高爐區(qū)段工藝技術界面熱能工程及優(yōu)化分析

　　[摘 要]高爐區(qū)段界面熱能運行主要是要保證穩(wěn)定、高質量地提供鐵水，該區(qū)段的界面匹配對鋼鐵生產流程的動態(tài)-有序化運行起著重要作用，尤其是對優(yōu)化鐵水運輸節(jié)奏、鐵水入爐溫度起著決定性作用。同時，高爐區(qū)段工藝技術界面合理與否對減少物料、能源消耗及環(huán)境負荷來說，也具有極其重要的作用。
　　[關鍵詞]高爐；界面模式；熱能平衡；優(yōu)化
　　中圖分類號：S873 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）24-0052-01
　　高爐區(qū)段工藝技術界面是指鋼鐵生產中煉鐵、煉鋼間的銜接、匹配、協(xié)調、緩沖技術及相應的裝置（裝備），包括物質流、能量流、溫度及時間等基本參數(shù)的銜接、匹配、協(xié)調與穩(wěn)定，也包括工序、裝置、容量、運輸、管理等多方面內容。高爐區(qū)段工藝技術界面模式因鐵水預處理、運輸及承載容器不同而呈現(xiàn)多樣性。
　　一、高爐熱平衡原理
　　熱平衡是根據(jù)能量守恒定律，將物料平衡作為基礎來計算的�，F(xiàn)代高爐熱平衡分析和計算主要是針對高爐內不同體系能量收入與去向所進行的，包括三種熱平衡分析方式。首先為第一總熱平衡分析，根據(jù)蓋斯定律，將進入爐內物料的最初形態(tài)與出爐的最終形態(tài)為基礎，對入爐與出爐所帶出熱量進行計算，并計算燃料實際額燃燒所產生的熱量。其次為第二總熱平衡分析，根據(jù)高爐內實際的氧化還原反應，對產生與消耗的熱量進行計算，進而獲得高爐實際冶煉熱效應。其與第一總熱平衡分析的區(qū)別就在于燃燒放熱、氧化無的分解、還原與脫硫耗熱。另外一種熱平衡分析為區(qū)域熱平衡分析，是以高爐內分段反應為基礎，評價原燃料的質量，并判斷爐體狀況，進而為改進與維護爐體提供參考。
　　二、現(xiàn)有高爐區(qū)段工藝技術界面模式
　　國內外現(xiàn)有高爐區(qū)段工藝技術界面主要有以下幾種模式：
　　（1）高爐鐵水→鐵水包（火車運輸）→混鐵爐→兌鐵包→轉爐。此模式鐵水經2次倒包、4次空冷，混鐵爐設置不僅增加成本且需補充能量，以保持鐵水溫度，帶來溫降大、鐵損大、能耗大及煙塵污染等問題。
　　（2）高爐鐵水→鐵水包（汽車運輸）→轉爐。是“一包到底”的煉鐵-煉鋼界面模式。受鐵包和兌鐵包為同一容器，無預處理工序。當受鐵罐的容量和轉爐容量一一對應時可直接將鐵水兌入轉爐，從高爐運輸?shù)睫D爐的整個過程中只有2次空冷，入轉爐前無倒包的熱量損失；當受鐵罐的容量和轉爐容量不對應時須兌鐵，流程中增加了1次空冷和1次倒包，會多1次倒包熱損。
　�。�3）高爐鐵水→魚雷罐（火車運輸）→兌鐵包→兌鐵包脫硫→扒渣→轉爐。該脫硫模式在兌鐵包中進行，脫硫在煉鋼廠內轉爐垮的脫硫站、扒渣在煉鋼廠內轉爐垮的扒渣位進行。其特點是，魚雷罐的周轉時間縮短，而兌鐵包的周轉時間延長。此模式有3次空冷，1次倒包。
　�。�4）高爐鐵水→魚雷罐（火車運輸）→魚雷罐脫硫→扒渣→兌鐵包→轉爐。此模式1次倒包，3次空冷，脫硫在魚雷罐中進行，脫硫站位于高爐與轉爐之間。設置不僅增加成本且需補充能量，以保持鐵水溫度，帶來溫降大、鐵損大、能耗大及煙塵污染等問題。
　�。�5）高爐→鐵水溝脫硅→魚雷罐→扒渣→魚雷罐同時“三脫”→扒渣→兌鐵包→轉爐。此模式把脫硅單獨分離出來在高爐出鐵場或受鐵罐內進行處理，脫硫和脫磷同時進行，轉爐的冶煉功能主要是快速脫碳升溫，效果比模式4要好。
　�。�6）高爐→鐵水溝脫硅→魚雷罐→扒渣→魚雷罐脫硫→扒渣→兌鐵包→轉爐脫磷→脫碳轉爐。此種模式實現(xiàn)了“分工序精煉”的理念，把脫硅、脫硫、脫磷分開，為每一個冶金反應分別創(chuàng)造了最適宜的熱力學和動力學條件。由于脫硫、脫磷、脫碳升溫的熱力學和動力學條件明顯改善，造渣劑消耗量大幅度下降，處理過程時間大為縮短，處理效果將明顯提高。
　　三、高爐區(qū)段工藝技術界面熱能節(jié)能優(yōu)化措施
　　3.1 優(yōu)化爐內煤氣流速與分布
