热风循环技术在原料解冻库的应用

2022-05-24李鹏元徐永权

冶金能源 2022年3期

李鹏元徐永权方田

(中钢集团鞍山热能研究院有限公司)

煤、矿石等作为目前国内冶金和焦化企业主要大宗生产原料，均需要长途运输才能由供应地运输至生产企业，运输量巨大且多采用铁路运输。在我国东北、华北、内蒙古等寒冷地区，由于冬季结冻时间较长，各企业生产需求煤、矿石等经长途运输后大多都被冻结在运输车厢内，卸车困难。同时煤、矿石等原料冻结成块，影响原料的透气性、导热性等物化性能，进而影响稳定生产，导致产品能耗升高和产量降低。

为解决该问题，一些企业尝试用蒸汽暖库形式解冻，也就是早期的解冻库，后期又出现电加热、热风、热废气等作为解冻热源的解冻库。由于蒸汽热量的二次转换，蒸汽解冻方式能量损失较大、效率低，现已基本被淘汰。电加热形式由于解冻过程中的空气介质湿度不断增加，影响电热元件效率与使用寿命，且存在安全隐患，难于推广。热风与热废气介质的应用涉及两种形式，一是通过余热预热空气形成热风，也涉及二次转换效率低的问题；二是利用热风直接加热原料，加热后烟气直接排放，能耗高，不能满足当今超低排放及双碳目标的生产转型升级要求。

1 热风循环技术

辽宁某钢铁公司在原有解冻库(未采用热风循环技术)不能满足生产原料解冻供给的情况下，采用热风循环技术新建了一座原料解冻库。新建解冻库利用厂内自产富裕低热值高炉煤气为热源，对运输车厢及原料进行升温解冻。

1.1 工艺介绍

高炉煤气及助燃空气通过燃烧智能控制单元进行分级燃烧，产生的1 150 ℃高温烟气进入热风炉与一次回风混匀，降低燃烧火焰温度，抑制了NOx的产生；经过一次混匀的450 ℃热风进入混风室与二次回风混匀，温度降至165 ℃，满足解冻库入库需求后，通过循环风机供入解冻库；完成换热的低温热风经过回风母管进入热风炉和混风室进行一、二次混匀再热。热风循环解冻库工艺流程见图1。

图1 热风循环解冻库工艺流程

1.2 主要设备

热风循环解冻库的核心设备主要包括燃烧智能控制单元、热风炉和循环风机。

(1)燃烧智能控制单元是以解冻库库体各区所需平均温度为目标值，同时对燃烧、回风配比进行智能化调节。回风系统设置CO、O2在线检测仪器，对智能控制系统的比例调节模块、开度调节模块进行实时反馈修正，优化空燃比，既保证了煤气充分燃烧，又降低了助燃冷态空气摄入量。智能控制单元内部集成的压力检测仪表及泄露自巡检模块，可保证系统在运行、启动、停止过程中的安全稳定。

(2)热风炉是实现高炉煤气化学能转变为热能的核心设备，设备配套煤气—空气双分级高效燃烧装置。在保证燃烧充分的情况下，降低中心高温火焰区域温度，实现低氮燃烧。同时，针对解冻库混风需求，混风炉设置内部一次预混、二次混合、旋流混合的三级混合结构，实现系统回风与燃烧热风均匀混合，保证解冻库内温度场的均匀性和稳定性。

(3)循环风机采用工业变频离心风机，配套变频交流电机，是维持解冻库热风系统正常运行的压力驱动设备。该风机的变频控制信号与库体各区域压力检测点、供风压力、回风压力实现连锁控制，从而保证热风系统流量及压力稳定。

2 理论分析

根据原解冻库整体供需热量情况，可得到热量平衡关系式(1)。

Q+Q7a=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6

(1)

式中：Q为燃料化学热量；Q7a为热载体空气显热量；Q1为围护结构散热量；Q2为物料加热吸热量；Q3为加热及融化冰需要热量；Q4为加热物料表面水需要热量；Q5为蒸发物料表面水需要热量；Q6为车辆升温吸收热量。

根据新解冻库整体供需热量情况，可得到热量平衡关系式(2)。

解冻库的热消耗与库体维护形式、原料特性、原料体积、原料解冻工艺温度、原料含水率、原料结冰情况及运输车辆的升温特性等相关，所以两解冻库的热消耗基本一致。新解冻库采用热风循环技术，热供给差异主要为原解冻库的热载体空气热量Q7a和新解冻库的回流热风热量Q7b。

新建解冻库热风炉以企业自产的高炉煤气为燃料，热值为3 748.1 kJ/m3，其成分见表1。配套的煤气—空气双分级高效燃烧器空燃比为1.2，烟气成分见表2。采用混合热风为热载体，混合后供热风温度为160.5 ℃，供热风量为22万m3/h，部分热风循环，热风循环率为80%，循环热风温度为79.6 ℃，其成分见表3。