【文章內(nèi)容簡介】 此項先進技術(shù)在我國推廣應(yīng) 用起來更為容易，成內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 4 本更低，效率更高。 據(jù)介紹，高效蓄熱式烤包器系統(tǒng)由燒嘴系統(tǒng)、換向系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，采用封閉式烘烤方式。其燒嘴與蓄熱體做成一體，成對布置在鋼包蓋上，并且蓄熱體的高溫段埋藏于鋼包蓋內(nèi)，以降低熱損失，提高熱效率。當(dāng)兩個燒嘴中一個處于燃燒狀態(tài)時，另一個燒嘴處于蓄熱狀態(tài)。高溫?zé)煔饨?jīng)處于蓄熱狀態(tài)的燒嘴噴口流過蓄熱體，將蓄熱體加熱后，以 100 至 150℃ 的溫度經(jīng)高溫換向閥及排煙系統(tǒng)排入大氣；而達到設(shè)定時間或設(shè)定溫度后，兩組燒嘴交換其工作狀態(tài)，助燃空氣、煤氣流過被加熱的蓄熱體，被蓄熱體加熱至接近鋼包燃燒產(chǎn) 物溫度后，經(jīng)燒嘴噴口噴入包內(nèi)，完成穩(wěn)定、高效、節(jié)能燃燒，實現(xiàn)對鋼包的加熱。高效蓄熱式烤包器在具體應(yīng)用中主要有以下優(yōu)點： 一是大幅度節(jié)約燃料。鋼包烘烤器都有很高的排煙溫度，一般在 1000℃ 左右，余熱回收潛力巨大。一般采用蓄熱燃燒技術(shù)后都可以獲得大于 50％的燃料節(jié)約率。 二是可以提高包溫，優(yōu)化冶煉生產(chǎn)。鋼水在裝入鋼包后的傳輸和澆鑄過程中要損失大量熱量，而其中以鋼包內(nèi)襯的蓄熱損失為主。 HRC 高效蓄熱式烤包器可顯著提高包襯溫度，減少鋼水在鋼包中的熱損失和鋼水總溫降，從而可使轉(zhuǎn)爐出鋼溫度降低，產(chǎn)量提高，使電爐大幅降低 電耗。同時，由于降低出鋼溫度，鋼水可在低過熱度下澆鑄，實現(xiàn)高拉速、減少漏鋼事故、提高鑄坯質(zhì)量、消除中心縮孔、減輕中心偏析。 三是縮短烘烤時間，實現(xiàn)快速烤包。采用蓄熱燃燒技術(shù)，提高了包內(nèi)的平均火焰溫度，加大了熱量傳輸率，加快了烤包速度。在線烘烤時，高爐煤氣、助燃空氣雙預(yù)熱，鋼包初始溫度為 800℃ 時，可在 10 分鐘左右將其加熱到 1000℃ 。離線烘烤也可以大幅縮短烤包時間，節(jié)約煤氣量。 四是提高包襯壽命。由于采用蓄熱燃燒技術(shù)提高了包內(nèi)溫度的均勻度，消除了局部高溫點，提高了烘烤質(zhì)量，從而可使包襯的壽命提高 15％，同時 鋼包耐火材料的消耗亦可減少 15％。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 5 五是降低有害氣體的排放。由于蓄熱式烘烤器消耗的煤氣等燃料量為普通烤包器的50％左右，燃料消耗的減少即意味著煙氣的發(fā)生量降低；同時由于助燃空氣和燃料可以相互獨立地噴入包內(nèi)，燃燒通常發(fā)生在貧氧狀態(tài)下，從而大大降低了 NOx 物和 CO等有害氣體的排放，可明顯改善現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境。 六是投資回報率高。經(jīng)測算，一般采用高效蓄熱燃燒技術(shù)改造的鋼包烘烤器，均能在半年內(nèi)收回投資 。 七是適用燃料范圍廣。高效蓄熱式烤包器可以采用高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦爐煤氣、混合煤氣、天然氣、石油液化氣、燃油等燃料， 特別是對低發(fā)熱值的高爐煤氣和轉(zhuǎn)爐煤氣的應(yīng)用有很大的推廣價值。 目前，國內(nèi)一些鋼鐵企業(yè)在充分利用高爐煤氣等資源上尚有許多工作要做。