炼铁清洁生产技术

炼铁清洁生产技术综述2008-09-1622:23:16(已经被浏览93次)高炉炉顶余压发电（TRT装置）提高高炉生产率的途径之一是单位时间内向高炉鼓入更多的空气和氧气。但增加鼓风要引起高炉内煤气上升浮力的增加，这种浮力妨碍了炉料的正常均匀下降，限制了生产率的提高。若把炉顶压力提高，高炉工作空间的压力也相应提高，使煤气的体积缩小、流速降低，压头损失也随之降低，从而促进高炉顺行，可以减少悬料、崩料，以及提高产量，减少单位生铁的热量损失和焦炭消耗。同时，由于顶压的提高，使炉料和煤气之间的物理化学过程加快，加速2CO=CO2+C反应向体积缩小方向进行，有利于煤气的化学能得到充分利用。这就是所谓的高压操作，炉内压力是靠煤气系统的压力调节阀组来控制的。由此得到的煤气压力能如不加以利用，还会产生了大气污染和噪声公害。为了不浪费炉顶煤气的压力能和热能，从20世纪60年代开始开发了利用炉顶煤气能量的发电技术，现已广泛应用于高压高炉上。所谓TRT就是炉顶余压发电透平机的简称。TRT煤气入口从文氏管后的煤气管接出，TRT的煤气出口与调压阀组后的净煤气主管相接，所以TRT是与调压阀组并联在净煤气管道上的。高压煤气在透平机内膨胀做功，推动透平机叶轮转动，带动发电机发电。透平机有轴流向心式、轴流冲动式和轴流反动式3种，其中轴流反动式的质量小、效率高。在回收余压能量方式上有部分回收、全部回收和平均回收3种，平均回收的发电能力高，设备投资低，投资回收期短，而且还能保证高炉炉顶压力稳定,我国宝钢的TRT就采用平均回收方式。根据炉顶压力不同，每吨生铁可发电20～40kWh。如果是干法除尘，进入透平的煤气温度高，透平的效率提高（煤气温度每提高10℃，透平机出力可提高3%左右），发电量可增加30%左右。高炉煤气资源化利用炼铁高炉所产生的高炉煤气是一种低热值的有毒可燃气体，其热值一般在3125～3542KJ/Nm3，通常条件下，除高炉热风炉自身使用外，还有大量富余，如不能回收利用则只能放空排放，造成能源浪费和环境污染。为了充分利用富余的高炉煤气，一般情况是在燃煤动力锅炉中掺烧一部分或供小型混合煤气锅炉混烧，回收量都不是很大。近几年来，高温蓄热式燃烧技术，在冶金行业轧钢加热炉得到广泛应用。该技术具有两个显著的特点，一是采用高效蓄热式烟气余热回收装置，使空气和高炉煤气预热到1000℃左右，排烟温度降为150℃，最大限度地回收高温烟气余热，实现余热的极限回收，余热回收效率可达70%左右，从而提高加热炉效率，降低燃料消耗，大幅度提高了加热炉的小时加热能力；二是控制燃烧区氧的浓度＜15%，达到燃烧过程NOx的低排放。该技术的推广应用能大幅度节能、减污、降低生产成本，优化能源结构，为钢铁企业创造出了一条清洁、高效回收利用高炉煤气的新途径。此外，采用全烧高炉煤气的燃气—蒸汽联合循环发电，是目前国际上公认的最有价值的二次能源利用技术（CCPP）。CCPP一般由高炉煤气供给系统、燃气轮机系统、余热锅炉系统、蒸汽轮机系统和发电机组系统组成，其工艺流程为：高炉煤气经除尘加压后进入燃气轮机燃烧器燃烧，而后进入燃气轮机启动涡轮机做功从而带动发电机发电。做完功后的烟气（温度约540℃，压力约5000～6000Pa），进入余热锅炉生产中压或次高压蒸汽(通常参数为3.82～5.9Mpa，450～550℃)，并使蒸汽在汽轮机中继续作功发电，其抽汽或背压排汽用于供热和制冷。CCPP排烟中的CO2排放比常规火力电厂减少45～50%，没有飞灰和灰渣排放，SO2、NOx排放都很低。总之，高炉煤气的燃气—蒸汽联合循环发电技术在高效、节能、环保方面均具有较大的优势，而且从发展眼光看，其具有广阔的发展前景。提高风温--炼铁清洁生产技术提高送入高炉的热风温度，是提高喷煤量、降低焦比、提高产量的有效措施之一，风温每提高100℃，可提高高炉风口区理论燃烧温度60～80℃，可降低高炉燃料比20～30kg/t-p；生铁增产约2%。