科技創(chuàng)新
高效低碳熱風(fēng)爐 綠色智慧安耐克
科技成果評(píng)價(jià)
一、“高效低碳高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新”科技成果
2023年8月4日，中國(guó)金屬學(xué)會(huì)在北京組織召開(kāi)了由鄭州安耐克實(shí)業(yè)有限公司、首鋼集團(tuán)有限公司等單位合作完成的“高效低碳高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐關(guān)鍵技術(shù)研究與創(chuàng)新”科技成果評(píng)價(jià)會(huì)。評(píng)價(jià)委員會(huì)聽(tīng)取了項(xiàng)目完成單位所作的研究報(bào)告、應(yīng)用報(bào)告、效益報(bào)告和科技查新報(bào)告，并審查了全部文件資料，經(jīng)質(zhì)詢(xún)、討論，形成評(píng)價(jià)意見(jiàn)如下：
一、提供的資料齊全、數(shù)據(jù)翔實(shí)，符合評(píng)價(jià)要求。
二、在綠色低碳發(fā)展背景下，該項(xiàng)目圍繞高爐熱風(fēng)爐高效燃燒、超低排放、安全穩(wěn)定運(yùn)行等共性技術(shù)難題，研發(fā)出高效低碳、綠色清潔、高溫長(zhǎng)壽新型頂燃式熱風(fēng)爐及關(guān)鍵技術(shù)。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下:
1.研發(fā)應(yīng)用了高效低碳高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)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(fēng)爐高效清潔燃燒理論，發(fā)明了頂燃式熱風(fēng)爐三維渦旋擴(kuò)散燃燒技術(shù)和超大功率高效旋流擴(kuò)散燃燒器，單體燃燒功率達(dá)到 180MW。集成創(chuàng)新了高效低低碳清潔燃燒與能源高效轉(zhuǎn)換合關(guān)鍵技術(shù)，CO燃燒耗散率低于20ppm，系統(tǒng)熱效率達(dá)到85%以上。
2.創(chuàng)新開(kāi)發(fā)出頂燃式熱風(fēng)爐高效、低碳、清潔的燃燒技術(shù)。運(yùn)用多場(chǎng)耦合數(shù)值仿真模擬、物理模型實(shí)驗(yàn)研究、熱態(tài)半工業(yè)化試驗(yàn)研究、熱風(fēng)爐實(shí)際運(yùn)行測(cè)試研究等多種研究模式，研究解析了三維渦旋擴(kuò)散燃燒型高效燃燒器的氣體擴(kuò)散、混合、傳質(zhì)和燃燒過(guò)程，發(fā)明了基于旋流高效燃燒、強(qiáng)化擴(kuò)散混合、低氮氧化物和低空氣過(guò)剩系數(shù)的超大功率燃燒器。在風(fēng)溫 1250°C條件下，熱風(fēng)爐燃料消耗降低到 1.14GJ/ t (折算高爐煤氣消耗370Nm³t)以下，熱風(fēng)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(fēng)爐耐火材料設(shè)計(jì)、制造和配置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。研究了服役后熱風(fēng)爐耐火材料損毀機(jī)理，提出了提高服役性能和安全可靠性的技術(shù)解決方案;優(yōu)化設(shè)計(jì)了熱風(fēng)爐關(guān)鍵部位耐火材料磚型結(jié)構(gòu)、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?zé)嵴鹦詢(xún)?yōu)異的莫來(lái)石-紅柱石-董青石磚，開(kāi)發(fā)出陶瓷燃燒器、高溫?zé)犸L(fēng)管道耐火材料澆筑、預(yù)制、組合等關(guān)鍵技術(shù)，并投入大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
4.研發(fā)了低應(yīng)力-無(wú)過(guò)熱熱風(fēng)爐爐體及管道長(zhǎng)壽技術(shù),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了低應(yīng)力熱風(fēng)爐爐體及熱風(fēng)管道體系。研究解析了大型熱風(fēng)爐高溫區(qū)爐殼、耐火材料和熱風(fēng)管道等關(guān)鍵部位局部過(guò)熱、應(yīng)力腐蝕疲勞開(kāi)裂及其破損的機(jī)理和規(guī)律，在5500m³高爐頂燃式熱風(fēng)爐上采用新型耐腐蝕不銹鋼-高強(qiáng)合金鋼的復(fù)合爐殼結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)了抗腐蝕-低應(yīng)力的爐殼建造技術(shù)，建立了用于爐殼焊后殘余應(yīng)力消除、爐體及管道智能化監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)等技術(shù)體系。
