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　　目前鋼材市場不容樂觀，在最近一段時間，噸鋼價格下跌數百元
，甚至出現鋼企虧損現象。在實現熱風爐高風溫高產
、低氮環保的同時
，降低噸鐵煤氣消耗量，是企業降本增效的一個關注點。最近，河南省豫興熱風爐工程技術有限公司（下文簡稱豫興公司），綜合多年的設計實踐，進一步創新研發的超低煤氣消耗頂燃式熱風爐技術，在山東永鋒鋼鐵1號、2號高爐5月份全月噸鐵消耗煤氣平均為322.2立方米
，以及秦皇島宏興鋼鐵有限公司2號、3號高爐5月份全月噸鐵消耗煤氣分別為402立方米、338立方米、兩爐平均為370立方米的豫興頂燃式熱風爐上的應用實踐，同樣具有廣闊的發展前景和良好節能增效效果
，廣泛推廣意義十分重大。

　　山東永鋒臨港有限公司臨港先進優特鋼產業基地（簡稱永鋒臨港鋼鐵）一期工程1號、2號高爐
，各配套使用4座豫興公司優化改進的超低節能懸鏈線頂燃式熱風爐（見表1）。其設計風溫為1250℃，設計拱頂溫度為1350℃
，單爐送風60分鍾。兩套熱風爐都在使用單一高爐煤氣，在富氧7%條件下，實現了拱頂溫度1300℃
、風溫1250℃穩定輸出，5月份全月噸鐵煤氣消耗322.2立方米。其中，在同等煤氣熱值條件下
，比永鋒鋼鐵公司其他3座1080立方米高爐小帽子頂燃式熱風爐噸鐵煤氣消耗462.6立方米月平均節約煤氣140.4立方米，煤氣節約率為30.3%。

　　秦皇島宏興鋼鐵有限公司2號、3號高爐分別配套的3座超低節能優化改進型懸鏈線頂燃式熱風爐（見表2），設計風溫為1250℃，設計拱頂溫度為1350℃，單爐送風60分鍾。兩套熱風爐都在使用單一高爐煤氣

，煤氣熱值為3000千焦，富氧6%條件下
，實現了風溫1215℃~1220℃穩定輸出，據統計5月份全月噸鐵煤氣消耗分別為402立方米、338立方米。在同等煤氣熱值條件下
，噸鐵煤氣消耗比1號1080m3高爐引進的頂燃式熱風爐噸鐵平均消耗煤氣500立方米指標分別節省了98立方米
、162立方米，節省率為19.6%、32.4% 。

　　這兩家鋼鐵公司的熱風爐在生產實踐中為何能取得如此驕人業績？這與懸鏈線拱頂結構、足夠的混合燃燒空間、上噴旋流渦流大功率燃燒技術、爐內自身輻射預熱

、調節雙流孔孔互通高效格子磚存在密切的因果關係。豫興公司董事長劉世聚開誠布公地道出了其中的奧秘。

　　奧秘之一：優化設計

　　實現矛盾體的對立統一

　　劉世聚指出
，熱風爐風溫提高100℃，高爐可提高產量2.5%，提高噴煤量20kg/t~30kg/t

，降低焦比2.5%，這對鋼鐵企業降本增效極為關鍵，因此能否實現高風溫是熱風爐性能是否優異最重要的指標。隨著我國“碳達峰”“碳中和”目標的提出及環保政策的日趨嚴格
，滿足二氧化碳及氮氧化物等汙染物排放指標要求對新建熱風爐也越來越重要。

