記者 王慶
4月12日，中國金屬學(xué)會(huì )官網(wǎng)科技新進(jìn)展欄目刊發(fā)了首鋼集團有限公司撰寫(xiě)的《高效低碳高風(fēng)溫熱風(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng )新》一文，詳細介紹了該技術(shù)的相關(guān)情況，受到業(yè)界的關(guān)注。
《中國冶金報》記者曾于去年8月4日參加了中國金屬學(xué)會(huì )組織召開(kāi)的由鄭州安耐克實(shí)業(yè)有限公司、首鋼集團有限公司等單位合作完成的“高效低碳高風(fēng)溫熱風(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng )新”科技成果評價(jià)會(huì )。由中國工程院院士殷瑞鈺、毛新平和北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院院長(cháng)張建良等組成的評價(jià)委員會(huì )一致認為，該項成果達到了國際領(lǐng)先水平。
短短8個(gè)多月的時(shí)間，該項科技成果又取得了新的業(yè)績(jì)，作為鋼鐵行業(yè)權威學(xué)術(shù)組織的中國金屬學(xué)會(huì )，在其官網(wǎng)上刊發(fā)首鋼集團有限公司的長(cháng)篇文章，向鋼鐵行業(yè)介紹這項具有國際領(lǐng)先水平的科技成果。
對此，作為持續關(guān)注該項科技成果最新進(jìn)展的本報記者，日前與安耐克有關(guān)領(lǐng)導進(jìn)行了溝通，對該項科技成果研發(fā)應用的相關(guān)情況進(jìn)行了解和整理，希望能為鋼鐵行業(yè)特別是煉鐵技術(shù)進(jìn)步做些工作。
聚焦熱風(fēng)爐高風(fēng)溫技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵難題
據介紹，該項目研究主要聚焦目前我國熱風(fēng)爐高風(fēng)溫技術(shù)發(fā)展過(guò)程中存在的以下六大關(guān)鍵難題：
一是我國高爐風(fēng)溫長(cháng)期停滯在1100℃～1150℃，與國外先進(jìn)水平相差約100℃。
二是熱風(fēng)爐燃燒過(guò)程因燃燒效率低、能量轉化效率低，致使燃耗高，造成能源浪費和煙氣排放總量高。
三是熱風(fēng)爐煙氣超低排放的環(huán)保標準日益嚴格。熱風(fēng)爐煙氣中污染物排放標準要求顆粒物、SO2、NOx 排放分別低于10mg/m3、50mg/m3、200mg/m3。
四是由于高溫、高壓、高富氧等復雜操作條件，導致熱風(fēng)爐高溫區爐殼、高溫高壓管道和關(guān)鍵部位耐火材料，投產(chǎn)3～5年后出現異常破損、安全隱患和運行故障，制約提高風(fēng)溫、熱風(fēng)爐壽命和安全運行。
五是頂燃式熱風(fēng)爐在燃燒動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域缺乏深入理論研究，對熱風(fēng)爐燃燒-傳熱過(guò)程機理研究不足，能量高效轉換、燃燒與傳熱、氣體運動(dòng)規律尚未全面掌握；同時(shí)，熱風(fēng)爐智能化精準操控缺乏理論和實(shí)踐深入系統研究。
六是熱風(fēng)爐設計技術(shù)體系、冷-熱態(tài)實(shí)驗和測試方法、熱風(fēng)管道系統、高效蓄熱室、長(cháng)壽耐火材料、相關(guān)技術(shù)標準規范體系等多方面仍存在缺陷與弊端，制約了頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)提升和推廣應用。
助力熱風(fēng)爐低碳綠色、高效長(cháng)壽
該項目研究以高爐熱風(fēng)爐低碳綠色、高效長(cháng)壽為目標，特別是圍繞“雙碳”發(fā)展和超低排放對高爐及熱風(fēng)爐節能減排、減污降碳的新要求、新標準，組建的聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)團隊進(jìn)行了長(cháng)達10 余年的系統深入研究。該項目研究主要包括七大內容：一是基于三維空間渦旋燃燒技術(shù)的頂燃式熱風(fēng)爐的研發(fā)；二是特大型熱風(fēng)爐超大功率陶瓷燃燒器關(guān)鍵技術(shù)研究；三是頂燃式熱風(fēng)爐關(guān)鍵耐火材料體系的研究；四是高爐熱風(fēng)系統安全長(cháng)壽技術(shù)研究；五是內燃式熱風(fēng)爐改造為頂燃式熱風(fēng)爐的工程化集成創(chuàng )新與應用研究；六是基于熱風(fēng)爐耗散結構優(yōu)化的動(dòng)態(tài)精準控制模型開(kāi)發(fā)；七是熱風(fēng)爐高效清潔與超低排放研究。
