科技成果

TECHNOLOGICAL ACHIEVEMENTS

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高效低碳高風溫熱風爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新

發(fā)布時間：

2024-05-21 11:47

　一、研究的背景與問題

　　目前，我國熱風爐高風溫技術(shù)發(fā)展過程中存在以下關(guān)鍵難題：

　　1、我國高爐風溫長期停滯在1100～1150℃，與國外先進相差約100℃。

　　2、熱風爐燃燒過程因燃燒效率低、能量轉(zhuǎn)化效率低（熱效率＜75%），致使燃耗高、能源轉(zhuǎn)化率低，造成能源浪費和煙氣排放總量高。

　　3、熱風爐煙氣超低排放的環(huán)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10、50、200mg/m³。2021年唐山市頒布新標準：顆粒物、SO₂、NOx分別低于5、30、100mg/m³。

　　4、由于高溫、高壓、高富氧等復雜操作條件，導致熱風爐高溫區(qū)爐殼、高溫高壓管道和關(guān)鍵部位耐火材料，投產(chǎn)3～5年后出現(xiàn)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。

　　5、頂燃式熱風爐在燃燒動力學領(lǐng)域缺乏深入理論研究，對熱風爐燃燒-傳熱過程“三傳一反”機理研究不足，能量高效轉(zhuǎn)換、燃燒與傳熱、氣體運動規(guī)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(tǒng)研究。

　　6、熱風爐設計技術(shù)體系、冷-熱態(tài)實驗和測試方法、熱風管道系統(tǒng)、高效蓄熱室、長壽耐火材料、相關(guān)技術(shù)標準規(guī)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(shù)提升和推廣應用。

　　二、解決問題的思路與技術(shù)方案

　　本項目研究以高爐熱風爐低碳綠色、高效長壽為目標，圍繞“雙碳”發(fā)展和超低排放對高爐及熱風爐節(jié)能減排、減污降碳的新要求、新標準，組建聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)團隊進行長達10余年系統(tǒng)深入研究。主要研發(fā)內(nèi)容包括：

　　①基于三維空間渦旋燃燒技術(shù)的頂燃式熱風爐的研發(fā)；

　　②特大型熱風爐超大功率陶瓷燃燒器關(guān)鍵技術(shù)研究；

　　③頂燃式熱風爐關(guān)鍵耐火材料體系的研究；

　　④高爐熱風系統(tǒng)安全長壽技術(shù)研究；

　　⑤內(nèi)燃式熱風爐改造為頂燃式熱風爐的工程化集成創(chuàng)新與應用研究；

　　⑥基于熱風爐耗散結(jié)構(gòu)優(yōu)化的動態(tài)精準控制模型開發(fā)；

　　⑦熱風爐高效清潔與超低排放研究。

　　圖1 主要研究內(nèi)容和技術(shù)路線

　　項目研究總體技術(shù)思路是通過理論研究及數(shù)字化仿真研究、工程設計及關(guān)鍵技術(shù)研究開發(fā)、工程集成應用研究多層次-多維度進行系統(tǒng)全面的研究攻關(guān)。圖2為項目總體技術(shù)研發(fā)思路。

　　圖2 項目研究總體技術(shù)研發(fā)思路

　　三、主要創(chuàng)新性成果

　　1、研究開發(fā)并應用了新一代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與技術(shù)；發(fā)明了頂燃式熱風爐實現(xiàn)三維空間渦旋擴散燃燒技術(shù)；開發(fā)超大功率高效旋流擴散燃燒器及其綜合技術(shù)，燃燒器單體燃燒功率達到180MW；集成創(chuàng)新了高效低碳清潔燃燒與能源高效轉(zhuǎn)換耦合關(guān)鍵技術(shù)；熱風爐燃燒效率達99.99%，系統(tǒng)熱效率≥85%，熱風爐能效比≤1.15。