　　熱風爐汙染物主要由二氧化碳、氮(dan)氧(yang)化(hua)物(wu)和(he)硫(liu)化(hua)物(wu)組(zu)成(cheng)。在(zai)減(jian)少(shao)硫(liu)化(hua)物(wu)排(pai)放(fang)方(fang)麵(mian)
，采(cai)用(yong)脫(tuo)硫(liu)設(she)備(bei)已(yi)經(jing)解(jie)決(jue)了(le)問(wen)題(ti)。但(dan)要(yao)實(shi)現(xian)低(di)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)目(mu)標(biao)
，也(ye)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)熱(re)風(feng)爐(lu)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)高(gao)爐(lu)煤(mei)氣(qi)的(de)燃(ran)燒(shao)質(zhi)量(liang)來(lai)增(zeng)加(jia)燃(ran)燒(shao)熱(re)值(zhi)
，而(er)非(fei)僅(jin)通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)高(gao)爐(lu)煤(mei)氣(qi)的(de)數(shu)量(liang)來(lai)增(zeng)加(jia)燃(ran)燒(shao)熱(re)值(zhi)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)必(bi)須(xu)要(yao)提(ti)高(gao)熱(re)風(feng)爐(lu)的(de)燃(ran)燒(shao)性(xing)能(neng)
，確(que)保(bao)高(gao)爐(lu)煤(mei)氣(qi)燃(ran)燒(shao)充(chong)分(fen)來(lai)解(jie)決(jue)。當(dang)然(ran)，熱(re)風(feng)爐(lu)燃(ran)燒(shao)消(xiao)耗(hao)煤(mei)氣(qi)量(liang)多(duo)少(shao)與(yu)風(feng)溫(wen)基(ji)本(ben)是(shi)成(cheng)正(zheng)比(bi)例(li)的(de)。但(dan)熱(re)風(feng)爐(lu)除(chu)了(le)煤(mei)氣(qi)熱(re)值(zhi)質(zhi)量(liang)高(gao)之(zhi)外(wai)，熱(re)風(feng)爐(lu)的(de)燃(ran)燒(shao)器(qi)設(she)計(ji)、效率
、燃燒功率、混(hun)合(he)燃(ran)燒(shao)是(shi)否(fou)均(jun)勻(yun)完(wan)全(quan)，以(yi)及(ji)熱(re)風(feng)爐(lu)的(de)煙(yan)氣(qi)流(liu)場(chang)分(fen)布(bu)和(he)冷(leng)風(feng)流(liu)場(chang)分(fen)布(bu)能(neng)否(fou)提(ti)高(gao)蓄(xu)熱(re)換(huan)熱(re)性(xing)，是(shi)決(jue)定(ding)煤(mei)氣(qi)消(xiao)耗(hao)量(liang)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)，熱(re)風(feng)爐(lu)中(zhong)氮(dan)氧(yang)化(hua)物(wu)生(sheng)成(cheng)與(yu)溫(wen)度(du)有(you)較(jiao)大(da)關(guan)係(xi)，國(guo)際(ji)常(chang)規(gui)判(pan)斷(duan)氮(dan)氧(yang)化(hua)物(wu)生(sheng)成(cheng)量(liang)的(de)方(fang)法(fa)，是(shi)看(kan)熱(re)風(feng)爐(lu)拱(gong)頂(ding)溫(wen)度(du)的(de)高(gao)低(di)來(lai)確(que)定(ding)氮(dan)氧(yang)化(hua)物(wu)的(de)高(gao)低(di)。

　　當拱頂溫度低於1420℃時，氮氧化物產生量比較緩慢且少；但當拱頂溫度大於1420℃時，其氮氧化物生成量就會成指數級上升；若ruo要yao減jian少shao氮dan氧yang化hua物wu排pai放fang量liang，就jiu要yao盡jin可ke能neng地di使shi熱re風feng爐lu拱gong頂ding溫wen度du低di，而er且qie還hai要yao保bao證zheng較jiao高gao的de風feng溫wen。拱gong頂ding溫wen度du和he送song風feng溫wen度du差cha越yue小xiao

，熱re風feng爐lu性xing能neng就jiu越yue好hao。

　　目前頂燃式熱風爐的拱頂溫度與送風溫差均徘徊在120℃左右，甚至性能差點的在150℃左右。這樣的熱風爐拱頂溫度必須控製在1400℃或者1380℃。而豫興熱風爐的拱頂溫度和送風溫差在50℃左右，實現1250℃風溫

，拱頂溫度也隻有1300℃。yijuguojitongyongdegongdingwenduyudanyanghuawushengchengliangzuobiaoquxian，tigaogaolumeiqililunranshaowenduherefengluranshaoqixingnengxurehuanrexingneng，shishixiangaofengwenzuifangbian
、有效的途徑。熱風爐的高風溫與熱風爐的性能、效率、蓄熱換熱性能密切相關，提高熱風爐性能和降低拱頂溫度，縮小送風溫差就可降低氮氧化物排放。