該項目研究總體技術(shù)思路是通過(guò)理論研究及數字化仿真研究、工程設計及關(guān)鍵技術(shù)研究開(kāi)發(fā)、工程集成應用研究多層次、多維度進(jìn)行系統全面的研究攻關(guān)。
該項目主要取得五個(gè)方面的創(chuàng )新性成果：
一是研究開(kāi)發(fā)并應用了新一代高效低碳高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐及其關(guān)鍵技術(shù)。
二是創(chuàng )新開(kāi)發(fā)出頂燃式熱風(fēng)爐高效、低碳、清潔和低排放燃燒技術(shù)。
三是創(chuàng )建了新一代頂燃式熱風(fēng)爐工藝及耐火材料設計、制造、選用和配置技術(shù)標準體系。
四是研發(fā)了低應力-無(wú)過(guò)熱熱風(fēng)爐爐體及管道長(cháng)壽技術(shù)，設計開(kāi)發(fā)了低應力熱風(fēng)爐爐體及熱風(fēng)管道體系。
五是開(kāi)發(fā)了熱風(fēng)爐燃燒動(dòng)態(tài)精準控制模型和智能化信息物理系統，開(kāi)發(fā)了熱風(fēng)爐爐體及管道系統全天候智能化監測系統。
經(jīng)濟、社會(huì )和環(huán)境效益顯著(zhù)
近年來(lái)，該項目研究成果及相關(guān)技術(shù)，在項目完成單位9座高爐22座熱風(fēng)爐上應用。
以首鋼京唐為例，京唐3號高爐熱風(fēng)爐集成應用了該項目研究成果及關(guān)鍵技術(shù)，包括熱風(fēng)爐清潔燃燒和高效傳熱、復合鋼板爐殼、熱風(fēng)管道安全長(cháng)壽等技術(shù)，于2019 年4月投產(chǎn)至今應用效果優(yōu)異。京唐3號高爐頂燃式熱風(fēng)爐投產(chǎn)5年來(lái)，經(jīng)歷了多種復雜工況，燃燒量在設計范圍的30%～120%的工況條件下，運行穩定可靠，噸鐵煤氣消耗≤380m3/t，煙氣中NOx≤50mg/m3、CO≤20mg/m3，在拱頂溫度1370℃條件下風(fēng)溫達到1250℃，高爐生產(chǎn)高效低碳，達到并超越設計指標。京唐1號、2號高爐，分別于2009年5月和2010年6月投產(chǎn)，為了滿(mǎn)足環(huán)保和長(cháng)壽要求，對熱風(fēng)爐進(jìn)行了全面技術(shù)升級改造。采用該項目研發(fā)的超大功率陶瓷燃燒器替代原有裝置，大幅度提高了燃燒效率，污染物實(shí)現超低排放。結合熱風(fēng)爐爐殼開(kāi)裂機理研究成果，熱風(fēng)爐爐殼采用了復合鋼板及應力消除技術(shù)，提高了熱風(fēng)爐爐殼安全性，現已完成2座高爐5座熱風(fēng)爐的改造。2號高爐熱風(fēng)爐應用智能化控制模型，實(shí)現了熱風(fēng)爐動(dòng)態(tài)精準控制。在其他新建和改造項目中，頂燃式熱風(fēng)爐應用后，風(fēng)溫和能效均顯著(zhù)提升，煙氣中污染物排放大幅度降低，減污降碳效果突出。
同時(shí)，該研究成果已推廣應用于國內外240余高爐、780座熱風(fēng)爐；核心技術(shù)獲得俄羅斯、日本、烏克蘭、印度等國專(zhuān)利授權；2021年，與俄羅斯MMK 鋼鐵集團簽訂7 號1280m3高爐內燃熱風(fēng)爐升級改造頂燃熱風(fēng)爐EP 項目、印度JSW 的5872m3高爐新建頂燃熱風(fēng)爐EP 項目；突破國外技術(shù)壁壘，技術(shù)應用到國外，引領(lǐng)國際高風(fēng)溫熱風(fēng)爐技術(shù)發(fā)展。
該項目在首鋼京唐、遷鋼、中天鋼鐵和俄羅斯MMK 鋼鐵等國內外高爐熱風(fēng)爐上應用，近3年累計經(jīng)濟效益達21億元，經(jīng)濟、社會(huì )和環(huán)境效益顯著(zhù)，推廣應用前景廣闊。
