歷史，加熱后風(fēng)溫最初只有149°C。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前風(fēng)溫最高已達(dá)1350°C。風(fēng)溫提高，可大幅降低焦比，節(jié)約焦炭，提高高爐產(chǎn)量，還可充分利用低熱值的高爐煤氣，提高熱效率，減少煤氣放散，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境。
[0003]隨著熱風(fēng)溫度的不斷提高，一些問題也逐漸暴露出來，較為典型的就是熱風(fēng)爐高溫區(qū)的晶界應(yīng)力腐蝕問題，它已經(jīng)成為高溫?zé)犸L(fēng)爐提高風(fēng)溫和長壽的制約環(huán)節(jié)。
[0004]高溫條件下，隊和0 2分解成單體的N和0，N和0又生成氮氧化合物(NOx)，當(dāng)拱頂?shù)淖罡邷囟瘸^1400°C時，生成的氮氧化合物迅速增加，并溶于爐殼上的冷凝水形成腐蝕性酸液。腐蝕液從爐殼存在應(yīng)力的地方沿著晶格深部侵入，使?fàn)t殼金屬表面產(chǎn)生裂紋并擴(kuò)展而至破裂及損壞。同時，由于熱風(fēng)爐操作會產(chǎn)生緩慢的脈沖拉應(yīng)力和疲勞應(yīng)力，使拉應(yīng)力有超過屈服極限的可能，從而促進(jìn)爐殼腐蝕破裂的進(jìn)程?？梢?，高溫條件下，大量氮氧化物的生成是晶界應(yīng)力腐蝕的根源。
[0005]大氣中的NOx對人體健康及環(huán)境有極大的危害。勵2會影響呼吸系統(tǒng)，引發(fā)支氣管炎和肺氣腫等疾病；N0易造成血液缺氧而引發(fā)中樞神經(jīng)麻痹。由NOx等污染物引發(fā)的光化學(xué)煙霧對人體有很大的刺激性和毒害作用，使人頭暈胸悶，惡心嘔吐，手足抽搐甚至昏迷死亡。NOx與空氣中的水蒸氣相遇后，會以酸雨的形式降至地面，腐蝕建筑物和工業(yè)設(shè)備，破壞文物古跡，破壞土壤成分，使農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡，這些都會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，世界各國對NOx的排放均有嚴(yán)格限制。
[0006]燃燒過程產(chǎn)生的NOx包括勵、勵2和N 20，其中N0占90%以上。NOx的生成機(jī)理有三種，分別是熱力型、燃料型及快速型。具體的生成機(jī)理與燃料的種類有關(guān)。固體燃料燃燒時NOx的生成量取決于燃料型機(jī)理，而氣體燃料和低含氮量的液體燃料燃燒時，NOx的生成量取決于熱力型機(jī)理。熱風(fēng)爐的燃料是煤氣，因此抑制熱力型NOx的生成是減少燃燒煙氣中NOx排放量的主要途徑。
[0007]高溫低氧燃燒技術(shù)是90年代在日本、美國和歐洲發(fā)展起來的一種新型燃燒技術(shù)。這種技術(shù)的特點是助燃空氣預(yù)熱溫度高，含氧量低，在此工況下與燃料進(jìn)行燃燒，燃燒方式是擴(kuò)散燃燒，沒有傳統(tǒng)燃燒過程中的局部高溫區(qū)，NOx生成受到抑制。高溫貧氧條件下燃燒產(chǎn)生的火焰體積成倍增加，整個燃燒空間內(nèi)形成溫度相對均勻的高強(qiáng)輻射黑體，熱效率提尚ο
[0008]上世紀(jì)九十年代，我國開始將高溫低氧燃燒技術(shù)應(yīng)用于乳鋼加熱爐上，后來又陸續(xù)應(yīng)用于鋼包烘烤，均熱爐及其他熱處理爐。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，該技術(shù)在加熱爐等領(lǐng)域已發(fā)展的較為成熟，為企業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種高效低排放高溫低氧熱風(fēng)爐，實現(xiàn)了高風(fēng)溫、高效、低耗、低NOx排放、長壽。該熱風(fēng)爐通過提高助燃空氣預(yù)熱溫度，降低助燃空氣氧含量，可在單燒低熱值煤氣(如高爐煤氣)的情況下，有效提高理論燃燒溫度，同時控制氮氧化物的生成。這樣，既充分利用了低品質(zhì)煤氣，又可為高爐穩(wěn)定提供1250°C以上的風(fēng)溫，同時有效控制了氮氧化物的生成，真正實現(xiàn)高風(fēng)溫、高效、低耗、低NOx排放、長壽的目標(biāo)。
