記者 王慶
4月12日，中國金屬學(xué)會官網(wǎng)科技新進(jìn)展欄目刊發(fā)了首鋼集團(tuán)有限公司撰寫的《高效低碳高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新》一文，詳細(xì)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)會組織召開的由鄭州安耐克實(shí)業(yè)有限公司、首鋼集團(tuán)有限公司等單位合作完成的“高效低碳高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新”科技成果評價會。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)院院長張建良等組成的評價委員會一致認(rèn)為，該項(xiàng)成果達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
短短8個多月的時間，該項(xiàng)科技成果又取得了新的業(yè)績，作為鋼鐵行業(yè)權(quán)威學(xué)術(shù)組織的中國金屬學(xué)會，在其官網(wǎng)上刊發(fā)首鋼集團(tuán)有限公司的長篇文章，向鋼鐵行業(yè)介紹這項(xiàng)具有國際領(lǐng)先水平的科技成果。
對此，作為持續(xù)關(guān)注該項(xiàng)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(dǎo)進(jìn)行了溝通，對該項(xiàng)科技成果研發(fā)應(yīng)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(jù)介紹，該項(xiàng)目研究主要聚焦目前我國熱風(fēng)爐高風(fēng)溫技術(shù)發(fā)展過程中存在的以下六大關(guān)鍵難題：
一是我國高爐風(fēng)溫長期停滯在1100℃～1150℃，與國外先進(jìn)水平相差約100℃。
二是熱風(fēng)爐燃燒過程因燃燒效率低、能量轉(zhuǎn)化效率低，致使燃耗高，造成能源浪費(fèi)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(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格。熱風(fēng)爐煙氣中污染物排放標(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜操作條件，導(dǎo)致熱風(fēng)爐高溫區(qū)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(xiàn)異常破損、安全隱患和運(yùn)行故障，制約提高風(fēng)溫、熱風(fēng)爐壽命和安全運(yùn)行。
五是頂燃式熱風(fēng)爐在燃燒動力學(xué)領(lǐng)域缺乏深入理論研究，對熱風(fēng)爐燃燒-傳熱過程機(jī)理研究不足，能量高效轉(zhuǎn)換、燃燒與傳熱、氣體運(yùn)動規(guī)律尚未全面掌握；同時，熱風(fēng)爐智能化精準(zhǔn)操控缺乏理論和實(shí)踐深入系統(tǒng)研究。
六是熱風(fēng)爐設(shè)計技術(shù)體系、冷-熱態(tài)實(shí)驗(yàn)和測試方法、熱風(fēng)管道系統(tǒng)、高效蓄熱室、長壽耐火材料、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(yīng)用。
助力熱風(fēng)爐低碳綠色、高效長壽
該項(xiàng)目研究以高爐熱風(fēng)爐低碳綠色、高效長壽為目標(biāo)，特別是圍繞“雙碳”發(fā)展和超低排放對高爐及熱風(fēng)爐節(jié)能減排、減污降碳的新要求、新標(biāo)準(zhǔn)，組建的聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了長達(dá)10 余年的系統(tǒng)深入研究。該項(xiàng)目研究主要包括七大內(nèi)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(tǒng)安全長壽技術(shù)研究；五是內(nèi)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(yīng)用研究；六是基于熱風(fēng)爐耗散結(jié)構(gòu)優(yōu)化的動態(tài)精準(zhǔn)控制模型開發(fā)；七是熱風(fēng)爐高效清潔與超低排放研究。
該項(xiàng)目研究總體技術(shù)思路是通過理論研究及數(shù)字化仿真研究、工程設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)研究開發(fā)、工程集成應(yīng)用研究多層次、多維度進(jìn)行系統(tǒng)全面的研究攻關(guān)。
該項(xiàng)目主要取得五個方面的創(chuàng)新性成果：
一是研究開發(fā)并應(yīng)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(shè)計、制造、選用和配置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。
四是研發(fā)了低應(yīng)力-無過熱熱風(fēng)爐爐體及管道長壽技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了低應(yīng)力熱風(fēng)爐爐體及熱風(fēng)管道體系。
五是開發(fā)了熱風(fēng)爐燃燒動態(tài)精準(zhǔn)控制模型和智能化信息物理系統(tǒng)，開發(fā)了熱風(fēng)爐爐體及管道系統(tǒng)全天候智能化監(jiān)測系統(tǒng)。
經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益顯著
近年來，該項(xiàng)目研究成果及相關(guān)技術(shù)，在項(xiàng)目完成單位9座高爐22座熱風(fēng)爐上應(yīng)用。
以首鋼京唐為例，京唐3號高爐熱風(fēng)爐集成應(yīng)用了該項(xiàng)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(fù)合鋼板爐殼、熱風(fēng)管道安全長壽等技術(shù)，于2019 年4月投產(chǎn)至今應(yīng)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，經(jīng)歷了多種復(fù)雜工況，燃燒量在設(shè)計范圍的30%～120%的工況條件下，運(yùn)行穩(wěn)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(dá)到1250℃，高爐生產(chǎn)高效低碳，達(dá)到并超越設(shè)計指標(biāo)。京唐1號、2號高爐，分別于2009年5月和2010年6月投產(chǎn)，為了滿足環(huán)保和長壽要求，對熱風(fēng)爐進(jìn)行了全面技術(shù)升級改造。采用該項(xiàng)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(xiàn)超低排放。結(jié)合熱風(fēng)爐爐殼開裂機(jī)理研究成果，熱風(fēng)爐爐殼采用了復(fù)合鋼板及應(yīng)力消除技術(shù)，提高了熱風(fēng)爐爐殼安全性，現(xiàn)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(yīng)用智能化控制模型，實(shí)現(xiàn)了熱風(fēng)爐動態(tài)精準(zhǔn)控制。在其他新建和改造項(xiàng)目中，頂燃式熱風(fēng)爐應(yīng)用后，風(fēng)溫和能效均顯著提升，煙氣中污染物排放大幅度降低，減污降碳效果突出。
同時，該研究成果已推廣應(yīng)用于國內(nèi)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、印度等國專利授權(quán)；2021年，與俄羅斯MMK 鋼鐵集團(tuán)簽訂7 號1280m3高爐內(nèi)燃熱風(fēng)爐升級改造頂燃熱風(fēng)爐EP 項(xiàng)目、印度JSW 的5872m3高爐新建頂燃熱風(fēng)爐EP 項(xiàng)目；突破國外技術(shù)壁壘，技術(shù)應(yīng)用到國外，引領(lǐng)國際高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐技術(shù)發(fā)展。
該項(xiàng)目在首鋼京唐、遷鋼、中天鋼鐵和俄羅斯MMK 鋼鐵等國內(nèi)外高爐熱風(fēng)爐上應(yīng)用，近3年累計經(jīng)濟(jì)效益達(dá)21億元，經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益顯著，推廣應(yīng)用前景廣闊。