　　具體到熱風爐設計上，要實現熱風爐的高風溫
、低煤氣消耗
、低氮氧化物排放，就是要提高熱風爐的燃燒性能和換熱性能。具體實現途徑如下：

　　一是增大蓄熱室蓄熱換熱麵積和保證足夠的蓄熱換熱格子磚重量。

　　二是改善熱風爐煙氣流場和冷氣流場分布狀態。

　　高(gao)溫(wen)煙(yan)氣(qi)流(liu)場(chang)和(he)冷(leng)風(feng)流(liu)場(chang)在(zai)蓄(xu)熱(re)室(shi)橫(heng)斷(duan)麵(mian)上(shang)分(fen)布(bu)的(de)均(jun)勻(yun)性(xing)
，將(jiang)直(zhi)接(jie)影(ying)響(xiang)蓄(xu)熱(re)室(shi)內(nei)的(de)蓄(xu)熱(re)換(huan)熱(re)，研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)，通(tong)過(guo)改(gai)善(shan)高(gao)溫(wen)煙(yan)氣(qi)流(liu)場(chang)和(he)冷(leng)風(feng)流(liu)場(chang)在(zai)蓄(xu)熱(re)室(shi)斷(duan)麵(mian)上(shang)分(fen)布(bu)的(de)均(jun)勻(yun)性(xing)可(ke)以(yi)改(gai)善(shan)熱(re)風(feng)爐(lu)內(nei)的(de)熱(re)交(jiao)換(huan)效(xiao)果(guo)，蓄(xu)熱(re)量(liang)可(ke)以(yi)增(zeng)強(qiang)，從(cong)而(er)可(ke)以(yi)將(jiang)風(feng)溫(wen)提(ti)高(gao)15℃~30℃。

　　三是增加熱風爐換爐次數縮短工作周期。

　　四是減小熱風爐的散熱損耗。特別是通過合理設計熱風爐爐體強化保溫效果，減少爐體殼的熱損失。

　　永(yong)鋒(feng)臨(lin)港(gang)鋼(gang)鐵(tie)熱(re)風(feng)爐(lu)和(he)秦(qin)皇(huang)島(dao)宏(hong)興(xing)鋼(gang)鐵(tie)有(you)限(xian)公(gong)司(si)熱(re)風(feng)爐(lu)正(zheng)是(shi)根(gen)據(ju)上(shang)述(shu)理(li)論(lun)實(shi)踐(jian)指(zhi)導(dao)，才(cai)終(zhong)於(yu)實(shi)現(xian)了(le)上(shang)述(shu)矛(mao)盾(dun)體(ti)的(de)對(dui)立(li)統(tong)一(yi)，將(jiang)熱(re)風(feng)爐(lu)拱(gong)頂(ding)溫(wen)度(du)與(yu)鼓(gu)風(feng)溫(wen)度(du)之(zhi)間(jian)的(de)差(cha)值(zhi)縮(suo)小(xiao)到(dao)50℃左右

，通過優化混合燃燒噴嘴結構強化均勻混合
、加大混合燃燒空間實現真正的完全燃燒、優化格子磚結構提高格子磚利用率，強化蓄熱換熱性能，從而實現了熱風爐高風溫、低氮氧化物排放、低煤氣消耗等多重目標的。

　　奧秘之二：抓鐵有痕

　　用正確的理論指導實踐

　　劉世聚指出：豫興人抓鐵有痕，用上述研發和設計理念
，腳踏實地地指導熱風爐的建設和改造實踐，終於取得了超高溫
、節能、低排放的可喜成果。其具體措施如下：

　　一是采用具有足夠混合燃燒空間的懸鏈線拱頂和熱風出口直段組合的燃燒室結構。

　　zaixiangtongfengliangqingkuangxia，xuanlianxiangongdingbenjiuyongyougengjiachongyuderanshaokongjian，kongjianneideyanqifenbuyouyuqitaxingzhuangderefenglugongdingjiegou，erqieshimuqianyiyouderefenglugongdingjiegoushoulizuiheli、最穩定長壽的結構。國際曆史資料記載，其懸鏈線拱頂壽命可達50年～60年。

　　首鋼科學家張福明及其團隊在2015年nian申shen報bao國guo家jia專zhuan利li時shi，把ba錐zhui形xing拱gong頂ding結jie構gou優you化hua為wei懸xuan鏈lian線xian擬ni合he結jie構gou，並bing把ba砌qi築zhu在zai熱re風feng出chu口kou之zhi上shang的de錐zhui形xing拱gong頂ding實shi施shi了le分fen離li，形xing成cheng了le懸xuan鏈lian線xian擬ni合he四si段duan式shi小xiao帽mao子zi頂ding燃ran式shi熱re風feng爐lu專zhuan利li
，采cai用yong這zhe樣yang的de結jie構gou可ke解jie決jue耐nai材cai襯yinglisunhuaiherefengchukousunhuai
，lukeshoulikailiedengjiegouquexian。liyongzheyituchutedian
，weishixianmeiqichaodixiaohao，yongfenglinganggangtiekexuehesuanmeiqihekongqihunheranshaogaowenhuoyanzairanshaoshihunheranshaoyunxingjuli、運行速度、煙氣運行壓力、空氣過剩係數、煤氣和空氣燃燒量，以及由此混合燃燒產生的煙氣量

