中國科學院力學所魏小林團隊：轉(zhuǎn)爐煤氣全干法顯熱回收節(jié)能新技術(shù)

目前我國每年粗鋼產(chǎn)量達到10 億t 規(guī)模，超過世界鋼產(chǎn)量的50%，其中80%為轉(zhuǎn)爐冶煉。轉(zhuǎn)爐煉鋼作為鋼鐵冶金的核心工藝，通過氧氣頂吹鐵水進行脫碳，產(chǎn)生大量高溫煤氣(可達1500℃以上)，存在大量余能、余熱。轉(zhuǎn)爐煤氣具有間歇性、多塵性、爆炸性等特點，煤氣中低溫(850℃以下)余熱一直難以高效利用，導致轉(zhuǎn)爐煤氣浪費50%以上的能源。2021 年，國家發(fā)展改革委等五部門公布《冶金、建材重點行業(yè)嚴格能效約束推動節(jié)能降碳行動方案(2021-2025 年)》，要求到2025 年，通過在鋼鐵等行業(yè)實施節(jié)能降碳行動，不斷增加轉(zhuǎn)爐工序能效達到標桿水平(–30kgce/t)的產(chǎn)能比例，明顯降低碳排放強度。

▲ 轉(zhuǎn)爐噴水/水霧降溫工藝

轉(zhuǎn)爐間歇性劇烈吹氧的工作過程決定了煤氣具有多塵性、爆炸性、波動性等三個特點，因此在目前的轉(zhuǎn)爐工藝中，煤氣經(jīng)過汽化冷卻煙道降溫至850℃左右不得不采用噴水/水霧的降溫方式(圖1.16)，導致850℃以下的顯熱資源完全浪費。

在日本OG 法、德國LT 法等轉(zhuǎn)爐煙氣凈化及回收的基礎(chǔ)上，我國從20 世紀70 年代就開始了轉(zhuǎn)爐煤氣的余熱利用技術(shù)研發(fā)工作，到80 年代國內(nèi)許多轉(zhuǎn)爐通過汽化冷卻煙道余熱鍋爐回收了高溫煤氣(1500℃以上)的顯熱并產(chǎn)生蒸汽，但是國內(nèi)外一直沒有利用轉(zhuǎn)爐煤氣中低溫(850℃以下)顯熱的成熟技術(shù)。在20 多年前，我國冶金行業(yè)的專家就開始探討轉(zhuǎn)爐煤氣全部顯熱回收的問題，推動了此領(lǐng)域的技術(shù)進步，中國科學院力學研究所一直參與轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸方面的技術(shù)研發(fā)工作。2006 年后，作者在國家863 目標導向類課題、中國科學院節(jié)能減排重點項目與戰(zhàn)略性先導科技專項(A 類)課題以及4 項國家自然科學基金項目的支持下，開展了實驗研究、中試研究和現(xiàn)場示范等研發(fā)工作，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐煤氣全干法顯熱回收技術(shù)的實際應(yīng)用。

本書共十章，系統(tǒng)性地介紹轉(zhuǎn)爐煉鋼工藝概況，轉(zhuǎn)爐煤氣余能間歇性、多塵性、爆炸性的特點，轉(zhuǎn)爐煤氣全干法余熱回收技術(shù)。針對轉(zhuǎn)爐煤氣余熱波動性問題，分析轉(zhuǎn)爐煤氣生成特性；針對轉(zhuǎn)爐煤氣余能回收利用中多塵性問題，研究轉(zhuǎn)爐冶煉周期內(nèi)灰塵沉積特性與清灰方法；針對轉(zhuǎn)爐煤氣余能回收利用中存在的爆炸問題，研究轉(zhuǎn)爐煤氣爆炸特性和遏制爆炸的措施及技術(shù)。針對轉(zhuǎn)爐煤氣余能、余熱回收技術(shù)，探究轉(zhuǎn)爐煤氣有組織燃燒和催化燃燒機制，開發(fā)放散煤氣高效有組織可控燃燒技術(shù)、放散煤氣的催化燃燒技術(shù)、煤氣全干法余熱高效回收技術(shù)、轉(zhuǎn)爐余能利用控制技術(shù)以及轉(zhuǎn)爐節(jié)能新技術(shù)。