近来，各国高温综合鼓风机技术发展较快，很多国家的平均风温已达到1300～1400℃，提高风温的关键是改进热风炉的结构、耐火材料的材质和改进操作方法。现代高炉采用蓄热式热风炉，其工作原理是：先用高炉煤气燃烧，加热格子砖，再使空气通过炽热的格子砖而被加热后，连续不断的高温空气被送入高炉。按照燃烧和蓄热室的布置形式不同，热风炉分成内燃式、外燃式和顶燃式。㈠内燃式热风炉内燃式热风炉的投资较低，在过去一段较长的时间里，曾得到广泛采用。在现有的高炉热风炉中仍占多数。但这种热风炉由于燃烧室与蓄热室同在一个壳体之内，燃烧室居壳体的一侧，与蓄热室用砖墙隔开。这种结构存在的主要问题是，隔墙两侧的温差和压差较大，尤其是下部；拱顶坐在壳体四周大墙上，因温度分布不均大墙产生不均匀涨落，会使大墙和拱顶产生裂缝、损坏和砌体倒塌等。改良后的内燃式热风炉是将大墙和隔墙之间设立滑动缝和膨胀缝，使耐火砖可上下左右自由移动，隔墙中间加隔热层，隔墙内蓄热室一侧安放耐热钢板，以降低两侧的温差，采用陶瓷燃烧器，拱顶高温区采用硅砖。改良的内燃式热风炉占地少、投资低，仍能提供1200℃风温。㈡外燃式热风炉外燃式热风炉是将燃烧室放在炉壳之外，由于燃料室和蓄热室分别独立存在，两个室的顶部以一定的方式连接起来，为此带来了以下优点：1、根本上消除了内燃式热风炉由于燃烧室隔墙两侧温差而造成的砌体裂缝和倒塌。燃烧室和蓄热室的砌墙受热均匀，结构的整体强度和稳定性较好。外燃式热风炉可稳定地提供1250℃以上的高风温，使用寿命较高。2、气流在蓄热室格子砖内分布均匀，提高了格子砖的有效利用率和热效率。所以，现在2000m3以上容积的高炉广泛采用外燃式热风炉。但它的结构复杂、占地大、投资高（比内燃式高15%～35%）。㈢顶燃式热风炉在不断改进热风炉结构的过程中，还发展了顶燃式热风炉，又称为无燃烧室热风炉。它消除了内燃式有隔墙的缺点，在相同容量下，蓄热室面积增加25%～30%；顶部燃烧器是许多小而独立的陶瓷燃烧口，使煤气和空气的混合过程加快，燃烧过程较为迅速和安全，有利于提高拱顶温度；结构简单，强度好，砖型少砌筑容易；占地面积少，与外燃式相比节省20%的钢材和耐火材料。但需要有良好性能的短焰燃烧器，拱顶要使用耐急冷、急热的耐材，设置在炉顶的热风管道要有支架、膨胀圈等。㈣球式热风炉球式热风炉是顶燃式热风炉的一种，蓄热室内不用格子砖，而用耐火球。其特点是：球床内众多的耐火球将气流分割成许多狭小、曲折的气流通道，形成强烈的紊流，极大地提高了传热系数。但由于球的气孔是随生产时间而逐渐变小，这样造成风的阻力逐渐加大，且因球床小，蓄热不足，会产生送风期降风温大，送风时间短，故球式热风炉只用在400立米以下的中小高炉。如前所述，提高热风炉风温是一个综合的系统工程，除根据生产实际情况采用不同结构的热风炉外，合理选用耐火材料和完善热风炉的操作制度也十分重要。现分述如下：1、合理选用耐火材料为使热风炉实现高风温的目的，必须根据设计热风温度和热风炉大小，合理选择砌筑热风炉的耐火材料。热风炉上部高温区，长期处在1300～1500℃高温下，应选用具有良好抗蠕变性、高温体积稳定性、荷重软化点接近耐火度（1690℃）、高温热膨胀系数小、抗剥落性好的硅砖。在温度变化剧烈的陶瓷燃烧器上部和混合室与热风管连接处，选用抗热震性能优良的高铝堇青石砖。根据热风炉中、高温区的不同部位采用不同的隔热砖和隔热措施，减小炉壳表面热损失，提高系统的热效率，以获得更高的热风温度。热风炉拱顶和连络管、热风炉出口及连络管、热风主管、热风围管、陶瓷燃烧器煤气入口、助燃空气入口、烟气出口、冷风入口等采用带锁键的组合砖，以提高砌体的稳定性和整体性等，为提高系统风温提供了基本的保障。2、完善热风炉的操作制度合理的操作制度能够提高风温。为适应高风温的要求，热风炉普遍采用蓄热面积大、蓄热量小的七孔格子砖，其特点是格砖易被加热和冷却。在送风过程中，热风温度下降很快，因此，应当缩短送风时间，减小风温降落，达到提高风温的目的。通常1座高炉配置3座或4座热风炉。