記者 王慶
4月12日，中國金屬學會官網科技新進展欄目刊發了首鋼集團有限公司撰寫的《高效低碳高風溫熱風爐關鍵技術研究與創新》一文，詳細介紹了該技術的相關情況，受到業界的關注。
《中國冶金報》記者曾于去年8月4日參加了中國金屬學會組織召開的由鄭州安耐克實業有限公司、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鍵技術研究與創新”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冶金與生態工程學院院長張建良等組成的評價委員會一致認為，該項成果達到了國際領先水平。
短短8個多月的時間，該項科技成果又取得了新的業績，作為鋼鐵行業權威學術組織的中國金屬學會，在其官網上刊發首鋼集團有限公司的長篇文章，向鋼鐵行業介紹這項具有國際領先水平的科技成果。
對此，作為持續關注該項科技成果最新進展的本報記者，日前與安耐克有關領導進行了溝通，對該項科技成果研發應用的相關情況進行了解和整理，希望能為鋼鐵行業特別是煉鐵技術進步做些工作。
聚焦熱風爐高風溫技術發展關鍵難題
據介紹，該項目研究主要聚焦目前我國熱風爐高風溫技術發展過程中存在的以下六大關鍵難題：
一是我國高爐風溫長期停滯在1100℃～1150℃，與國外先進水平相差約100℃。
二是熱風爐燃燒過程因燃燒效率低、能量轉化效率低，致使燃耗高，造成能源浪費和煙氣排放總量高。
三是熱風爐煙氣超低排放的環保標準日益嚴格。熱風爐煙氣中污染物排放標準要求顆粒物、SO2、NOx 排放分別低于10mg/m3、50mg/m3、200mg/m3。
四是由于高溫、高壓、高富氧等復雜操作條件，導致熱風爐高溫區爐殼、高溫高壓管道和關鍵部位耐火材料，投產3～5年后出現異常破損、安全隱患和運行故障，制約提高風溫、熱風爐壽命和安全運行。
五是頂燃式熱風爐在燃燒動力學領域缺乏深入理論研究，對熱風爐燃燒-傳熱過程機理研究不足，能量高效轉換、燃燒與傳熱、氣體運動規律尚未全面掌握；同時，熱風爐智能化精準操控缺乏理論和實踐深入系統研究。
六是熱風爐設計技術體系、冷-熱態實驗和測試方法、熱風管道系統、高效蓄熱室、長壽耐火材料、相關技術標準規范體系等多方面仍存在缺陷與弊端，制約了頂燃式熱風爐技術提升和推廣應用。
助力熱風爐低碳綠色、高效長壽
該項目研究以高爐熱風爐低碳綠色、高效長壽為目標，特別是圍繞“雙碳”發展和超低排放對高爐及熱風爐節能減排、減污降碳的新要求、新標準，組建的聯合技術攻關團隊進行了長達10 余年的系統深入研究。該項目研究主要包括七大內容：一是基于三維空間渦旋燃燒技術的頂燃式熱風爐的研發；二是特大型熱風爐超大功率陶瓷燃燒器關鍵技術研究；三是頂燃式熱風爐關鍵耐火材料體系的研究；四是高爐熱風系統安全長壽技術研究；五是內燃式熱風爐改造為頂燃式熱風爐的工程化集成創新與應用研究；六是基于熱風爐耗散結構優化的動態精準控制模型開發；七是熱風爐高效清潔與超低排放研究。
該項目研究總體技術思路是通過理論研究及數字化仿真研究、工程設計及關鍵技術研究開發、工程集成應用研究多層次、多維度進行系統全面的研究攻關。
該項目主要取得五個方面的創新性成果：
一是研究開發并應用了新一代高效低碳高風溫頂燃式熱風爐及其關鍵技術。
二是創新開發出頂燃式熱風爐高效、低碳、清潔和低排放燃燒技術。
三是創建了新一代頂燃式熱風爐工藝及耐火材料設計、制造、選用和配置技術標準體系。
四是研發了低應力-無過熱熱風爐爐體及管道長壽技術，設計開發了低應力熱風爐爐體及熱風管道體系。
五是開發了熱風爐燃燒動態精準控制模型和智能化信息物理系統，開發了熱風爐爐體及管道系統全天候智能化監測系統。
經濟、社會和環境效益顯著
近年來，該項目研究成果及相關技術，在項目完成單位9座高爐22座熱風爐上應用。
以首鋼京唐為例，京唐3號高爐熱風爐集成應用了該項目研究成果及關鍵技術，包括熱風爐清潔燃燒和高效傳熱、復合鋼板爐殼、熱風管道安全長壽等技術，于2019 年4月投產至今應用效果優異。京唐3號高爐頂燃式熱風爐投產5年來，經歷了多種復雜工況，燃燒量在設計范圍的30%～120%的工況條件下，運行穩定可靠，噸鐵煤氣消耗≤380m3/t，煙氣中NOx≤50mg/m3、CO≤20mg/m3，在拱頂溫度1370℃條件下風溫達到1250℃，高爐生產高效低碳，達到并超越設計指標。京唐1號、2號高爐，分別于2009年5月和2010年6月投產，為了滿足環保和長壽要求，對熱風爐進行了全面技術升級改造。采用該項目研發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，污染物實現超低排放。結合熱風爐爐殼開裂機理研究成果，熱風爐爐殼采用了復合鋼板及應力消除技術，提高了熱風爐爐殼安全性，現已完成2座高爐5座熱風爐的改造。2號高爐熱風爐應用智能化控制模型，實現了熱風爐動態精準控制。在其他新建和改造項目中，頂燃式熱風爐應用后，風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用于國內外240余高爐、780座熱風爐；核心技術獲得俄羅斯、日本、烏克蘭、印度等國專利授權；2021年，與俄羅斯MMK 鋼鐵集團簽訂7 號1280m3高爐內燃熱風爐升級改造頂燃熱風爐EP 項目、印度JSW 的5872m3高爐新建頂燃熱風爐EP 項目；突破國外技術壁壘，技術應用到國外，引領國際高風溫熱風爐技術發展。
該項目在首鋼京唐、遷鋼、中天鋼鐵和俄羅斯MMK 鋼鐵等國內外高爐熱風爐上應用，近3年累計經濟效益達21億元，經濟、社會和環境效益顯著，推廣應用前景廣闊。