[0010]隨著冶金技術(shù)的不斷發(fā)展，日趨成熟的熔融還原技術(shù)在不久的將來將全面改革常規(guī)的以高爐為基礎(chǔ)的鋼鐵生產(chǎn)流程。本發(fā)明作為一種提供熱風(fēng)的熱風(fēng)爐裝置，適應(yīng)性強(qiáng)，完全可以用于熔融還原煉鐵工藝，為其提供1000°c以上的熱風(fēng)。
[0011]傳統(tǒng)的高爐煉鐵工藝中，高爐工況條件差別巨大，包括高爐容積、冶煉強(qiáng)度、熱風(fēng)爐形式、熱風(fēng)爐工作制度、煤氣條件等。本發(fā)明環(huán)保型高溫低氧熱風(fēng)爐適應(yīng)性強(qiáng)，熱風(fēng)爐形式可以是頂燃式、內(nèi)燃式及外燃式等目前所有形式的熱風(fēng)爐。針對不同的高爐生產(chǎn)要求和工作條件，靈活調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度，同時控制氮氧化物的生成量，滿足高爐生產(chǎn)要求的同時，實現(xiàn)高效、環(huán)保、長壽的目標(biāo)。
[0012]本發(fā)明熱風(fēng)爐包括熱風(fēng)爐1、切斷閥2、調(diào)節(jié)閥3、熱風(fēng)爐用煤氣管道4、熱風(fēng)爐用助燃空氣管道5、高溫混氣煙道6、低溫?zé)煹?、低溫預(yù)熱系統(tǒng)8、來自管網(wǎng)的煤氣總管9，助燃空氣總管10，熱風(fēng)爐用助燃風(fēng)機(jī)11，換熱后煙道12，助燃空氣低溫預(yù)熱管道17。
[0013]熱風(fēng)爐用助燃空氣管道5位于熱風(fēng)爐1和助燃空氣低溫預(yù)熱管道17之間，將熱風(fēng)爐1和助燃空氣低溫預(yù)熱管道1)連接起來，用于輸送熱風(fēng)爐用助燃空氣。助燃空氣低溫預(yù)熱管道17位于熱風(fēng)爐用助燃空氣管道5和低溫預(yù)熱系統(tǒng)8之間，將熱風(fēng)爐用助燃空氣管道5和低溫預(yù)熱系統(tǒng)8連接起來，用于輸送低溫預(yù)熱后的助燃空氣。熱風(fēng)爐用煤氣管道4位于熱風(fēng)爐1和低溫預(yù)熱系統(tǒng)8之間，將熱風(fēng)爐1和低溫預(yù)熱系統(tǒng)8連接起來，用于輸送預(yù)熱后的熱風(fēng)爐用煤氣。低溫?zé)煹?位于熱風(fēng)爐1和低溫預(yù)熱系統(tǒng)8之間，將熱風(fēng)爐1排出的煙氣送至低溫預(yù)熱系統(tǒng)(8)，換熱后排出。高溫混氣煙道6位于熱風(fēng)爐1和熱風(fēng)爐用助燃空氣管道5之間，高溫混氣煙道6從熱風(fēng)爐1的燃燒室或蓄熱室上部引出，將高溫?zé)煔鈴臒犸L(fēng)爐1輸送至熱風(fēng)爐用助燃空氣管道5。高溫?zé)煔馀c預(yù)熱后的助燃空氣混合，使助燃空氣的溫度大于等于80(TC，氧氣體積含量小于等于18%。
[0014]熱風(fēng)爐用助燃空氣由熱風(fēng)爐用助燃風(fēng)機(jī)提供，經(jīng)低溫預(yù)熱系統(tǒng)預(yù)熱后，與煙氣混合為溫度大于等于800°C，氧氣體積含量小于等于18 %的高溫低氧助燃空氣，經(jīng)熱風(fēng)爐用助燃空氣管道、調(diào)節(jié)閥、切斷閥進(jìn)入熱風(fēng)爐與低熱值煤氣發(fā)生反應(yīng)，表現(xiàn)為高溫低氧燃燒，為蓄熱室提供熱量。