在1座高炉配置3座热风炉时，可采用单独送风或半并联操作。而配置4座热风炉时，可采用单独送风、半并联送风或交错并联操作。理论分析和生产实践证明，采用交错并联送风能够在热风炉拱顶温度不变的条件下提高风温。较理想的操作制度是在适当缩短送风周期时间的前提下采用交错并联送风。提高喷煤比--炼铁清洁生产技术高炉喷煤是高炉炼铁系统优化的中心环节，也是降低能耗和生铁成本的有效手段，改进煤粉燃烧效率和提高喷吹煤粉置换比可以缓解焦炭短缺和炼铁生产带来的环境污染。其次，喷吹煤粉的工序能耗一般在20kgce/t水平，远低于焦炭生产的平均工序能耗148kgce/t，这样喷吹100kg煤粉可节约吨铁能耗22.7kgce/t铁左右。根据宝钢和国外大喷煤的成功经验，提高喷煤比的有效措施是：1、精料。要将煤粉喷吹量达到150～200kg/t，应将渣量降至300～250kg/t，同时提高焦炭强度M40到85%以上。2、高风温。宜将风温提高到1150℃以上，要将煤粉喷吹到150kg/t以上，最好风温达到1200℃以上，每100℃风温可节焦15kg/t，可多喷吹煤粉20～30kg/t。3、富氧。富氧是喷煤150kg/t以上必须采取的措施，富氧1%可增产3%～4%，可多喷吹煤粉12～20kg/t，因此应充分利用好炼钢余氧，有条件应该为高炉建造专用制氧机。目前的富氧方法有直接在高炉鼓风中富氧，也有采用氧煤喷枪。已有一批高炉吨铁喷煤量达到200kg以上，部分高炉吨铁喷煤量将达到250～300kg，吨铁焦比降至300kg以下。我国是最早实现喷煤的国家之一，20世纪80年代前，我国在喷煤的高炉座数和喷煤比上都处于世界领先地位。从1998年开始宝钢高炉的喷煤量突破了吨铁200kg的水平，而且实现了长期稳吹，1号高炉的最高月平均煤比曾达到吨铁260kg。4、低鼓风湿度。应采取必要的措施，例如鼓风脱湿，脱湿10g/m3,可望提高煤比9～15kg/t；采取脱湿技术后，可将鼓风湿度降低至当地冬季大气水平，使风机工作条件变成“四季如冬”。因此，脱湿不仅可多喷吹煤粉，而且可以提高风机在夏季的出力，满足高炉强化的需要。风中湿度减少1g/m3相当于提高9℃风温。5、煤粉混合喷吹。选择合适煤种，将烟煤和无烟煤混合喷吹，挥发分控制在20%～25%，降低灰分，改善燃烧性能，提高置换比。高炉长寿技术--炼铁清洁生产技术近年来高炉生产在大型化、精料、高风温、高顶压、富氧、喷煤、节能、炉料分布控制技术以及高炉自动化水平方面都取得了显著的进步，高炉由以往的扩充炉容、更新设备、追求高产转为以低耗、稳产、优质、长寿作为目标。宝钢、武钢、梅钢、攀钢、首钢等厂，已有一批高炉在持续高产的条件下，不中修炉役寿命达到10年以上，有的已超过13年，可望达到15年以上。目前新建1000m3以上高炉将采用更先进的技术，一代炉龄无中修设计寿命目标为12～20年。高炉长寿是高炉竞争力的重要体现，高炉长寿技术是一项系统工程，它涉及到设计、选材、建造、生产、维护等诸多方面。现分述如下：1、冷却水质量。软水或纯水闭路循环冷却技术，已大面积推广。它不仅避免了冷却器结垢，能长期保持冷却效率，而且节水效果显著。这项技术已与国际“接轨”。2、冷却设备结构、冷却方式。即采用强化型冷却壁和纯铜板，它们已占据冷却设备的主要地位。由于铜冷却壁的热膨胀系数低，在使用过程中，冷却效果好，容易生成保护层，因而寿命长，已达到国际先进水平。3、耐火材料。高温热风炉用的硅砖、低温蠕变砖、高炉炉缸用的刚玉莫来石砖、复合棕刚玉砖、赛龙（Sialon）结合的刚玉砖、微孔刚玉砖、高导热微孔碳砖、炉身用的Si3N4结合的SiC砖、铝碳砖和陶瓷杯等，均已达到或接近国际先进水平。4、避免高炉炉缸烧穿是高炉长寿的重要环节，关键应保持炉缸底正常侵蚀形状，防止蘑菇状的形成，通过采用热压微孔砖和陶瓷杯等技术可基本解决这个问题。另外，宝钢高炉生产实践证明：高炉强化冶炼后炉身长寿维护关键是煤气流的控制，通过炉缸活性指数计算结合风口取样