高效低排放高温低氧热风炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金行业热风炉技术领域，特别是提供了一种高效低排放高温低氧热风炉，适用于炼铁工艺中高炉炼铁和熔融还原炼铁用到的热风炉。还可用于其它需要将气态介质加热到1000°c以上的工业技术领域中。
【背景技术】
[0002]在高炉炼铁中用热风炉加热鼓风已有近二百年历史，加热后风温最初只有149°C。随着技术的不断进步，目前风温最高已达1350°C。风温提高，可大幅降低焦比，节约焦炭，提高高炉产量，还可充分利用低热值的高炉煤气，提高热效率，减少煤气放散，节约能源，保护环境。
[0003]随着热风温度的不断提高，一些问题也逐渐暴露出来，较为典型的就是热风炉高温区的晶界应力腐蚀问题，它已经成为高温热风炉提高风温和长寿的制约环节。
[0004]高温条件下，队和0 2分解成单体的N和0，N和0又生成氮氧化合物(NOx)，当拱顶的最高温度超过1400°C时，生成的氮氧化合物迅速增加，并溶于炉壳上的冷凝水形成腐蚀性酸液。腐蚀液从炉壳存在应力的地方沿着晶格深部侵入，使炉壳金属表面产生裂纹并扩展而至破裂及损坏。同时，由于热风炉操作会产生缓慢的脉冲拉应力和疲劳应力，使拉应力有超过屈服极限的可能，从而促进炉壳腐蚀破裂的进程。可见，高温条件下，大量氮氧化物的生成是晶界应力腐蚀的根源。
[0005]大气中的NOx对人体健康及环境有极大的危害。勵2会影响呼吸系统，引发支气管炎和肺气肿等疾病；N0易造成血液缺氧而引发中枢神经麻痹。由NOx等污染物引发的光化学烟雾对人体有很大的刺激性和毒害作用，使人头晕胸闷，恶心呕吐，手足抽搐甚至昏迷死亡。NOx与空气中的水蒸气相遇后，会以酸雨的形式降至地面，腐蚀建筑物和工业设备，破坏文物古迹，破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡，这些都会造成巨大的经济损失。因此，世界各国对NOx的排放均有严格限制。
[0006]燃烧过程产生的NOx包括勵、勵2和N 20，其中N0占90%以上。NOx的生成机理有三种，分别是热力型、燃料型及快速型。具体的生成机理与燃料的种类有关。固体燃料燃烧时NOx的生成量取决于燃料型机理，而气体燃料和低含氮量的液体燃料燃烧时，NOx的生成量取决于热力型机理。热风炉的燃料是煤气，因此抑制热力型NOx的生成是减少燃烧烟气中NOx排放量的主要途径。
[0007]高温低氧燃烧技术是90年代在日本、美国和欧洲发展起来的一种新型燃烧技术。这种技术的特点是助燃空气预热温度高，含氧量低，在此工况下与燃料进行燃烧，燃烧方式是扩散燃烧，没有传统燃烧过程中的局部高温区，NOx生成受到抑制。高温贫氧条件下燃烧产生的火焰体积成倍增加，整个燃烧空间内形成温度相对均匀的高强辐射黑体，热效率提尚ο
[0008]上世纪九十年代，我国开始将高温低氧燃烧技术应用于乳钢加热炉上，后来又陆续应用于钢包烘烤，均热炉及其他热处理炉。经过十几年的发展，该技术在加热炉等领域已发展的较为成熟，为企业带来了巨大的经济效益和社会效益。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种高效低排放高温低氧热风炉，实现了高风温、高效、低耗、低NOx排放、长寿。该热风炉通过提高助燃空气预热温度，降低助燃空气氧含量，可在单烧低热值煤气(如高炉煤气)的情况下，有效提高理论燃烧温度，同时控制氮氧化物的生成。这样，既充分利用了低品质煤气，又可为高炉稳定提供1250°C以上的风温，同时有效控制了氮氧化物的生成，真正实现高风温、高效、低耗、低NOx排放、长寿的目标。
[0010]随着冶金技术的不断发展，日趋成熟的熔融还原技术在不久的将来将全面改革常规的以高炉为基础的钢铁生产流程。本发明作为一种提供热风的热风炉装置，适应性强，完全可以用于熔融还原炼铁工艺，为其提供1000°c以上的热风。
[0011]传统的高炉炼铁工艺中，高炉工况条件差别巨大，包括高炉容积、冶炼强度、热风炉形式、热风炉工作制度、煤气条件等。本发明环保型高温低氧热风炉适应性强，热风炉形式可以是顶燃式、内燃式及外燃式等目前所有形式的热风炉。针对不同的高炉生产要求和工作条件，灵活调节热风温度，同时控制氮氧化物的生成量，满足高炉生产要求的同时，实现高效、环保、长寿的目标。
