浅议高炉煤气在高效蓄热式加热炉的应用

浅议高炉煤气在高效蓄热式加热炉的应用

李波

山钢股份莱芜分公司型钢厂 山东 莱芜市钢城区 271104

摘要：在钢铁产业中，对于低热值的高炉煤气进行最大程度的利用是一项难点工作，通过引进高效蓄热式加热炉就能够实现。基于此，本文分析了高炉煤气的特性以及高效蓄热式加热炉的特点，阐述了高效蓄热式加热炉的应用效果，探究了实际使用中存在的问题及优化策略。

关键词：高炉煤气；蓄热式加热炉；蓄热式燃烧技术

引言：我国是一个钢铁生产大国，粗钢、生铁、焦炭的产量都在世界的前列。由于我国钢铁及钢铁产品的产量较高，所消耗的能源也相对较大。在现阶段我国的钢铁产业中，随着加热炉废气排走的热量达到了燃料供热量的50%-70%，节能率一般在15%-20%左右，在这样的情况下，仍有30%-50%的热量会被浪费。所以，对低热值的炼铁高炉煤气进行充分的利用，降低钢铁产业的能耗与成本，成为了行业以及相关工作人员关注的重点。

高炉煤气的特性分析

高炉煤气是炼铁过程中产生的一种副产品，主要的成分包括CH₄、H₂、N₂、CO₂、CO等等。其中，N₂所占的体积分数最大，约为55%；CO的体积分数约为25%；CO₂的体积分数约为15%，而CH₄和H₂在高炉煤气中的含量相对较小。基于这样的成分特性，使得高炉煤气的热值相对较低。影响高炉煤气热值和成分的因素主要有三种：高炉所使用的燃料、冶炼钢铁的工艺、所炼的生铁品种。一般来说，在进行钢铁的冶炼时，产生的低热值在2850-3200KJ/m³左右；当进行冶炼铸造铁的过程中，产生的低热值在3550-4200KJ/m³左右。现阶段，我国在进行炼铁生产时普遍使用的工艺特性为高风温、大容积、高冶炼强度、高喷煤粉量。这中生产工艺虽然有效的提升了生产率，同时也降低了钢铁生产过程中的能耗，但是，这种生产方式使得高炉煤气的热值降低，提升了回收利用的难度。

在高炉煤气中，N₂以及CO₂的含量较大，且这气体并不参与燃烧反应，不能生成热量。同时，N₂以及CO₂还会高炉煤气燃烧过程中产生的热量进行大量的吸收，所以，高炉煤气的理论燃烧温度较低，普遍在1400-1500℃左右。在实际的燃烧过程中，由于受到其他多种因素的影响，混合气体的温度必须要大于其着火点才能确保该混合气体燃烧具有稳定性。在这样的条件下，高炉煤气在实际的燃烧过程中升温较慢，燃烧的稳定性也并不理想。另外，由于高炉煤气中CO的含量小于30%，所以高炉煤气的燃烧速度较慢，且火焰较长。

高效蓄热式加热炉的特点分析

2.1高校蓄热式加热炉的工作原理

相比于普通的加热炉，蓄热式加热炉的节能效果更加明显，通过将煤气与空气预热到1000℃，实现节能环保、控制氧化损伤率。基于这样的优势，蓄热式加热炉以及蓄热式燃烧技术在我国被广泛的推广以及应用，是我国加热炉技术改造的主流趋势。

蓄热式加热炉的工作原理具体如下：在炉膛中，温度大于1200℃的高温烟气受到引力抽风机的作用，在右侧喷口进入高温气体通道，最终达到蓄热室；高温的烟气会自上而下经过蓄热体，并与蓄热体进行热量的交换，在这样的热量交换过程中，高温烟气的95%的热量都会被蓄热体吸走；经过热量交换的高温气体，对流向换向系统，受到引风机的作用，最终流到烟囱并排入大气；同时，煤气与空气会分别流进不同的管道，并进入位于炉子左侧的高温蓄热室，这一高温蓄热室已经在上一换向周期中被高温烟气进行了预热；气体流经蓄热式加热炉的蓄热体（陶瓷小球）会分别被预热，使得空气与煤气的温度达到1000℃以上；气体经过高温气体通道，会在蓄热式加热炉的侧墙喷口被喷出，并在炉膛内进行混合与燃烧；燃烧后的气体会产生高温火焰，对钢坯进行加热；在燃烧后，产生的气体会从炉膛的一侧喷口流向另一侧的喷口，并在此过程中与已经完成加热的钢坯进行热交换^[1]。完成这一整个的流程，就是经过了一次完整的换向周期。