　　（1）現(xiàn)代熱風爐燃燒理論研究

　　運用現(xiàn)代工程研究方法，研究解析了熱風爐燃燒的耗散過程及其規(guī)律。基于耗散結(jié)構(gòu)理論，以流體力學、傳熱學、傳質(zhì)學、燃燒學為基礎，建立熱風爐內(nèi)物質(zhì)流、能量流模型。在大型工作站上仿真研究熱風爐系統(tǒng)物質(zhì)流、能量流傳輸及變化過程，獲得溫度場、速度場、濃度場及流場分布并實現(xiàn)多場耦合。全面應用多種先進設計計算方法和實驗手段，實現(xiàn)在信息流的精準調(diào)控下，物質(zhì)流、能量流動態(tài)有序、協(xié)同高效轉(zhuǎn)換和傳輸。

　　圖3 燃燒器多模式耦合研究過程

　　圖4 三維渦旋擴散燃燒器仿真研究

　　（2）超低NOx燃燒熱力學和動力學研究

　　研究解析了熱風爐燃燒過程NOx形成機理及規(guī)律。研究表明，在熱風爐高溫燃燒時，氣相中的N2和O2在燃燒過程生成NOx，屬于熱力型NOx生成機制（圖5），影響NOx生成要素包括傳質(zhì)、擴散、混合、溫度、速度、停留時間等，但主要受燃燒溫度及氣相成分的影響。其中，隨著氧濃度、助燃空氣溫度和煤氣溫度的提高，NOx生成速率和生成濃度均相應升高。

　　圖5 煙氣溫度對NOx生成速率及生成量的影響

　　圖6 操作參數(shù)對NOx生成速率及濃度的影響

　　圖7 頂燃式熱風爐煙氣中NOx隨時間和拱頂溫度變化的實測曲線

　　（3）燃燒耗散過程優(yōu)化研究

　　通過熱風爐燃燒實測分析，對比研究燃燒效率、燃燒耗散過程及污染物排放量的關(guān)系（圖8）。研究表明，頂燃式熱風爐燃燒效率可高達99.99%以上，因此頂燃式熱風爐煙氣中CO含量極低，測試的3座頂燃式熱風爐煙氣平均CO含量均＜100mg/m³，其中燃燒穩(wěn)定期煙氣CO含量均＜20mg/m³。頂燃式熱風爐煙氣中NOx含量總體較低，3座熱風爐煙氣NOx含量分別為117.3、95、30mg/m³，因此操作參數(shù)精準調(diào)控和合理匹配是優(yōu)化燃燒耗散過程的關(guān)鍵要素。

　　圖8 頂燃式熱風爐煙氣中NOx、CO和O2含量變化及關(guān)系

　　2、創(chuàng)新開發(fā)出頂燃式熱風爐高效、低碳、清潔和低排放燃燒技術(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。研究解析了三維空間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NOx和低空氣過剩系數(shù)的超大功率燃燒器。在風溫1250℃條件下，噸鐵熱風爐燃料消耗≤1.14GJ/t(折算高爐煤氣消耗370m3/t)，熱風爐煙氣中NOx和CO排放量分別≤50mg/m³和20mg/m³。

　　（1）燃燒過程仿真研究與多場耦合優(yōu)化

　　針對新一代頂燃式熱風爐技術(shù)研發(fā)，進行了三維渦旋擴散高效燃燒技術(shù)仿真研究及多場耦合優(yōu)化研究。采用CFD仿真模擬對溫度場、速度場、濃度場及流場分布進行理論研究和設計參數(shù)耦合優(yōu)化。結(jié)合熱風爐冷態(tài)、熱態(tài)模型試驗研究分析，指導燃燒器設計及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。

　　圖9 燃燒過程多場耦合協(xié)同優(yōu)化仿真研究

　　圖10 三維空間渦旋擴散燃燒器流場設計與仿真研究

　　（2）新一代頂燃式熱風爐及三維渦旋擴散燃燒器研發(fā)

　　創(chuàng)新燃燒器采用錐-柱復合結(jié)構(gòu)，煤氣噴口設置在燃燒器的錐段，空氣噴口設置在圓柱段。煤氣流與空氣流在燃燒空間內(nèi)，形成多層交叉射流、三維渦旋混合流動狀態(tài)，混合氣流經(jīng)過喉口段壓縮整流后，形成負壓區(qū)流動斷面收縮后再旋流擴張，優(yōu)化了煤氣和空氣的擴散傳質(zhì)進程，使得高溫煙氣進入格子磚分布均勻。研發(fā)出三維渦旋擴散燃燒技術(shù)，實現(xiàn)煤氣和空氣在垂直方向上的交叉混合、強化燃燒，拱頂空間流場分布均勻，蓄熱室格子磚表面溫度分布均勻（見圖11）。基于多場耦合仿真研究和模型研究，本項目所研發(fā)的三維渦旋擴散高效燃燒器溫度場、濃度場分布更加合理，NOx生成大幅度降低（見圖12），在3000m³級高爐應用獲得成功。本項目技術(shù)輸出海外，已推廣應用到印度5800m³高爐。

