论组合预热系统与高炉风温及节能降耗的关系

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摘要：本文在文献[1]所阐述的“全烧高炉煤气实现1250℃风温的两种组合预热系统”基础上，进一步论述了在全烧高炉煤气并且煤气不富化、助燃空气不富氧的条件下，采用“空气两次预热、煤气一次预热”及“空气两次预热、煤气不预热”这两种组合预热工艺系统与高炉风温及节能降耗的内在关系。

关键词：高炉热风炉高风温节能降耗

1 概述

随着高炉大型化和高效化，高炉炼铁技术正向高效、长寿、高风温、大喷煤量方向发展。提高风温、增大高炉喷煤量是降低生铁能耗和成本最有效的技术措施，可以带动炼铁技术的全面提升，不仅可以节约宝贵的炼焦煤资源，降低炼焦所产生的环境污染；同时还可以促进高炉稳定运行，强化高炉冶炼，因此受到世界各国的普遍重视。

作者在“全烧高炉煤气实现1250℃风温的两种组合预热系统”[1]一文中，详细阐述了采用“空气两次预热、煤气一次预热的组合预热系统”及“空气两次预热、煤气不预热的组合预热系统”，可以使大、中、小型高炉热风炉实现1250℃以上的风温，并且可取得显著的经济效益和社会效益。上述两种组合预热工艺系统需要增添1座前置燃烧炉、一台大功率的排烟引风机、一台小功率的鼓风机。也就是说，采用这两种组合预热工艺系统后，使热风炉额外增加了煤气消耗及电耗。那么，采用这两种工艺系统提高高炉风温后，高炉是增加了能耗还是降低了能耗成为人们关注的问题。文献[1]未述及。本文针对这一问题进一步论述这两种组合预热工艺系统与高炉风温及节能降耗的内在关系。

2 提高风温与降低焦比的关系

众所周知，提高风温是降低焦比与强化冶炼的有效措施，风温在950～1350℃之间时，每提高100℃风温可降低焦比8～20kg／t，增产2％～3％[2][3]。文献[2]介绍，根据鞍钢的统计资料，提高风温与降低焦比的关系如表1所示。文献[4]提出，提高100℃就可以降低焦比15～20kg／t，并且能相应提高喷煤量。此外还有大量资料指出，每提高100℃风温可降低焦比20kg／t，可增加喷煤量50kg／t。

3 两种组合预热工艺系统本身的能耗状况

“空气两次预热、煤气一次预热的组合预热系统”圾“空气两次预热、煤气不预热的组合预热系统”l都需要增添一座前置燃烧炉以产生高温烟气，与一部分热风炉烟气混合后，形成500～700℃的混合烟气，以便给扰流子换热器提供热源。前置炉烧嘴要消耗高炉煤气，前置炉鼓风机要消耗电能。此外由于组合预热系统中烟气流动阻力增加，需要增添一台引风机，也需要增加电能消耗。但是，组合预热系统所附加的这些能源消耗的数量与高炉炉容大小、热风炉煤气消耗量大小、煤气低发热值高低、煤气初始温度、助燃空气二次预热温度水平、热风炉烟气平均温度、不同的组合预热系统相关。

3．1 “空气两次预热、煤气一次预热的组合预热系统”能耗

为了便于说明问题，对于不同炉容的高炉，均假定其煤气的低热值为3150kj／Nm³，煤气初始温度为80℃，空气系数α＝1．10，热风炉烟气平均温度为320℃。表2列出了不同炉容高炉“空气两次预热、煤气一次预热的组合预热系统”能耗数据。

3．2 “空气两次预热、煤气不预热的组合预热系统”能耗

这个系统由于煤气不预热，热风炉烟气余热用不完，大约多余50％左右的热风炉烟气量。因此可以将多余的热风炉烟气送至中速磨烘煤粉，省去了烘煤粉的烟气炉。烘煤粉烟气炉本身需要消耗高炉煤气，其量的大小与吨铁喷煤量、高炉炉容、高炉利用系数、及中速磨作业时间有关。为了便于比较，假定不同类型高炉喷煤量均为200Kg／t，中速磨作业时间均为12小时，送去烘煤粉的烟气温度为320℃，干煤气温度为80℃。表3列出了不同炉容高炉“空气两次预热、煤气不预热的组合预热系统”能耗数据。

4 前置燃烧炉临界煤气消耗量

这里所说的前置炉临界煤气消耗量，是以如下三个基础条件为依据界定的：

(1)在采用本组合预热系统之前，热风炉已经进行空气、煤气双预热并且平均风温已达t₁＝1150℃；

(2)采用高风温组合预热系统后，平均风温为t₂＝1230℃；

(3)每提高10℃风温，焦比降低1．85kg／t。

前置炉临界煤气消耗量Vglj由如下公式确定：

Gg≤Gjb－Gd (1)

Gg＝(24×Vg×η₁)／Gt (2)

Gjb＝((t₂―t₁)／10)×gjb×η₂ (3)

Gd＝24×Wd×η₃／Gt (4)

Vglj≤Gt×(t₂－t₁)×gjb (η₂／240η₁)一Wd×(η₃／η₁) (5)

上述式中：

Gt—高炉日产生铁量 t／日

Gg—吨铁前置炉煤气消耗量 kgce／t

Gjb—电铁降低焦炭数量 kgce／t

Gd—吨铁增加的电耗量 kgce／t

Wd—组合预热系统增加的电功率 Kw

η₁、η₂、η₃一分别为高炉煤气、焦炭、电折算成标准煤的系数。分别为0．10748、0．97、0．1229。

由式(5)可知前置炉煤气消耗量如果小于等式两项的差值，则组合预热系统就节能，反之则不节能。

5 组合预热工艺系统与高炉风温及节能降耗的关系

根据本文第二章所述，综合考虑各方面数据，在1000℃～l100℃温度段，取每提高10℃风温，焦比降低1．85kg／t。以表2和表3数据为依据，计算出组合预热工艺系统与高炉风温及节能降耗的关系，如表4所示。

6 结论

上述两种高风温组合预热工艺系统可以使大、中、小型高炉热风炉在全烧高炉煤气，并且煤气不富化、助燃空气不富氧的条件下，实现1250℃的送风温度。与原空气、煤气双一次预热系统平均风温1150℃相比，可平均提高80℃风温，吨铁节约标准煤为7．0～9．0Kgce／t，显然其经济效益和社会效益、环保效果十分显著。公式(5)可作为所有带附加燃烧炉(包括附加热风炉、前置炉等)实现1250℃风温的预热系统节能与否的判断数据。凡是附加燃烧炉煤气消耗量小于临界煤气消耗量的，该预热系统就节能，大于临界煤气消耗量的，该系统就不节能。

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