目前，低碳經(jīng)濟(jì)已成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。鋼鐵生產(chǎn)過程中，煉鐵工序是CO2的排放大戶，占我國CO2總排量的10%?，F(xiàn)代高爐冶煉所需能源是以碳素燃燒為基礎(chǔ)，需要消耗大量焦炭、煤粉，其中熱風(fēng)提供的熱量占所需能源的19%。熱風(fēng)的能量是由高爐煤氣燃燒獲得的，通過熱風(fēng)爐將廉價的能源轉(zhuǎn)換成高溫?zé)犸L(fēng)以此來替代部分昂貴的冶金焦。高風(fēng)溫成為推動煉鐵技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑，其重要性不言而喻。
進(jìn)一步利用好高爐煤氣，大力提高風(fēng)溫，不僅僅是工藝技術(shù)的簡單問題，已成為提升鋼鐵企業(yè)核心競爭力的重要任務(wù)。
要獲得高風(fēng)溫，通常采用附加高熱值煤氣或采用燃燒爐，這都需消耗更多的煤氣，不可避免地排出更多的廢氣。雖然節(jié)約了焦炭，但實際上是浪費(fèi)了能源，在講究循環(huán)經(jīng)濟(jì)的形勢下，其實整體效果是不經(jīng)濟(jì)的。常規(guī)煙氣余熱對熱風(fēng)爐空氣和煤氣進(jìn)行雙預(yù)熱，一般只可將預(yù)熱對象預(yù)熱到200℃左右，再進(jìn)一步提高風(fēng)溫的作用有限。要達(dá)到1200℃以上的高風(fēng)溫標(biāo)準(zhǔn)，不采用其他技術(shù)手段是不可能實現(xiàn)的。
實施高溫空氣燃燒技術(shù)是提高風(fēng)溫的一個重要措施，在低熱值煤氣條件下，能夠有效實現(xiàn)熱風(fēng)爐的高效率、高風(fēng)溫、與低投入的運(yùn)行。高效回收利用廢煙氣余熱進(jìn)行預(yù)熱，將是我國今后鋼鐵行業(yè)節(jié)能的主攻方向。
不同預(yù)熱工藝解析
針對以低熱值高爐煤氣作為燃料，通過實施高溫空氣燃燒技術(shù)，最大限度回收燃燒產(chǎn)物顯熱，提高助燃空氣和煤氣的物理熱來獲得高風(fēng)溫。合理的選擇預(yù)熱方法需要從多方因素考慮，以期達(dá)到高效與低成本的目的。
輔助預(yù)熱爐技術(shù)。首鋼京唐5500立方米高爐熱風(fēng)爐預(yù)熱系統(tǒng)是輔助預(yù)熱爐工藝的典型代表。該公司所建的2座小型預(yù)熱爐，燃燒高爐煤氣來加熱輔助預(yù)熱爐，工作原理同熱風(fēng)爐。助燃空氣經(jīng)換熱器加熱到200℃左右，然后進(jìn)入輔助預(yù)熱爐內(nèi)，被加熱到500℃以上，送到熱風(fēng)爐。高爐煤氣經(jīng)換熱器加熱到200℃左右，送到熱風(fēng)爐作燃?xì)狻Ｍㄟ^煤氣一級預(yù)熱、空氣兩級預(yù)熱后，送風(fēng)溫度可達(dá)到1300℃以上，能夠很好的實現(xiàn)高風(fēng)溫。但該技術(shù)前期建設(shè)投資較大，需要額外增設(shè)2座預(yù)熱爐，因此，這種流程適合資金充足的大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)。
附加燃燒爐預(yù)熱技術(shù)。附加燃燒爐預(yù)熱技術(shù)是近年來國內(nèi)外研究最多、發(fā)展最迅速、應(yīng)用也很普遍的預(yù)熱技術(shù)。在熱風(fēng)爐前增設(shè)一座燃燒爐，采用高爐煤氣作為燃料，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓?000℃左右）與熱風(fēng)爐煙道廢氣（300℃~350℃）混合。混合煙氣（500℃~600℃左右）通過高溫?fù)Q熱器來預(yù)熱助燃空氣和煤氣，從而提高風(fēng)溫。采用該種雙預(yù)熱技術(shù)可以將助燃空氣預(yù)熱至400℃，將煤氣預(yù)熱到220℃。
附加燃燒爐預(yù)熱系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備是煙氣燃燒爐和板式換熱器。針對低熱值高爐煤氣燃料燃燒和摻混熱風(fēng)爐廢氣的特點(diǎn)，該系統(tǒng)要注重燃燒安全性和穩(wěn)定性。此外，該系統(tǒng)需要設(shè)置一臺引風(fēng)機(jī)來混入熱風(fēng)爐廢氣，必須控制煤氣含塵量以減少煙塵對設(shè)備的影響。
低溫區(qū)煙氣預(yù)熱技術(shù)。國內(nèi)高爐熱風(fēng)爐還采用了一種高溫旁通煙道預(yù)熱法。該法燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔獯蟛糠滞ㄟ^熱風(fēng)爐內(nèi)的蓄熱體，排入熱風(fēng)爐煙道，另一部分高溫?zé)煔馔ㄟ^位于拱頂?shù)母邷嘏酝煹乐苯优湃肟偀煹馈８?、低溫?zé)煔饣旌铣蔀?00℃左右的煙氣，再經(jīng)過換熱器換熱后排入大氣，可使送風(fēng)溫度達(dá)到1250℃以上，無需額外增加燃料和輔助設(shè)備（僅3個旁通煙道支管閥門）。這種預(yù)熱方式的問題在于高溫旁通煙道的分流作用會破壞燃燒室的旋流流場，造成蓄熱室截面上的流量和溫度分布不均勻。此外，蓄熱室上部是整個系統(tǒng)熱交換最強(qiáng)烈的部位，同時受到高溫輻射和對流作用；蓄熱室下部只靠對流傳熱，相對而言熱交換較弱，可積蓄的熱量有限。所以，高溫區(qū)的熱量用來預(yù)熱介質(zhì)或是加強(qiáng)蓄熱，需要從系統(tǒng)整體的熱效率來考慮。
低溫區(qū)煙氣預(yù)熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
在熱風(fēng)爐工作特性研究方面，很多企業(yè)和高校都進(jìn)行了研究，組建了熱態(tài)實驗室進(jìn)行頂燃式熱風(fēng)爐熱態(tài)試驗，通過完整的燃燒、送風(fēng)實驗，取得了蓄熱室內(nèi)的溫度分布數(shù)據(jù)。