　　圖11 三維渦旋擴散高效燃燒器設計模型及其流場特征

　　圖12 新型頂燃式熱風爐仿真計算全爐NOx分布云圖

　　（3）超大型熱風爐燃燒過程耗散結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

　　基于已有技術(shù)成果，針對超大型頂燃式熱風爐燃燒器存在的技術(shù)難題進行研究，攻克技術(shù)缺陷和關(guān)鍵技術(shù)難題（見圖13）。優(yōu)化超大型熱風爐燃燒過程耗散結(jié)構(gòu)，強化超大功率燃燒工況的動力學條件，研發(fā)出新型超大功率燃燒器，實現(xiàn)了低碳、高效、低耗、低排放的目標。圖14為超大型熱風爐多場耦合仿真優(yōu)化研究，圖15為京唐熱風爐超大功率燃燒器設計參數(shù)優(yōu)化結(jié)果，圖16為NOx生成計算結(jié)果。研發(fā)的新型超大功率陶瓷燃燒器，成功應用于京唐5500m³高爐熱風爐新建及改造工程，取得顯著成效：助燃空氣過剩系數(shù)由10%降低到3%；煙氣中CO含量≤20mg/m³；拱頂溫度1350℃時，風溫達1250℃，煙氣中NOx排放量低于30mg/Nm³，優(yōu)于唐山市超低排放標準。

　　圖13 超大型熱風爐燃燒過程的技術(shù)難題及解決措施

　　圖14 超大功率陶瓷燃燒器開發(fā)-基于CFD多場耦合仿真優(yōu)化研究

　　圖15 超大功率燃燒器設計參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

　　圖16 超大型熱風爐燃燒時NOx分布云圖

　　（4）新一代頂燃式熱風爐燃燒過程實驗-試驗聯(lián)合研究

　　為了驗證仿真計算的結(jié)果，深入解析研究熱風爐實際工況的燃燒過程特性及規(guī)律，建立了物理模型和熱態(tài)試驗平臺，針對新一代頂燃式熱風爐進行了冷態(tài)+熱態(tài)耦合實驗-試驗聯(lián)合研究（圖17）。冷態(tài)模型主要用于測定空氣、煤氣噴口處的氣體流速，檢驗燃燒器氣體分配均勻性，對仿真計算結(jié)果進行驗證（如表1所示）。熱態(tài)試驗平臺通過熱風爐半工業(yè)化試驗，模擬實際熱風爐運行狀態(tài)，對試驗熱風爐燃燒-送風過程進行溫度、壓力、成分等多參數(shù)試驗測試，對仿真計算采用的數(shù)學模型及結(jié)果進行再次驗證。

　　圖17 頂燃式熱風爐冷態(tài)-熱態(tài)聯(lián)合試驗平臺

　　表1 物理模型實測速度和溫度平均值和分布指數(shù)

　　3、創(chuàng)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(shù)標準體系。

　　建立了頂燃式熱風爐節(jié)能、熱平衡測試方法、耐火材料配置等一系列技術(shù)標準；解析研究了服役后熱風爐耐火材料破損機理及規(guī)律，提出了熱風爐耐火材料提高服役性能和安全可靠性的技術(shù)措施；基于物相組分優(yōu)化設計和格子磚熱工參數(shù)優(yōu)化設計，開發(fā)出抗蠕變性能優(yōu)異的高效格子磚和耐高溫熱震性優(yōu)異的莫來石-紅柱石-堇青石磚；研制并批量生產(chǎn)出熱風管道用系列耐火材料和熱風爐長壽組合磚，研制出不同材質(zhì)的全系列高效高性能格子磚。