　　煤氣內部傳遞給爐內的熱量與煤氣內部的流速以及氣體內部的分布情況存在著直接關系。當煤氣量越大時，爐內的煤氣流速將增加，熱交換量將增加，這時爐料的吸熱能力也增強，但是爐內頂部溫度的數(shù)值變化也增加，煤氣帶走的熱量損失也增大。所以，煤氣含量以及流速之間存在著一個最優(yōu)值。通過使用高壓以及超高壓的操作方式，增加爐內邊緣的礦焦比，將能夠有效的提高高爐的熱交換效率，同時降低煤氣帶走的熱量，減少由此帶來的熱量損失。
　　對于高爐的爐墻處，當煤氣量越少時，煤氣的流速就越低，這時熱交換量就越少，爐內的熱負荷量將下降，所造成的熱損失將減少。所以，可以在此處采用分裝多環(huán)布料的方式來提高高爐的邊沿礦焦比。不但能夠減少煤氣量，而且還能夠降低煤氣的流速，提高煤氣與內部爐料的接觸時間。
　　3.2 提高爐料的熱傳導性能
　　高爐內爐料導熱性能較好時有利于改善爐內煤氣的熱傳導性能，同時能夠提高爐內的熱交換量，減少帶走的熱量與熱損失。為此，可采用提高礦石的還原性、增加預還原料的用量等方式來達到改善爐料導熱性能得到目的，進而實現(xiàn)熱交換量的增加，降低爐頂溫度。由于爐墻的導熱系數(shù)越低，高爐與外界熱量交換越少，因此要保證高爐渣皮與爐墻熱面的隔熱性能與穩(wěn)定性。
　　3.3 采用富氧噴煤技術
　　在高爐生產中，可采用富氧噴煤技術，經計算，富氧率提高1%，并將噴煤量增加到12-13kg/t（煙煤增加量為17-23kg/t），能夠顯著的降低焦比。在高爐生產中采用干熄焦時，將使入爐焦炭含水量降低至1%左右，焦比則降低2%，不僅能夠提高冶煉的熱效率，同時能夠增加經濟效益。
　　3.4 荒煤氣管道外保溫
　　在生產實踐中發(fā)現(xiàn)，在其他條件不變的條件下，TRT發(fā)電量與入口溫度呈正比，當入口溫度降低10℃，工況煤氣體積就能夠減少2.31%，噸煤發(fā)電量則減少1.25千瓦時。大高爐因荒煤氣管道散熱面積大，布袋荒煤氣入口溫度和高爐頂溫之間具有20-30℃的溫降，而荒煤氣管道外表面則比環(huán)境溫度高30℃。局部采用管道外保溫則能夠使管道表面溫度與環(huán)境溫度的溫差低于5℃，根據(jù)其外保溫效果來看，將荒煤氣管道均采用外保溫，可將煤氣入口處溫度與高爐頂溫度的溫差控制在8℃以內，并將TRT入口煤氣溫度提高12℃以上。
　　3.5 充分回收高爐渣熱量
　　高爐渣損失的熱量是非常大的，目前進行高爐渣回收的有效方式主要包括了兩種，一是沖渣水余熱回收，二是高爐渣顯熱回收。采用沖渣水余熱回收技術是比較成熟的一種高爐渣回收技術，能夠用于供暖與加熱飲水水源。其中渣水余熱采暖技術，就具有較好的應用效果，同時可對高爐渣進行干式粒化處理，主要方式包括兩種，即普通式與流化床式。
　　3.6 對高爐煤氣、熱風爐余熱余壓進行回收
　　高爐熱風爐在換爐時均將熱風爐內高壓和高溫氣體排放到煙道，然后經大煙囪排空，這不僅在排放的過程中產生噪音，同時也造成了高溫、高壓氣體的浪費。為此，可采用相應的熱風爐余熱余壓回收技術。而對高爐煤氣余熱利用主要是轉成富熱煤氣，或者利用煤氣中的CO制成草酸、炭黑的化工產品；對爐頂一次、二次均壓放散的煤氣進行回收等。此外可采用TRT工藝利用爐頂高壓余壓進行發(fā)電。
　　四、結語
　　高爐區(qū)段是鋼鐵生產流程中物質流輸入輸出種類和量最多的區(qū)段，同時又是聯(lián)接高溫物質流運行的重要區(qū)段。對區(qū)段物質流運行及熱能利用進行優(yōu)化，尤其是鐵水輸送與處理過程的優(yōu)化是影響鐵水預處理鐵水到站溫度和轉爐冶煉節(jié)奏的重要因素。經高爐熱平衡分析發(fā)現(xiàn)，在實現(xiàn)煉鐵工藝節(jié)能中，其主要方向為減少一次能源的消耗和加強二次能源的回收與利用，即在減少能源消耗的同時實現(xiàn)余熱、余壓的回收利用，進而提高冶煉企業(yè)的經濟效益。
　　參考文獻
　　[1] 王秀英.承鋼2500m3高爐熱平衡測算與節(jié)能探討[J].河北冶金，2014（8）.
　　[2] 劉娟利.高爐熱平衡分析煉鐵工藝的節(jié)能方向[J].科技傳播，2014（11）.

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