热风炉烟气余热回收器的相关工艺优化方案探析

摘要

本文从技术角度探析热风炉烟气余热回收器的工艺优化方案，通过将热风炉原有管束换热器改造为新型板式换热器提高换热效率，同时结合余热烟气发生特点、烟气平衡分析，利用检修机会在热风炉与水渣细磨系统之间增加连接管道并布置增压风机进行工艺优化，将富余的高炉热风炉烟气采用风机抽吸方式，送至水渣细磨系统磨机前混风系统替代煤气热风炉制备热烟气减少煤气消耗，达到节能降耗目的。 

关键词  热风炉  烟气  余热  换热器  煤气  能耗

1、前言

在高炉炼铁工序中，热风炉是一个耗能较多的环节，尤其在高风温情况下，大量燃烧废气(通常烟道总管中的温度在220℃～290℃)带走了可观的显热。为此，利用废气余热对煤气和助燃空气预热，减少煤气（量）消耗量，特别是减少高热值焦炉煤气消耗量，越来越受到人们的重视。烟气余热回收器一般均采用换热器回收方式，热风炉烟气的余热用以预热助燃空气和煤气，该技术在国内外先进钢铁企业已作为成熟工艺得到普及。目前，国内外已在高炉热风炉上应用的烟气余热回收的换热器主要有管热式、热媒式和金属板式等几种形式。

一期两座5500m3高炉，每座高炉配置4座热风炉、2座预热炉以及水渣细磨系统的2台磨机。热风炉采取两烧两送方式运行，烟气余热回收器采用的是分离热管式换热器。热风炉产生的废烟气量一部分供喷煤制粉系统干燥，剩余的部分都通过烟囱外排。热风炉外排的烟气温度虽只有200℃～300℃,但烟气量大,带走的热量仍相当多.
自高炉投产以来，烟气余热回收器对高风温冶炼、降低能耗有着显著的效果。但是随着高炉煤气中酸性物质含量如氯元素等增加，出现上升管密封盒内波纹补偿器开裂、底板腐蚀严重、换热管翅片脱落等问题。

虽经几次修复，但换热效果大打折扣，高炉煤气温度无法达到设计的200℃使用要求，目前，高炉热风炉的煤气温度在80℃～100℃。同时由于管束热交换器的换热效率下降，外排烟气温度高且不能充分利用，造成能耗升高和浪费。

为此，课题组经过研究制定工艺优化方案，计划通过利用热风炉检修机会改造现有管束换热器，提高热风炉烟气余热系统效率。同时研究将外排的热风炉烟气采用风机抽吸方式送至水渣细磨系统磨机前的混风系统，减少水渣细磨系统煤气热风炉制备热烟气煤气消耗的工艺优化方案，达到节能降耗目的。

2、工艺优化与应用

2.1  余热平衡分析

2.1.1  热风炉烟气余热

根据单座高炉的热风炉产生烟气量和热焓量计算，数据如下表1所示。
经过分析，在现有热风炉正常工作期间，单座高炉热风炉产生烟气量为41万Nm3/h，其中外排烟气量约25万Nm3/h，温度在200℃左右。

2.1.2  水渣细磨使用烟气

一期高炉共配置了4台磨机对水渣进行细磨加工，每2台磨机对应1座高炉。其中，水渣细磨后采用煤气热风炉制备180℃-200℃热烟气进行干燥，具体见表2所示。
2.1.3  热风炉烟气变化规律

高炉热风炉在正常工作期间使用煤气量变化情况见图2所示。
从上图可以看出，高炉热风炉使用的煤气量周期性波动的规律非常明显。结合单座高炉对应的热风炉和水渣细磨系统对煤气使用量进行计算分析，数据如表3所示。
经过分析，当热风炉处于正常两烧状态时，烟气生成量达到峰值，可供水渣细磨系统的废烟气量为45万Nm³/h，能同时满足高炉制粉系统和水渣细磨系统生产需求；当热风炉处于换炉状态时，烟气生成量达到谷值，可提供的废烟气量为11万Nm³/h，需水渣细磨系统热风炉补充烟气量20.8万Nm³/h。

2.2  工艺优化方案

课题组结合烟气平衡分析，提出通过采用风机抽吸高炉热风炉烟气，送至水渣细磨系统磨机前混风系统替代其煤气热风炉制备热烟气减少其煤气消耗的工艺改造方案，预计可实现热风炉和水渣细磨系统资源综合利用，达到节能降耗目的。

根据数据分析，利用热风炉外排废烟气量可为水渣细磨系统预计节约高炉煤气1.5万 Nm3/h。

2.2.1  换热器改造方案

课题组通过市场调研，认为新型板式换热器是近年来开发的一种较为先进的高效节能型换热器。板式预热器具有传热效率高、压降低、耐高温（烟气可长期500 ℃）、结构紧凑、耐腐蚀、寿命长，不易积灰、易清洗、免维护等优点。通过设备改造，将原有管束换热器替换为新型板式换热器，改成板式预热后，煤气、助燃空气均可预热到200 ℃以上，提高了换热效果。

为此，课题组结合现有工艺特点制定改造方案，即拆除现有换热器的部分设施，将新型板式换热器布置在钢承台上，同时充分利用现有管道上的阀门、波纹补偿器，对换热器箱体及换热片采取防腐和保温措施，对烟气管道内的喷涂料进行局部修复和补充，外部管道配合换热器进行相应改造，达到更换新型板式换热器的目的。

2.2.2  烟气系统优化方案

课题组研究烟气系统管道改造工艺，制定可行性方案，需要结合高炉年修期间，在单座高炉热风炉烟囱与喷煤制粉干燥风机接口之间直接连接管道，并布置增压风机，将高炉热风炉废烟气送入水渣细磨系统混风装置内，作为磨机干燥物料使用。同时将原热烟气发生炉作为烟气量波动期间的调节手段。设定的优化后的工艺流程如图3所示。
2.2.3  操作参数优化

由于热风炉废烟气量存在明显周期性波动，方案中考虑在热风炉换炉和正常两烧不同状态下，为减小喷煤制粉系统残氧超标和压力波动，在烟囱与送往高炉制粉系统的风机之间、水渣细磨系统风机后设置微差压监测装置，风机入口设置残氧量监测，确保送往高炉喷煤制粉系统的热烟气残氧量不超标，同时稳定工作压力。

按照高炉热风炉烟气量以一个小时为波动周期规律分析，对热风炉和水渣细磨的控制系统进行功能分块设计，如图4所示。
为稳定水渣细磨系统磨机入口烟气温度，课题组结合工艺生产特点，在控制系统中设置智能调整功能方案，即当水渣细磨系统磨机出口温度低时，加大水渣细磨系统热风炉烟气生产量，减少兑入烟气量；当水渣细磨系统磨机出口温度升高时，控制水渣细磨系统热风炉烟气生产量，增加兑入烟气量。
3、结语

（1）课题组通过方案测算，预计利用检修将热风炉管束换热器更换为板式换热器后，热风炉废烟气出口温度可稳定在200℃，比原有80℃提高约120℃，能有效提高换热效率。

（2）通过制定的工艺系统优化方案，采取提高自动控制系统功能，充分利用了热风炉外排烟气余热，预计可为水渣细磨系统节约高炉煤气量1.5万 Nm3/h，降低吨铁能耗1.9kgce。

以上就是关于热风炉烟气余热回收器的工艺优化方案的探析，如果您还有什么有关烟气余热回收器的相关问题，欢迎资询北京众城永源。