　　（1）創(chuàng)建頂燃式熱風爐工藝及關(guān)鍵耐火材料技術(shù)體系

　　主編或參編了10項熱風爐耐火材料國家標準（5項）、行業(yè)標準（3項）和團體標準（2項），創(chuàng)建并形成了完整的熱風爐耐火材料標準規(guī)范技術(shù)體系，如表2所示。牽頭制定的標準涵蓋熱風爐節(jié)能、熱平衡測定及計算方法等國家標準，還包括頂燃式熱風爐用耐火材料技術(shù)規(guī)范、熱風爐用紅柱石磚、熱風爐陶瓷燃燒器用耐火磚等行業(yè)標準，覆蓋了熱風爐燃燒、傳熱、節(jié)能、減排、耐火材料配置、材料制造、技術(shù)評價等多維度技術(shù)標準，由技術(shù)到產(chǎn)品，從關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與領(lǐng)先，發(fā)展成為技術(shù)標準體系的創(chuàng)建與完善。

　　表2 本項目研究制定的熱風爐及相關(guān)耐火材料技術(shù)標準規(guī)范

　　（2）研發(fā)頂燃式熱風爐陶瓷燃燒器專用關(guān)鍵耐火材料

　　根據(jù)頂燃式熱風爐燃燒器復雜惡劣工況條件，研發(fā)出高荷軟、低蠕變、高抗熱震的陶瓷燃燒器專用莫來石-紅柱石-堇青石磚，顯微結(jié)構(gòu)如圖18所示。以紅柱石、堇青石為主要原料，利用堇青石低膨脹和紅柱石的富硅玻璃相特性，進行材料成分及相結(jié)構(gòu)設計，協(xié)同提升材料高溫性能和抗熱震性能。創(chuàng)新采用M-70燒結(jié)莫來石+紅柱石+堇青石工藝方案，通過加入堇青石使制品具有優(yōu)良的抗熱震性能，加入紅柱石以提高制品的荷重軟化溫度和抗蠕變性，從而獲得優(yōu)異的綜合高溫性能。多物相協(xié)同優(yōu)化耦合使復合相材料理化性能顯著提升，滿足了熱風爐核心關(guān)鍵設備陶瓷燃燒器的性能要求。

　　圖18 莫來石-紅柱石-堇青石磚的顯微結(jié)構(gòu)

　　（3）開展半工業(yè)試驗研發(fā)高效格子磚

　　以相似原理為理論基礎，首次建立1:10熱風爐熱態(tài)試驗平臺，設置289個熱電偶測溫點，實測蓄熱室吸熱、放熱溫度變化曲線，同時測定速度、壓力分布和煙氣成分等參數(shù)，以驗證仿真計算結(jié)果。搭建現(xiàn)場測試裝置，首次完整實測了超大型頂燃式熱風爐內(nèi)部速度場、流場分布，驗證了仿真計算和試驗結(jié)果（圖19）。通過熱態(tài)試驗熱風爐半工業(yè)試驗，實測研究了熱風爐燃燒-送風期的蓄熱室溫度分布及其規(guī)律（圖20、圖21），對比實測研究了不同孔徑格子磚的熱工性能，為研發(fā)高效格子磚奠定了試驗基礎。

　　圖19 熱風爐熱態(tài)試驗和實際熱風爐實測研究

　　圖20 試驗熱風爐燃燒期蓄熱室溫度分布

　　圖21 試驗熱風爐送風期蓄熱室溫度分布

　　開發(fā)了非穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型計算程序，通過對熱風爐蓄熱室進行傳熱計算，研究了格子磚熱工參數(shù)對熱風爐傳熱性能影響，開發(fā)出不同孔徑的熱風爐系列高效格子磚（圖22、表3），不同格子磚傳熱參數(shù)對比見圖23。高效格子磚體系的成功研發(fā)應用，迅速改變了我國熱風爐用格子磚落后的研發(fā)生產(chǎn)狀況，取得了重大技術(shù)突破。

　　圖22 高效格子磚實物照片

　　表3 系列高效格子磚的熱工參數(shù)

　　圖23 不同格孔的格子磚加熱面積和蓄熱體積比較

　　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，首創(chuàng)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)。發(fā)明應用了一系列熱風爐維護修復技術(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。