5.開(kāi)發(fā)了熱風(fēng)爐燃燒動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)控制模型及智能化信息物理系統(tǒng)(CPS)熱風(fēng)爐爐體及管道系統(tǒng)全天候智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。提出了熱風(fēng)爐能效比指標(biāo)，為熱風(fēng)爐高效低碳、節(jié)能減排、提高能效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)數(shù)字化控制實(shí)現(xiàn)了煤氣和助燃空氣流量熱風(fēng)爐拱頂溫度、送風(fēng)溫度、煙氣溫度及成分的精準(zhǔn)控制。高爐風(fēng)溫穩(wěn)定達(dá)到 1250°C以上，熱風(fēng)爐能效比≤1.15，助燃空氣過(guò)剩系數(shù)≤ 1.02％，熱風(fēng)爐拱頂溫度與風(fēng)溫差值≤100°C。
三、該成果已獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利 37 項(xiàng)(其中國(guó)際專(zhuān)利4 項(xiàng))，制定國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范10 項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文 60 余篇。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于首鋼京唐3號(hào)5500m³高爐、遷鋼2號(hào)高爐熱風(fēng)爐升級(jí)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(guó)內(nèi)外240余座高爐、780余座熱風(fēng)爐上應(yīng)用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益，應(yīng)用前景廣闊。
二、“大型高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)裝備開(kāi)發(fā)與應(yīng)用”科技成果
2013年12月17日，河南省科技廳組織有關(guān)專(zhuān)家，對(duì)鄭州安耐克實(shí)業(yè)有限公司、北京首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司和北京科技大學(xué)共同完成的 “ 大型高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)裝備開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 ” 項(xiàng)目進(jìn)行了科技成果鑒定。鑒定委員會(huì)審閱了提交的鑒定材料，聽(tīng)取了項(xiàng)目完成單位的匯報(bào)，經(jīng)質(zhì)詢(xún)和充分討論，形成鑒定意見(jiàn)如下：
一、提供的鑒定資料齊全，內(nèi)容翔實(shí)，數(shù)據(jù)可靠，符合鑒定要求。
二、提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫是當(dāng)代高爐煉鐵實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要方向之一。該項(xiàng)目通過(guò)研究、工程設(shè)計(jì)和材料制造等方面的協(xié)同創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)了大型高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐系統(tǒng)技術(shù)裝備及材料，取得了如下成果：
開(kāi)發(fā)了熱風(fēng)爐動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大型頂燃式熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)的系統(tǒng)優(yōu)化；開(kāi)發(fā)應(yīng)用了兩級(jí)雙預(yù)熱技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低品質(zhì)煤氣的高效利用；在流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)等耦合研究的指導(dǎo)下，開(kāi)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(diǎn)的擴(kuò)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(shè)計(jì)和制造，
消除了管道系統(tǒng)普遍存在的局部應(yīng)力過(guò)高和過(guò)熱現(xiàn)象；創(chuàng)建了頂燃式熱風(fēng)爐耐火材料的配置和性能指標(biāo)體系，制定了 3 項(xiàng)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并形成了關(guān)鍵耐火材料的核心技術(shù)。
三、該成果率先應(yīng)用于首鋼京唐 5000m級(jí)高爐，取得了風(fēng)溫達(dá) 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(yīng)用，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益明顯。
建議：針對(duì)不同規(guī)模的高爐，將該技術(shù)系列化并加快推廣應(yīng)用。
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