[0012]本发明热风炉包括热风炉1、切断阀2、调节阀3、热风炉用煤气管道4、热风炉用助燃空气管道5、高温混气烟道6、低温烟道7、低温预热系统8、来自管网的煤气总管9，助燃空气总管10，热风炉用助燃风机11，换热后烟道12，助燃空气低温预热管道17。
[0013]热风炉用助燃空气管道5位于热风炉1和助燃空气低温预热管道17之间，将热风炉1和助燃空气低温预热管道1)连接起来，用于输送热风炉用助燃空气。助燃空气低温预热管道17位于热风炉用助燃空气管道5和低温预热系统8之间，将热风炉用助燃空气管道5和低温预热系统8连接起来，用于输送低温预热后的助燃空气。热风炉用煤气管道4位于热风炉1和低温预热系统8之间，将热风炉1和低温预热系统8连接起来，用于输送预热后的热风炉用煤气。低温烟道7位于热风炉1和低温预热系统8之间，将热风炉1排出的烟气送至低温预热系统(8)，换热后排出。高温混气烟道6位于热风炉1和热风炉用助燃空气管道5之间，高温混气烟道6从热风炉1的燃烧室或蓄热室上部引出，将高温烟气从热风炉1输送至热风炉用助燃空气管道5。高温烟气与预热后的助燃空气混合，使助燃空气的温度大于等于80(TC，氧气体积含量小于等于18%。
[0014]热风炉用助燃空气由热风炉用助燃风机提供，经低温预热系统预热后，与烟气混合为温度大于等于800°C，氧气体积含量小于等于18 %的高温低氧助燃空气，经热风炉用助燃空气管道、调节阀、切断阀进入热风炉与低热值煤气发生反应，表现为高温低氧燃烧，为蓄热室提供热量。
[0015]来自煤气管网的低热值煤气经煤气总管进入低温预热系统，预热至200°C左右，经热风炉用煤气管道，调节阀，切断阀，进入热风炉进行燃烧。
[0016]热风炉燃烧产生的高温烟气一部分从高温混气烟道排走，剩余烟气经蓄热室换热后，从低温烟道排出。由于热风炉是周期性工作，因此烟气在一定的温度范围内波动，平均温度约为300°C。热风炉与低温预热系统之间通过低温烟道连接，热风炉烟气经切断阀进入低温烟道，经低温预热系统换热后排走或供其他用户使用。
[0017]热风炉是本发明专利中低热值煤气和高温低氧助燃空气的最终用户。热风炉的形式可以是顶燃式、内燃式、外燃式等，也可以是球式热风炉。热风炉内的燃烧器可以是预混型燃烧器或扩散型燃烧器。低热值煤气与高温低氧助燃空气在热风炉内发生高温低氧燃烧反应，整个热风炉燃烧室内温度均匀，相应的生成均匀的高温烟气流场。由于消除了局部高温区，因此可有效抑制氮氧化物的生成量，既稳定提供高温热风，又控制了氮氧化物等污染物的产生。
[0018]增加高温烟道(13)，高温预热系统(14)，高温预热后烟道(15)，助燃空气旁通管道(16)，助燃空气低温预热管道(17)，助燃空气高温预热管道(18)，
[0019]需要加大助燃空气预热温度和氧气含量的调节范围，或者使二者可以独立调节时，可以在上述组成的基础上增加高温预热系统14、高温烟道13、高温预热后烟道15、助燃空气旁通管道16、助燃空气低温预热管道17、助燃空气高温预热管道18。对热风炉用助燃空气进行高温预热，在更精确的、行对独立的范围内对助燃空气的预热温度和氧含量进行控制。助燃空气低温预热管道17位于高温预热系统和低温预热系统之间，将高温预热系统和低温预热系统连接起来，用于输送低温预热后的助燃空气。助燃空气高温预热管道位于高温预热系统和热风炉用助燃空气管道之间，将高温预热系统和热风炉用助燃空气管道连接起来，用于输送高温预热后的助燃空气。助燃空气旁通管道分别与助燃空气低温预热管道和助燃空气高温预热管道连接，将助燃空气低温预热管道和助燃空气高温预热管道连接起来，高温预热系统检修时，助燃空气旁通管用于输送助燃空气进入热风炉。高温烟道位于热风炉和高温预热系统之间，将热风炉和高温预热系统连接起来，用于输送高温烟气。高温预热后烟道位于高温预热系统和低温烟道之间，将高温预热系统和低温烟道连接起来，用于将高温预热后的烟气输送进低温烟道，与热风炉出来的低温烟气混合后进入低温预热系统。高温混气烟道位于高温烟道和助燃空气高温预热管道之间，将高温烟道和助燃空气高温预热管道连接起来，用于将一部分高温烟气送入助燃空气内，与助燃空气混合后，经热风炉用助燃空气管道进入热风炉。