　　（1）熱風爐爐殼及管道破損機理研究

　　針對爐殼焊縫開裂及波紋補償器失效進行原位分析、宏觀觀察、化學成分檢測、微觀金相組織及掃描電鏡觀察，結(jié)合工況條件，對爐殼及波紋補償器破損原因進行分析研究。研究揭示了熱風爐爐殼焊縫開裂主要原因是由于應力破壞（見圖24），主要包括：①焊接殘余應力破壞。爐殼焊接過程產(chǎn)生的殘余應力，導致爐殼在服役過程中焊縫處出現(xiàn)應力集中，造成爐殼焊縫開裂、鋼板基體受損；②晶間應力腐蝕。由于熱風爐拱頂溫度過高形成大量NOx，在應力集中的焊縫處與水積聚，腐蝕晶界破壞金屬微觀結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生裂紋、開裂；③交變應力破損。熱風爐燃燒-送風交替工作，產(chǎn)生交變應力變化，對爐殼造成破壞。熱風爐爐殼在多種破壞因素綜合作用下，更加劇了爐殼破損。

　　圖24 爐殼焊縫斷裂處微觀形貌

　　（2）熱風爐安全長壽技術(shù)研究

　　基于彈塑性力學理論，對熱風爐爐殼及管道強度進行了有限元仿真計算，為爐殼精準設計提供了科學依據(jù)（圖25），京唐3號高爐熱風爐首創(chuàng)采用耐腐蝕不銹鋼+高性能合金鋼復合爐殼結(jié)構(gòu)（904L+Q345LK）。

　　圖25 熱風爐爐殼FEM計算分析研究

　　研究發(fā)現(xiàn)造成爐殼失效的裂紋主要是爐殼內(nèi)表面焊縫附近的疲勞裂紋，原因是焊縫附近應力超過了材料的疲勞極限，為此開發(fā)出熱風爐焊縫附近局部區(qū)域應力監(jiān)測技術(shù)（圖26、圖27）。與此同時，還開發(fā)出一系列兼顧應力控制和爐殼防腐的熱風爐爐殼修復技術(shù)。針對拱頂整體修復、局部修復和新建熱風爐分別從材質(zhì)、裝配、焊接工藝、應力控制等方向?qū)Ψ桨高M行了優(yōu)化，最大程度考慮了應力控制和防腐問題，在生產(chǎn)實踐中應用取得顯著效果。

　　圖26 熱風爐工作過程爐殼應力測試研究

　　圖27 熱風爐工作過程爐殼最大交變應力檢測結(jié)果

　　（3）低應力-無過熱熱風爐管道長壽技術(shù)研發(fā)

　　基于彈塑性結(jié)構(gòu)力學和材料力學理論，復雜管系采用專業(yè)管道分析軟件進行建模分析（圖28），對管道的支吊架和補償器進行優(yōu)化設計，形成了以三角形剛性拉桿為代表的熱風爐管道安全長壽設計方法和結(jié)構(gòu)（圖29）。開發(fā)研制出異形鎖砌結(jié)構(gòu)的組合磚，顯著提高砌筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。設計開發(fā)了熱風管道新型自鎖密閉式砌筑結(jié)構(gòu)（圖30）、補償器內(nèi)部耐火襯砌筑結(jié)構(gòu)（圖31）。本研究包括熱風支管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、熱風管系仿真計算分析、熱風管道低應力管系設計、熱風支管預變位技術(shù)、熱風管道耐火材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。

　　圖28 復雜管道的仿真計算分析

　　圖29 低應力熱風爐管系優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)

　　圖30 新型熱風管道組合磚結(jié)構(gòu)

　　圖31 幾種補償器內(nèi)部磚襯設計優(yōu)化結(jié)構(gòu)

　　5、開發(fā)了熱風爐燃燒動態(tài)精準控制模型和智能化信息物理系統(tǒng)（CPS），開發(fā)了熱風爐爐體及管道系統(tǒng)全天候智能化監(jiān)測系統(tǒng)

　　首創(chuàng)提出熱風爐能效比的概念，為熱風爐高效低碳、節(jié)能減排、提高能效奠定了量化評價標準。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調(diào)節(jié)。高爐風溫穩(wěn)定達到1250℃以上，熱風爐能效比≤1.15，助燃空氣過剩系數(shù)≤3%，熱風爐風溫系數(shù)≥91.5%，熱風爐拱頂溫度與風溫差值≤120℃。