2.2高效蓄热式加热炉的优势

相比于常规的加热炉，高效蓄热式加热炉有着以下几项优势：

在高效蓄热式加热炉的运行中，经烟囱排出的烟气的温度在130℃以下，与烟气露点基本持平，达到了余热回收的极限。可以说，高效蓄热式加热炉对于高炉煤气的热量已经进行了最大程度的利用。相比于常规加热炉的节能率 （30%-40%），其节能效果十分明显。

高效蓄热式加热炉对于低热值的高炉煤气进行了直接的燃用，降低了对于环境的污染程度。

高效蓄热式加热炉的使用避免了常规加热炉的使用缺陷，将余热的回收率提升至了90%-95%。同时，高效蓄热式加热炉能够将空气与煤气同时预热至1000℃以上，且加热的速度较快，能够对高铝煤气的热量进行充分的利用。相比于常规的加热炉，高效蓄热式加热炉的氧化烧损率较低。

高效蓄热式加热炉的内部结构相对简单。其主要使用了整体性浇筑的方式，并将两侧的炉墙进行开孔做成喷口，所以对于煤气的含尘以及含水量的要求较低

^[2]。同时，由于高效蓄热式加热炉的各项参数都已经完成了模块化和数字化，所以相关工作人员只需要在操作室中就能完成整个换向周期的控制。

高效蓄热式加热炉中的蓄热体使用了陶瓷小球，相比于常规加热炉中的格子砖蓄热，陶瓷小球的表面积较大，且耐激冷激热、耐高温的能力更好、导热性更强，也更容易进行更换。

高炉煤气在蓄热式加热炉的应用效果

笔者所在的钢铁有限公司通过将常规的加热炉更换成高效蓄热式加热炉，生产效率有所提升，能耗也得到了降低。高效蓄热式加热炉投入使用后，加热能力有所提升，达到了200t/h；钢坯加热的温度较为均匀，且钢坯表面与中心的温差相对较小，钢坯没有过烧现象的产生，也没有出现明显的黑印；由于高校蓄热式加热炉的氧化烧损率为0.6%-1.0%，所以使得烧损率降低了20%左右；由于对高炉煤气的高效利用，使得能量损耗降低，且减轻了对空气的污染。

4.存在的问题及优化方案

第一，设计的不合理。在蓄热式加热炉的炉尾进料端的上下拍喷孔设计中，存在着不合理的问题。在目前的蓄热式加热炉的运行中，由于各个喷孔与进料的炉门之间存在着距离太近的问题，导致炉气外喷的情况严重，高温的炉气大量的外溢。即使在蓄热式加热炉中有水循环系统对进料的炉门进行冷却处理，炉门依旧出现变形严重的问题。同时，这对上料辊道以及推钢机也造成了一定的影响。为了解决这一问题，笔者认为，应当在推钢机的前端设置其保护钢板，对该问题产生的不良影响范围进行有效的控制。

第二，高炉煤气含水。这样的问题对于蓄热式加热炉的燃烧技术的使用造成了严重的影响，高炉煤气的含水使得蓄热式燃烧技术不能得到最大程度的发挥。基于这样的情况，笔者认为，要在煤气的主管道上设置其煤气脱水系统，为蓄热式燃烧技术的正常、良好发挥创造条件。

总结：综上所述，高炉煤气中依旧含有一定的热量，在常规的加热炉中并没有得到有效的利用。通过使用高效蓄热式加热炉，引入蓄热式燃烧技术，将蓄热体更换为陶瓷小球，并并将两侧的炉墙进行开孔做成喷口，能够实现对低热值的高炉煤气的最大程度的利用，降低了能耗、减轻了对空气的污染、提升了钢坯的加热质量。

参考文献：

[1]邱育德.高炉煤气在热处理炉上的设计和应用[J].黑龙江冶金,2015,35(04):35-36.

[2]王世麟,李德贵.蓄热式加热炉运行存在问题及解决措施[J].山东工业技术,2015(14):232-233.