科技創(chuàng)新

高效低碳熱風爐綠色智慧安耐克

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科技成果評價

一、“高效低碳高風溫熱風爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新”科技成果

2023年8月4日，中國金屬學會在北京組織召開了由鄭州安耐克實業(yè)有限公司、首鋼集團有限公司等單位合作完成的“高效低碳高風溫熱風爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新”科技成果評價會。評價委員會聽取了項目完成單位所作的研究報告、應用報告、效益報告和科技查新報告，并審查了全部文件資料，經(jīng)質(zhì)詢、討論，形成評價意見如下：

一、提供的資料齊全、數(shù)據(jù)翔實，符合評價要求。
二、在綠色低碳發(fā)展背景下，該項目圍繞高爐熱風爐高效燃燒、超低排放、安全穩(wěn)定運行等共性技術(shù)難題，研發(fā)出高效低碳、綠色清潔、高溫長壽新型頂燃式熱風爐及關(guān)鍵技術(shù)。主要創(chuàng)新點如下:

1.研發(fā)應用了高效低碳高風溫頂燃式熱風爐及其關(guān)鍵技術(shù)。提出了基于耗散結(jié)構(gòu)優(yōu)化的新一代頂燃式熱風爐高效清潔燃燒理論，發(fā)明了頂燃式熱風爐三維渦旋擴散燃燒技術(shù)和超大功率高效旋流擴散燃燒器，單體燃燒功率達到 180MW。集成創(chuàng)新了高效低低碳清潔燃燒與能源高效轉(zhuǎn)換合關(guān)鍵技術(shù)，CO燃燒耗散率低于20ppm，系統(tǒng)熱效率達到85%以上。

2.創(chuàng)新開發(fā)出頂燃式熱風爐高效、低碳、清潔的燃燒技術(shù)。運用多場耦合數(shù)值仿真模擬、物理模型實驗研究、熱態(tài)半工業(yè)化試驗研究、熱風爐實際運行測試研究等多種研究模式，研究解析了三維渦旋擴散燃燒型高效燃燒器的氣體擴散、混合、傳質(zhì)和燃燒過程，發(fā)明了基于旋流高效燃燒、強化擴散混合、低氮氧化物和低空氣過剩系數(shù)的超大功率燃燒器。在風溫 1250°C條件下，熱風爐燃料消耗降低到 1.14GJ/ t (折算高爐煤氣消耗370Nm³t)以下，熱風爐煙氣中NOx和CO排放量分別降低到50mg/Nm³和20mg/Nm³以上。
3.創(chuàng)建了新型頂燃式熱風爐耐火材料設(shè)計、制造和配置技術(shù)標準體系。研究了服役后熱風爐耐火材料損毀機理，提出了提高服役性能和安全可靠性的技術(shù)解決方案;優(yōu)化設(shè)計了熱風爐關(guān)鍵部位耐火材料磚型結(jié)構(gòu)、物相組成、熱工參數(shù)等;研制出抗蠕變性能優(yōu)異的系列高效格子磚和耐高溫熱震性優(yōu)異的莫來石-紅柱石-董青石磚，開發(fā)出陶瓷燃燒器、高溫熱風管道耐火材料澆筑、預制、組合等關(guān)鍵技術(shù)，并投入大規(guī)模生產(chǎn)和應用。

4.研發(fā)了低應力-無過熱熱風爐爐體及管道長壽技術(shù),設(shè)計開發(fā)了低應力熱風爐爐體及熱風管道體系。研究解析了大型熱風爐高溫區(qū)爐殼、耐火材料和熱風管道等關(guān)鍵部位局部過熱、應力腐蝕疲勞開裂及其破損的機理和規(guī)律，在5500m³高爐頂燃式熱風爐上采用新型耐腐蝕不銹鋼-高強合金鋼的復合爐殼結(jié)構(gòu)，開發(fā)了抗腐蝕-低應力的爐殼建造技術(shù)，建立了用于爐殼焊后殘余應力消除、爐體及管道智能化監(jiān)測、評價等技術(shù)體系。

5.開發(fā)了熱風爐燃燒動態(tài)精準控制模型及智能化信息物理系統(tǒng)(CPS)熱風爐爐體及管道系統(tǒng)全天候智能化監(jiān)測系統(tǒng)。提出了熱風爐能效比指標，為熱風爐高效低碳、節(jié)能減排、提高能效評價標準奠定了基礎(chǔ)。通過數(shù)字化控制實現(xiàn)了煤氣和助燃空氣流量熱風爐拱頂溫度、送風溫度、煙氣溫度及成分的精準控制。高爐風溫穩(wěn)定達到 1250°C以上，熱風爐能效比≤1.15，助燃空氣過剩系數(shù)≤ 1.02％，熱風爐拱頂溫度與風溫差值≤100°C。

三、該成果已獲授權(quán)發(fā)明專利 37 項(其中國際專利4 項)，制定國家和行業(yè)標準規(guī)范10 項，發(fā)表學術(shù)論文 60 余篇。該項技術(shù)應用于首鋼京唐3號5500m³高爐、遷鋼2號高爐熱風爐升級改造、中天鋼鐵、寶武梅鋼、河鋼塞爾維亞鋼鐵、俄羅斯 MMK 鋼鐵等國內(nèi)外240余座高爐、780余座熱風爐上應用，取得了顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益，應用前景廣闊。

二、“大型高風溫頂燃式熱風爐技術(shù)裝備開發(fā)與應用”科技成果

2013年12月17日，河南省科技廳組織有關(guān)專家，對鄭州安耐克實業(yè)有限公司、北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司和北京科技大學共同完成的 “ 大型高風溫頂燃式熱風爐技術(shù)裝備開發(fā)與應用 ” 項目進行了科技成果鑒定。鑒定委員會審閱了提交的鑒定材料，聽取了項目完成單位的匯報，經(jīng)質(zhì)詢和充分討論，形成鑒定意見如下：
一、提供的鑒定資料齊全，內(nèi)容翔實，數(shù)據(jù)可靠，符合鑒定要求。
二、提高熱風爐風溫是當代高爐煉鐵實現(xiàn)節(jié)能減排的重要方向之一。該項目通過研究、工程設(shè)計和材料制造等方面的協(xié)同創(chuàng)新，開發(fā)了大型高風溫頂燃式熱風爐系統(tǒng)技術(shù)裝備及材料，取得了如下成果：
開發(fā)了熱風爐動態(tài)精準設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)了大型頂燃式熱風爐結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計的系統(tǒng)優(yōu)化；開發(fā)應用了兩級雙預熱技術(shù)，實現(xiàn)了低品質(zhì)煤氣的高效利用；在流場、溫度場、壓力場等耦合研究的指導下，開發(fā)具有氣流速度和濃度分布均勻、煤氣燃燒完全、CO和NOx 排放低等優(yōu)點的擴散型大功率環(huán)形陶瓷燃燒器，完成了系列小孔格子磚的設(shè)計和制造，

消除了管道系統(tǒng)普遍存在的局部應力過高和過熱現(xiàn)象；創(chuàng)建了頂燃式熱風爐耐火材料的配置和性能指標體系，制定了 3 項國家和行業(yè)標準并形成了關(guān)鍵耐火材料的核心技術(shù)。
三、該成果率先應用于首鋼京唐 5000m級高爐，取得了風溫達 1300C燃料比 480kg/t 的水平。該成果還在安鋼、寶鋼、包鋼、唐鋼、興澄等廠的多座大型、特大型高爐上成功應用，經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益明顯。
建議：針對不同規(guī)模的高爐，將該技術(shù)系列化并加快推廣應用。