　　（1）研發(fā)大型頂燃式熱風爐智能化控制技術(shù)

　　熱風爐工作時燃燒、換爐、送風循環(huán)交替運行，屬于典型的耗散結(jié)構(gòu)過程。本研究通過建立準確的、多變量參數(shù)的熱風爐信息物理系統(tǒng)（CPS），基于數(shù)字模型對蓄熱和送風趨勢進行預測，根據(jù)預測結(jié)果，借助機器學習構(gòu)建人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行推演，獲得對空煤氣調(diào)節(jié)閥的智能化感知和控制決策。熱風爐智能化燃燒控制的技術(shù)路線是利用熱風爐拱頂溫度、煙氣溫度、煙氣中殘氧檢測值、煤氣和空氣流量等檢測儀表的參數(shù)，基于快速燒爐的方法，使計算機自動調(diào)節(jié)煤氣和空氣的流量，在達到燃燒效果的同時實現(xiàn)燃燒期的智能化控制（圖32）。熱風爐智能燃燒控制系統(tǒng)在京唐2號高爐熱風爐系統(tǒng)應用取得顯著成效（圖33、圖34），實現(xiàn)了由傳統(tǒng)的反饋型控制向智能預測型控制的轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)具有了自感知、自適應、自學習和自決策能力。

　　圖32 熱風爐燃燒期各階段及優(yōu)化燒爐

　　圖33 首鋼京唐2號高爐熱風爐智能化控制系統(tǒng)

　　圖34 智能控制系統(tǒng)投用前后熱風爐操作參數(shù)曲線變化情況

　　（2）開發(fā)與應用熱風爐紅外在線監(jiān)控技術(shù)

　　開發(fā)了紅外成像、溫度檢測和圖像識別綜合技術(shù)的熱風爐爐體及管道監(jiān)測系統(tǒng)，為熱風爐系統(tǒng)安全長壽和穩(wěn)定運行奠定了技術(shù)基礎。在首鋼高爐熱風爐應用取得顯著成效（圖35），實現(xiàn)了熱風爐及管道系統(tǒng)全天候智能化監(jiān)控。

　　圖35 首鋼熱風爐及管道智能化監(jiān)控系統(tǒng)

　　四、應用情況與效果

　　近年來，本項目研究成果及相關(guān)技術(shù)，在完成單位9座高爐22座熱風爐應用。具體應用情況詳見表4。

　　表4 本項目研究技術(shù)及創(chuàng)新成果應用代表性工程業(yè)績

　　以首鋼京唐為例，京唐3號高爐熱風爐集成應用了本項目研究成果及關(guān)鍵技術(shù)，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(shù)，于2019年4月投產(chǎn)至今應用效果優(yōu)異。京唐3號高爐頂燃式熱風爐投產(chǎn)5年來，經(jīng)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(wěn)定可靠，噸鐵煤氣消耗≤380Nm³/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(chǎn)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(chǎn)，為了滿足環(huán)保和長壽要求對熱風爐進行了全面技術(shù)升級改造。采用本項目研發(fā)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(xiàn)超低排放。結(jié)合熱風爐爐殼開裂機理研究成果，爐殼采用了復合鋼板及應力消除技術(shù)，提高了熱風爐爐殼安全性，現(xiàn)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(xiàn)了熱風爐動態(tài)精準控制。在其他新建和改造項目中，頂燃熱風爐應用后，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，研究成果已推廣應用國內(nèi)外240余高爐、780座熱風爐。核心技術(shù)獲得俄羅斯、日本、烏克蘭、印度等國專利授權(quán)。2021年，與俄羅斯MMK鋼鐵集團簽訂7號1280m³高爐內(nèi)燃熱風爐升級改造燃熱風爐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(shù)壁壘，技術(shù)輸出國外，引領(lǐng)國際高風溫熱風爐技術(shù)發(fā)展。

　　本項目在首鋼京唐、遷鋼、中天、俄羅斯MMK鋼鐵等國內(nèi)外高爐熱風爐上應用，近3年累計經(jīng)濟效益達21億元，經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益顯著，推廣應用前景廣闊。

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