據(jù)近年的統(tǒng)計，我國重點鋼鐵企業(yè)高爐煤氣放散率接近 10％，可折合 200 多萬噸標準煤，價值近 10 億元。采用高效蓄熱燃燒技術(shù)，為低熱值的高爐煤氣等資源的利用開辟了新的領(lǐng)域。到現(xiàn)在，國內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)共采用了多臺高效蓄熱式烤包器，并取得了良好的效果。事實說明，高效蓄熱式鋼包烘烤器達到了國內(nèi)外先進水平。高效蓄熱燃燒技術(shù)具有積極的推廣價值，市場前景看好。 幾種鋼包烘烤燒嘴的特點 簡易高速燒嘴 簡易高速燒嘴的燃燒氣體出口速度達 100 m/s。鋼包烘烤采用簡易高速燒嘴，可強化對流傳熱，促使鋼包內(nèi)氣流循環(huán)，使鋼包的溫度均勻。為防治脫火，該燒嘴本身設(shè)有火焰穩(wěn)定裝置。簡易高速燒嘴可根據(jù)現(xiàn)場情況使用高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、混合煤氣、焦爐煤氣或天然氣，助燃空氣可由風(fēng)機或壓縮空氣降壓提供。對于低熱值的高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣可以采用富氧燃燒，以提高鋼包的烘烤溫度。簡易高速內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 6 燒嘴也可以用液體燃料，如重柴油等。 油氣兩用燒嘴 油氣兩用燒嘴適合于煤氣不足或煤氣熱值低的煉鋼廠，油氣兩用燒嘴可使用高爐 煤氣、發(fā)生爐煤氣或轉(zhuǎn)爐煤氣，燃油一般使用重柴油，用壓縮空氣或助燃空氣霧化。 自身預(yù)熱式 鋼包烘烤器 自身預(yù)熱燒嘴 自身預(yù)熱燒嘴把燒嘴和預(yù)熱器聯(lián)合成一個整體，像普通燒嘴一樣便于安裝，結(jié)構(gòu)緊湊，對立式烘烤器和臥式烘烤器都適用。其特點： （ 1）烘烤速度快、溫度高，一般來說鋼包從 600 ℃加熱到 1100 ℃只需 1215 min； （ 2）燒嘴動能大、火焰長，火焰長度可達 3 m 以上，火焰可達到包底再返回，使鋼 包 ； 的上下溫差縮??； （ 3）操作簡單、易調(diào)節(jié)，其獨 特的控制系統(tǒng)很容易為現(xiàn)場操作所掌握，設(shè)備故障少； （ 4）包蓋四周不冒火、燒嘴壽命長，由于采用微負壓烘烤，所以鋼包口周圍無外逸 火焰，正常情況下，使用壽命可保一年以上； （ 5）包蓋設(shè)計獨特，具有重量輕、不易變形、壽命長等優(yōu)點 ； 自身預(yù)熱式燒嘴本體及煙道的外面各套一個逆流交換器，將燒嘴本身所需的助燃空 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 7 氣預(yù)熱，它的結(jié)構(gòu)主要是利用幾層同心套管將空氣和煙氣彼此分開，中間套管作為熱交換面。整個預(yù)熱器全部用適當(dāng)?shù)哪突痄撝瞥?，燃燒產(chǎn)物從噴口的噴出速度為 80 m/s ，這種較高 的出口速度促使爐氣在鋼包內(nèi)循環(huán)，從而改善了傳熱過程，并具有較好的溫度均勻性。借助于排煙管內(nèi)空氣噴射的作用，將燃燒產(chǎn)物吸引通過預(yù)熱器，爐內(nèi)壓力可以通過改變噴射空氣來進行調(diào)節(jié)。 蓄熱式燒嘴 蓄熱式燒嘴內(nèi)部安放陶瓷蜂窩體，高溫側(cè)為莫來石。當(dāng)燃燒處于燃燒狀態(tài)時，用蜂窩體預(yù)熱空氣及燃氣；當(dāng)燒嘴處于但燃燒狀態(tài)時，利用高溫?zé)煔饧訜岱涓C體。通過四通換向閥及煤氣快速切斷閥控制兩套燒嘴交替燃燒及蓄熱。其具有以下特點： （ 1）可以將助燃空氣以及燃氣預(yù)熱至 1000 ℃，排煙溫度低于 150 ℃。這樣鋼包烘 烤可以用純高爐煤氣完成， 節(jié)約高熱值煤氣。 （ 2）由于預(yù)熱溫度很高，可以節(jié)約燃料約 50％。 （ 3）蓄熱式燒嘴的火焰剛性好，火焰長度可調(diào)節(jié)至 4m ，沿火焰長度上鋼包內(nèi)部溫 度分布均勻，可以縮短烘烤時間，節(jié)約耐火材料 10％。 （ 4）采用陶瓷蜂窩體作為蓄熱體。由于陶瓷蜂窩體的比表面積大，縮小了蓄熱體的體積?？梢詫⑿顭崾遗c燒嘴作成整體直接安裝在鋼包蓋上，操作非常方便。 （ 5）蓄熱式燒嘴系統(tǒng)的關(guān)鍵部件換向閥，采用四通換向閥，具有體積小、密封好、動作時間短、使用壽命長等優(yōu)點。 （ 6）升溫速度快。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 8 第二章 燃料及燃燒 冶金工業(yè)爐以及爐窯所用的氣體燃料主要是高爐煤氣、焦爐煤氣、發(fā)生爐煤氣和天然氣等。 在各種燃料中，氣體燃料的燃燒過程最容易控制，也最容易實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。此外氣體燃料可以進行高溫預(yù)熱，因此可以用低熱值的燃料來獲得較高的燃燒溫度并有利于節(jié)約燃料，降低消耗。 由于以上特點，氣體燃料在冶金企業(yè)的燃料平衡中一直占有重要地位。對于某些工藝要求比較嚴格的加熱爐和熱處理爐（尤其是低溫?zé)崽幚頎t），為了便于控制爐溫和爐氣的化學(xué)成分，以保證產(chǎn)品的表面質(zhì)量，除了電能之外，氣體燃料是最理想的了。 高爐煤 氣 高爐煤氣是高爐煉鐵過程中所得到的一種副產(chǎn)品，其主要成分是 CO。高爐煤氣的 化學(xué)成分組成情況及其熱工特性與高爐燃料的種類、所煉生鐵的品種以及高爐冶煉工藝特點等因素有關(guān)。 高爐煤氣的因含有大量的 2N 和 2CO (占有 6370%)，所以它的發(fā)熱量不大，只有37624180 3kj/m 。當(dāng)冶煉特殊生鐵時，高爐煤氣的發(fā)熱量比冶煉普通煉鋼生鐵時高418630 3kj/m 。 高爐煤氣的理論燃燒溫度為 14001500℃，在許多情況下，必須把煤氣和空氣預(yù)熱來提高它的燃燒溫度，才能滿足用戶的要求。 高爐煤氣從高爐出來時含有大量的粉塵，為 6080 3g/m 或更多，必須經(jīng)過除塵處理，將煤氣的含塵量降到下列標準，才能符合使用要求： 蒸汽鍋爐 3g/m 平爐，熱分爐 2050 3mg/m 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 9 焦爐 10 3mg/m 高爐是冶金生產(chǎn)中燃料的巨大。高爐的燃料的熱量約有 60%轉(zhuǎn)移到高爐煤氣中，據(jù)統(tǒng)計，高爐每消耗 1 噸焦炭可產(chǎn)生 3800～ 4000 3m 高爐煤氣。由此可見，充分有效地將高爐煤氣加以利用，對降低噸鋼能耗有重大意義。在冶金生產(chǎn)中，高爐煤氣主要用于焦爐，在冶金聯(lián)合企業(yè)中，與焦爐煤氣混合后也可用于平爐。 由于高爐煤氣中含有大量 CO，在使用中應(yīng)特別注意防止煤氣中毒事故。根據(jù)有關(guān)資料介紹，大氣一氧化碳的濃度如超過 16 ppm 既有中毒危險。 焦爐煤氣 焦爐煤氣是煉焦生產(chǎn)的副產(chǎn)品。 1 噸煤在煉焦過程中可以得到 730～ 780 kg 焦炭和 300～ 350 3m 的焦化煤氣，以及 25～ 45 kg 焦油。 由焦爐出來的煤氣因含有焦油蒸汽，所以稱荒焦爐煤 氣。 1 3m 荒焦爐煤氣通常含有300～ 500 g 水和 100～ 125 g 焦油，以及其他可作為化工原料的氣態(tài)化合物。為了回收焦油和各種化工原料氣，必須將荒焦爐煤氣進行加工處理，使其中的焦油蒸汽和水蒸氣冷凝下來，并將有關(guān)的化工原料收回，然后才送入煤氣管網(wǎng)作為燃料使用。 