，使需要總燃燒混合空間容積大於燃燒產生的煙氣體積10%~30%，實現煙氣進入格子磚床麵前全部燃燒的目的。

　　經計算其熱風爐燃燒室燃燒產生的煙氣體積約等於268立方米
，據此推算出熱風爐燃燒室混合燃燒空間約需322立方米（空間大，外表麵散熱麵積大

，需要強化保溫來抵消），據此確定其熱風爐燃燒室直徑為7.8m，燃燒室高度10.1m來實現煤氣和空氣在足夠大的燃燒室空間實現旋流渦流預熱混合完全燃燒。

　　為提高風溫和降低氮氧化物排放，其熱風爐通過懸鏈線拱頂與安裝在拱頂基腳部位的環形燃燒器共同作用進一步改善燃燒室的煙氣流場分布狀態，縮小拱頂溫度與送風溫度之間的差值。其燃燒室高溫區結構對稱
、溫度區間分明
、熱效率高
、拱頂和燃燒室底部（即蓄熱室床麵上平麵）溫差小。燃燒室底部（即蓄熱室上部）高gao溫wen煙yan氣qi流liu速su分fen布bu均jun勻yun，由you於yu這zhe種zhong燃ran燒shao和he懸xuan鏈lian線xian流liu線xian結jie構gou及ji空kong間jian的de有you效xiao結jie合he模mo式shi使shi相xiang當dang量liang下xia降jiang氣qi流liu加jia入ru上shang升sheng氣qi流liu中zhong，淡dan化hua了le高gao溫wen區qu燃ran氣qi和he空kong氣qi濃nong度du從cong而er降jiang低di了le上shang升sheng氣qi流liu溫wen度du，拉la長chang了le火huo焰yan
，使shi高向加jia熱re更geng加jia均jun勻yun，具ju備bei了le低di氮dan燃ran燒shao器qi廢fei氣qi循xun環huan特te征zheng，降jiang低di了le氮dan氧yang化hua物wu排pai放fang
，提ti高gao了le熱re風feng爐lu換huan熱re效xiao率lv，縮suo小xiao了le拱gong頂ding溫wen度du與yu送song風feng溫wen度du差cha值zhi

，有you效xiao提ti高gao了le熱re風feng爐lu送song風feng風feng溫wen。

　　二是采用具有預熱、渦流、旋流密集噴口分布的高效率低氮短焰環形燃燒器。

　　該熱風爐采用煤氣與空氣交錯布置對衝上噴的格柵式陶瓷環形燃燒器結構。這種燃燒器的噴嘴設置在蓄熱室大牆外圍的周向
，確保有足夠大的空間布置噴嘴；煤氣和空氣采用優化型低氮燃燒噴嘴
，噴嘴口徑縮小；環向設計的煤氣噴嘴和空氣噴嘴數量更多
，火焰更短、燃燒更完全。這樣設計，一方麵有利於使煤氣和空氣充分實施小股流分割預混；另一方麵也能使煤氣和空氣的流量更大
，從而實現燃燒器的大功率燃燒，為實現高風溫、低煤氣消耗打下基礎。

　　該熱風爐使用的燃燒器是介於長焰型和無焰型之間的渦流旋流短焰上噴特殊混合模式，也就是煤氣和空氣從噴口噴出後再預混的混合模式。這種燃燒器的煤氣和空氣噴嘴是交錯布置並帶有45度～60度的對衝上噴角度
，其主要目的是利用燃燒室中心的高強度火焰輻射預熱剛剛噴出的煤氣和空氣（也就是說煤氣和空氣在進入渦流區域前就吸收燃燒室中心高溫輻射傳來的熱
，之後再進行混合）。

　　一方麵
，這樣的結構設計使得燃燒室中心的高溫煙氣會首先對速度設定為25m/s~40m/s的空氣和煤氣實施自身輻射預熱；之後這兩種氣體上噴一定高度再折返形成了渦流
，兩種預混氣體進入渦流區域自行混合
，形成煤氣和空氣第一次初混狀態。

