钢铁工业在冶炼生产过程中，会产生富含热值的焦炉煤气，同时也会产生低热值的高炉和转炉煤气。长久以来，高热值的焦炉煤气获得了比较多的利用，但低热值的高炉、转炉煤气却大量直接的排放掉，能源利用效率不高，同时造成环境污染，对企业节能减排、降本增效和可持续发展都造成了极大影响。

山东某钢铁企业在高炉生产过程中存在部分剩余煤气，公司为实现废气零排放的环保目标，在分厂成立了回转窑技术攻关小组，尝试将回转窑的燃料从单一煤粉变为高炉煤气与煤粉混烧，并获得初步成功，项目配套燃烧器的高炉煤气使用流量达到最大值5000m³/h。为进一步增加高炉煤气使用量，该企业积极与襄阳中和技术有限公司进行技术交流与合作，为回转窑开发出高效节能新型燃烧器，安装运行后使用效果良好。

1 石灰煅烧工艺

该企业年产26万吨活性石灰回转窑采用竖式预热器—回转窑—竖式冷却机工艺。

石灰从输送机提升至竖式预热器顶，经过预热器由1050-1150℃的高温烟气预热至约900℃之后，由推杆推入窑尾烟室逐渐滚动到窑头，在回转窑内逐渐升温，经过分解、煅烧，煅烧温度1250-1350℃，在窑口下料落入竖式冷却器中，由冷却空气（二次风机）降温至环境温度约40℃，二次风经换热后进入回转窑时一般在600-700℃，窑内产生的高温烟气经过预热器换热后温度降低至约170-190℃，随后进入除尘器，由高温风机排到烟囱。

2 高炉煤气的利用

高炉煤气因可燃成份CO、H₂、烷烃之类总含量较少约25%，其热值低，单位热值生成的烟气量大，烟气温度较低，如单纯使用高炉煤气很难达到回转窑工艺要求，需要掺烧煤粉等其他好热值燃料。粉由输送空气送入窑内，煤粉浓度一般控制在2-6kg/m³_空气，单位热值约合10000-40000kCal/m³，同时煤粉细度控制在200目以下合格率≥92%，可燃气体需要较长时间才能完全燃烧，煤粉在回转窑内充分燃烧的情况下，煅烧温度最高可达1600℃以上。因此，在回转窑燃烧器的设计上考虑煤粉中掺烧若干量的高炉煤气，以满足活性石灰的煅烧要求。原来设计的燃烧器只能燃烧3000 - 5000 Nm³/h的高炉煤气，并且火焰形状短粗，窑内温度很不均匀，混烧效果差，热耗偏高。经过襄阳中和技术人员科研攻关，最终设计出掺烧大气量高炉煤气的多通道煤、气混烧的SR2高效节能燃烧器。

该企业于2019年10月开始使用SR2高效节能燃烧器，经过双方技术人员协同调试，最终达到满意效果，煤粉与高炉煤气在窑内燃烧速度快、燃尽率高，火焰形状好，长度适宜，高炉煤气使用量提高至8000 - 11000 Nm³/h，相比于之前，单位综合热耗8%以上，单位煤粉使用量13%以上。具体数据见下表：

3 高炉煤气节能应用机理分析

高炉煤气典型成份如下：

在20℃及1个大气压下的层流火焰前沿移动的正常速度值如下：

根据文献¹，在CO 30.3%、H₂ 6.3%、CO₂ 19.2%、N₂ 44.2%的情况下和空气混合物在20℃及1个大气压下测定其层流火焰最小传播速度为(16.66±0.63)cm/s，最大传播速度为(20.74±0.68)cm/s。

根据文献²，在CO₂从40%增加到60%再增加到80%时火焰传播速度大幅降低，在O₂从20%增加到30%再增加到40%时火焰传播速度大幅提高。

高炉煤气的火焰传播速度偏低，并且在窑内一定量空气的情况下，从最初燃烧到燃尽过程中CO₂浓度逐渐提高，而O₂浓度逐渐降低，火焰传播速度会受到一定的限制。

同时，高炉煤气作为气体燃料，与煤粉固体燃料相比，空气混合扩散速度提高了数十倍，因此石灰回转窑采用高炉煤气与煤粉混烧，与单纯煤粉相比，燃烧器出口处燃烧迅速一些，冷却带偏短些；但后期燃烧缓慢，煅烧带更长一些，预热带、窑尾温度也进一步提高，石灰石在窑内煅烧时间加长，使预热器中预热温度更高，从而可以在保证石灰活性度和成品率的情况下，降低窑内煅烧带温度。

4 结束语

通过将近两个月的生产实践证明，SR2高效节能燃烧器在活性石灰回转窑上的应用是成功的。高炉煤气虽然有低热值、难燃烧、烟气量大特性，但如果合理利用，可以取得优化燃烧、节能降耗的效果。

关键词  高炉煤气 高效节能  石灰回转窑系统