[0015]來自煤氣管網(wǎng)的低熱值煤氣經(jīng)煤氣總管進(jìn)入低溫預(yù)熱系統(tǒng)，預(yù)熱至200°C左右，經(jīng)熱風(fēng)爐用煤氣管道，調(diào)節(jié)閥，切斷閥，進(jìn)入熱風(fēng)爐進(jìn)行燃燒。
[0016]熱風(fēng)爐燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔庖徊糠謴母邷鼗鞖鉄煹琅抛?，剩余煙氣?jīng)蓄熱室換熱后，從低溫?zé)煹琅懦?。由于熱風(fēng)爐是周期性工作，因此煙氣在一定的溫度范圍內(nèi)波動，平均溫度約為300°C。熱風(fēng)爐與低溫預(yù)熱系統(tǒng)之間通過低溫?zé)煹肋B接，熱風(fēng)爐煙氣經(jīng)切斷閥進(jìn)入低溫?zé)煹溃?jīng)低溫預(yù)熱系統(tǒng)換熱后排走或供其他用戶使用。
[0017]熱風(fēng)爐是本發(fā)明專利中低熱值煤氣和高溫低氧助燃空氣的最終用戶。熱風(fēng)爐的形式可以是頂燃式、內(nèi)燃式、外燃式等，也可以是球式熱風(fēng)爐。熱風(fēng)爐內(nèi)的燃燒器可以是預(yù)混型燃燒器或擴(kuò)散型燃燒器。低熱值煤氣與高溫低氧助燃空氣在熱風(fēng)爐內(nèi)發(fā)生高溫低氧燃燒反應(yīng)，整個熱風(fēng)爐燃燒室內(nèi)溫度均勻，相應(yīng)的生成均勻的高溫?zé)煔饬鲌?。由于消除了局部高溫區(qū)，因此可有效抑制氮氧化物的生成量，既穩(wěn)定提供高溫?zé)犸L(fēng)，又控制了氮氧化物等污染物的產(chǎn)生。
[0018]增加高溫?zé)煹?13)，高溫預(yù)熱系統(tǒng)(14)，高溫預(yù)熱后煙道(15)，助燃空氣旁通管道(16)，助燃空氣低溫預(yù)熱管道(17)，助燃空氣高溫預(yù)熱管道(18)，
[0019]需要加大助燃空氣預(yù)熱溫度和氧氣含量的調(diào)節(jié)范圍，或者使二者可以獨立調(diào)節(jié)時，可以在上述組成的基礎(chǔ)上增加高溫預(yù)熱系統(tǒng)14、高溫?zé)煹?3、高溫預(yù)熱后煙道15、助燃空氣旁通管道16、助燃空氣低溫預(yù)熱管道17、助燃空氣高溫預(yù)熱管道18。對熱風(fēng)爐用助燃空氣進(jìn)行高溫預(yù)熱，在更精確的、行對獨立的范圍內(nèi)對助燃空氣的預(yù)熱溫度和氧含量進(jìn)行控制。助燃空氣低溫預(yù)熱管道17位于高溫預(yù)熱系統(tǒng)和低溫預(yù)熱系統(tǒng)之間，將高溫預(yù)熱系統(tǒng)和低溫預(yù)熱系統(tǒng)連接起來，用于輸送低溫預(yù)熱后的助燃空氣。助燃空氣高溫預(yù)熱管道位于高溫預(yù)熱系統(tǒng)和熱風(fēng)爐用助燃空氣管道之間，將高溫預(yù)熱系統(tǒng)和熱風(fēng)爐用助燃空氣管道連接起來，用于輸送高溫預(yù)熱后的助燃空氣。助燃空氣旁通管道分別與助燃空氣低溫預(yù)熱管道和助燃空氣高溫預(yù)熱管道連接，將助燃空氣低溫預(yù)熱管道和助燃空氣高溫預(yù)熱管道連接起來，高溫預(yù)熱系統(tǒng)檢修時，助燃空氣旁通管用于輸送助燃空氣進(jìn)入熱風(fēng)爐。高溫?zé)煹牢挥跓犸L(fēng)爐和高溫預(yù)熱系統(tǒng)之間，將熱風(fēng)爐和高溫預(yù)熱系統(tǒng)連接起來，用于輸送高溫?zé)煔?。高溫預(yù)熱后煙道位于高溫預(yù)熱系統(tǒng)和低溫?zé)煹乐g，將高溫預(yù)熱系統(tǒng)和低溫?zé)煹肋B接起來，用于將高溫預(yù)熱后的煙氣輸送進(jìn)低溫?zé)煹?，與熱風(fēng)爐出來的低溫?zé)煔饣旌虾筮M(jìn)入低溫預(yù)熱系統(tǒng)。高溫混氣煙道位于高溫?zé)煹篮椭伎諝飧邷仡A(yù)熱管道之間，將高溫?zé)煹篮椭伎諝飧邷仡A(yù)熱管道連接起來，用于將一部分高溫?zé)煔馑腿胫伎諝鈨?nèi)，與助燃空氣混合后，經(jīng)熱風(fēng)爐用助燃空氣管道進(jìn)入熱風(fēng)爐。