　　另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)這(zhe)種(zhong)燃(ran)燒(shao)器(qi)經(jing)過(guo)合(he)理(li)設(she)計(ji)的(de)噴(pen)嘴(zui)角(jiao)度(du)會(hui)形(xing)成(cheng)兩(liang)股(gu)氣(qi)流(liu)對(dui)衝(chong)，噴(pen)嘴(zui)噴(pen)出(chu)的(de)煤(mei)氣(qi)和(he)空(kong)氣(qi)之(zhi)間(jian)的(de)動(dong)能(neng)差(cha)異(yi)
，使(shi)得(de)煤(mei)氣(qi)氣(qi)流(liu)的(de)大(da)動(dong)能(neng)強(qiang)製(zhi)壓(ya)偏kongqiliucongerxingchengxuanliu。zheguxuanliuhuijudaozhujianshousuodexuanlianxiangongding，suizhekongjianyuelaiyuexiao，dangdaodingbushixuanliudadaozuijiliezhuangtai，xingchengledierciqiangliedexuanliuhunhe。tongguoliangcihunhebujinshimeiqiyukongqihunhedegengjiajunyun
、充分，有效保證了煤氣的充分燃燒、降低了煤氣消耗量；當燃燒後的煙氣折返隨著喇叭狀的懸鏈線拱頂結構自上而下，使煙氣通道逐漸擴大

，並逐漸減弱，至蓄xu熱re室shi床chuang麵mian時shi流liu場chang區qu域yu均jun勻yun分fen布bu，使shi得de高gao溫wen煙yan氣qi對dui格ge子zi磚zhuan的de加jia熱re更geng加jia均jun勻yun，達da到dao提ti高gao格ge子zi磚zhuan利li用yong率lv，從cong而er進jin一yi步bu提ti高gao熱re風feng爐lu風feng溫wen的de目mu的de。永yong鋒feng鋼gang鐵tie公gong司si和he宏hong興xing鋼gang鐵tie公gong司si的de熱re風feng爐lu通tong過guo使shi用yong上shang噴預熱、渦流、旋流和多噴嘴及足夠流線懸鏈線的空間的綜合性能設置，使進入燃燒室的空氣過量係數降低，提高了風溫、降低了煤氣消耗。

　　三是采用均流均勻格子磚，加大蓄熱換熱能力
，降低格子磚堆積高度。

　　豫興公司發明的19孔25mm格子磚結構填補了國內外僅有19孔30mm孔徑格子磚和20mm孔徑37mm格子磚技術的空白，19孔25mm格子磚結構的換熱麵積高達55.68平方米，比19孔30mm格子磚結構的換熱麵積48.51平方米提高了14.8%，25mm孔孔互通格子磚技術優化了傳統熱風爐蓄熱室格子磚形狀

，解決了普通格子磚格孔錯台
、錯位影響氣流通過的弊端。

　　19孔格子磚底部設計有15mm深的連接底部橫向18格孔的聯通凹槽，當氣流通過格磚的19個孔徑時，由於流體的阻力和壓力的作用，讓18geaocaoquyukongkonghutong，zhishiqiliujunyunfenbu，duiyuzhenggexureshi
，jiuxingchenglehulianhutongdejunyajunliuzixingtiaojiexureshiyanqiliuchanghelengfengliuchang，tigaolerefengluhuanrexiaolv，gezizhuanshiyongxiaolvyouyuanlaide83.5%提高到88.41%，提高了5.8%
，縮小了熱風爐拱頂溫度與送風溫度之間的差值，拱頂溫度由原來的1380℃~1420℃降低到現在的1300℃~1320℃，拱頂溫度降低了5.7%~7%
，拱頂溫度與送風溫差由原來的150℃左右降低到現在的50℃左右。拱頂溫度與送風溫差縮小了66.7%
，格子磚這些重要參數在提高熱風爐效率、提高風溫、降低煤氣消耗

，減少送風溫度與降低氮氧化物排放中發揮了關鍵作用。

　　永鋒鋼鐵和秦皇島宏興鋼鐵公司豫興熱風爐就是通過這些特殊的結構和性能來實現高效生產、高風溫的；實現了氮氧化物低於50mg/立方米的超低排放，尤其是噸鐵煤氣超低消耗均為322.9立方米~370立方米，創造了中國煉鐵曆史紀錄
；比傳統的小帽子頂燃式熱風爐噸鐵煤氣消耗量為463.1立方米~500立方米降低了98立方米~162立方米，煤氣節省率分別降低了19.6%~32.4%，熱風爐燃燒產生的二氧化碳排放降低20%以上。

　　相信在今後一段曆史時期，節能減碳低氮技術改造會成為發展主流趨勢。（夏傑生）