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鍵技術研究與創(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鍵技術研究與創(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鍵技術。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鍵技術。提出了基于耗散結構優(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換合關鍵技術，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。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計、制造和配置技術標準體系。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解決方案;優(yōu)化設計了熱風爐關鍵部位耐火材料磚型結構、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、組合等關鍵技術，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,設計開發(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構，開發(fā)了抗腐蝕-低應力的爐殼建造技術，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。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)表學術論文 60 余篇。該項技術應用于首鋼京唐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)精準設計系統(tǒng)，實現(xiàn)了大型頂燃式熱風爐結構和材料設計的系統(tǒng)優(yōu)化；開發(fā)應用了兩級雙預熱技術，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)標準并形成了關鍵耐火材料的核心技術。
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，將該技術系列化并加快推廣應用。