焦爐煤氣的可燃成分主要是 2H 、 4CH 、 CO。 焦爐煤氣中的惰性氣體含量很少， 2N 和 2CO 共 8～ 16%，因此焦爐煤氣的發(fā)熱量很高，為 15890～ 17140 3KJ/m ，是冶金聯(lián)合企業(yè)重要的燃料來源之一，一般多與高爐煤氣或發(fā)生爐煤氣配成發(fā)熱量為 8360 3KJ/m 左右的混合煤氣 用于平爐和加熱爐。焦爐煤氣成分如下表 。 表 . 2H 4CH mnCH CO 2CO 2N 2O 55～ 60 24～ 28 2～ 4 6～ 8 2～ 4 4～ 7 ～ 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 10 空氣需要量 燃料燃燒所需要的空氣（氧氣）數(shù)量，是根據(jù)燃燒反應(yīng)的物質(zhì)平衡計算的，這些參 數(shù)有實際用處。例如，為了正確地設(shè)計爐子的燃燒裝置和股風(fēng)系統(tǒng)，必須知道為保證一定熱負荷（燃料消耗量）所應(yīng)供給的空氣量。 氣體燃料的理論空氣需要量 已知燃料成分（體積百分數(shù)）為 2 4 m n 2C O % + H % + C H % + C H % + H S % 2 2 2 2+ C O % + O % + N % + H O % = 1 0 0 % 其中各可燃成分的化學(xué)反應(yīng)式為 221CO+ O =C O2 2 2 21H + O =H2 m n 2 2 2mmC H + n + O = n CO + H O42?????? 2 2 2 23H S + O =H O+S O2 因各氣體的公斤分子體積均相等（ 3m ），故知 1 3m CO 燃燒需要 1/2 3m ；以此類推。 故 1 3m 煤氣完全燃燒的理論耗 氧量為 ? ?22 3 30 , O 2 m n 2 21 1 3L C O H C H H S O 1 0 m / m2 2 4 2mn ?????? ? ? ? ? ?????????? 將上式乘以 1 ( ) ? ，則得到 1 3m 煤氣燃燒的理論空氣需要量 0L ? ?2 3 30 2 m n 2 21 1 m 3L 4 . 7 6 C O H n C H H S O 1 0 m / m2 2 4 2 ?????? ? ? ? ? ?????????? 空氣需要量的計算 假設(shè)某廠使用高爐煤氣和焦爐煤氣的混合煤氣，兩種煤氣按照 3： 7 混合。煤氣溫內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 11 度為 28℃，又化驗室 分析的煤氣成分 如下表 所示。 表 . 2CO 24CH 2O 2H 4CH CO 2N 焦爐煤氣 高爐煤氣 — 吸收水分重量 查《燃料及燃燒》附表 5 得 1 3m 干煤氣吸收水分重量 g ? Kg/m3 把干成分換算成濕成分 20 2 m n 2 21 1 3L 4 . 7 6 C O H C H H S O 1 02 2 4 2mn ?????? ? ? ? ? ?????????? 22 0 .2 5 1 8 .7 54 .7 6 2 7 .7 4 3 0 .8 4 0 .3 0 1 022 ???? ? ? ? ? ? ? ? ????? ? ? m / m? ? ?33n0L n L 1 .0 5 1 .7 7 1 .8 6 m / m? ? ? ? 其余以此類推。 計算發(fā)熱量 焦爐煤氣 3Q 1 2 6 . 4 8 . 6 6 1 0 8 5 5 . 7 5 3 5 8 2 4 . 4 5 5 9 1 2 . 7 9 1 7 5 1 8 K J /m? ? ? ? ? ? ? ? ?低 （ ） 高爐煤氣 3Q 1 2 6 . 4 2 5 . 2 2 1 0 8 2 . 8 9 3 5 8 0 . 5 9 3 7 1 1 K J / m? ? ? ? ? ? ?低 （ ） 每小時應(yīng)供空氣