中国科学院力学所魏小林团队：转炉煤气全干法显热回收节能新技术
中国科学院力学所魏小林团队：转炉煤气全干法显热回收节能新技术
随着我国钢铁产量的持续增长，转炉煤气的高效利用已成为冶金行业节能降碳的关键课题。中国科学院力学研究所魏小林团队经过多年攻关，成功研发出转炉煤气全干法显热回收新技术，不仅实现了850℃以下煤气显热的高效回收，还显著提升了钢铁企业的能源利用效率。
目前我国每年粗钢产量达到10 亿t 规模，超过世界钢产量的50%，其中80%为转炉冶炼。转炉炼钢作为钢铁冶金的核心工艺，通过氧气顶吹铁水进行脱碳，产生大量高温煤气(可达1500℃以上)，存在大量余能、余热。转炉煤气具有间歇性、多尘性、爆炸性等特点，煤气中低温(850℃以下)余热一直难以高效利用，导致转炉煤气浪费50%以上的能源。2021 年，国家发展改革委等五部门公布《冶金、建材重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案(2021-2025 年)》，要求到2025 年，通过在钢铁等行业实施节能降碳行动，不断增加转炉工序能效达到标杆水平(–30kgce/t)的产能比例，明显降低碳排放强度。
转炉喷水/水雾降温工艺
转炉间歇性剧烈吹氧的工作过程决定了煤气具有多尘性、爆炸性、波动性等三个特点，因此在目前的转炉工艺中，煤气经过汽化冷却烟道降温至850℃左右不得不采用喷水/水雾的降温方式(图1.16)，导致850℃以下的显热资源完全浪费。
在日本OG 法、德国LT 法等转炉烟气净化及回收的基础上，我国从20 世纪70 年代就开始了转炉煤气的余热利用技术研发工作，到80 年代国内许多转炉通过汽化冷却烟道余热锅炉回收了高温煤气(1500℃以上)的显热并产生蒸汽，但是国内外一直没有利用转炉煤气中低温(850℃以下)显热的成熟技术。在20 多年前，我国冶金行业的专家就开始探讨转炉煤气全部显热回收的问题，推动了此领域的技术进步，中国科学院力学研究所一直参与转炉煤气爆炸方面的技术研发工作。2006 年后，作者在国家863 目标导向类课题、中国科学院节能减排重点项目与战略性先导科技专项(A 类)课题以及4 项国家自然科学基金项目的支持下，开展了实验研究、中试研究和现场示范等研发工作，实现了转炉煤气全干法显热回收技术的实际应用。
▋转炉煤气全干法显热回收节能新技术
中国科学院力学研究所针对以上转炉煤气显热回收的三个难点，提出研发转炉煤气高温除尘、全干法显热回收及放散煤气催化燃烧等技术，彻底取消转炉OG法和LT 法原有的喷水/水雾降温工艺及低热值煤气放散方式，形成转炉煤气全干法显热回收节能新工艺。2021 年8 月，中国科学院力学研究所科研团队在内蒙古包钢钢联股份有限公司一台100t 转炉上成功进行了转炉全干法工艺的集成示范，实现超过168h 的连续稳定运行，当月累计炼钢量约600 炉。该技术的应用，能够帮助钢铁企业在转炉炼钢过程中实现吨钢额外产蒸汽60kg 以上，经济效益和社会效益显著。
转炉煤气全干法显热回收节能新工艺
“十四五”期间，钢铁企业节能空间已越来越小，这就要求相关部门大力鼓励钢铁行业节能新技术和新设备的研发、推广及应用。转炉煤气全干法显热回收工艺与装备技术能够显著提高转炉的“负能炼钢”水平，助力企业转炉工序达到能效标杆水平，推动钢铁企业生产过程实现节能降碳。该技术的应用必将帮助钢铁企业向着“双碳”目标阔步前进。
《氧气转炉煤气节能降碳原理及全干法技术》（魏小林等编著. 北京 :龙门书局, 2024. 10）是此领域研究工作的总结和展望。本书从氧气转炉炼钢工艺特点出发，阐述转炉煤气余热、余能特点和利用难点，提出转炉煤气全干法绿色低碳新工艺的关键科学问题，从科学理论上阐述转炉煤气节能降碳原理，从工程技术角度提出全干法节能技术的实现途径，同时介绍目前转炉节能新技术的发展趋势。本书可为转炉工序达到能效标杆水平提供有力的技术支撑，促进钢铁工业实现技术转型升级。
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本书共十章，系统性地介绍转炉炼钢工艺概况，转炉煤气余能间歇性、多尘性、爆炸性的特点，转炉煤气全干法余热回收技术。针对转炉煤气余热波动性问题，分析转炉煤气生成特性；针对转炉煤气余能回收利用中多尘性问题，研究转炉冶炼周期内灰尘沉积特性与清灰方法；针对转炉煤气余能回收利用中存在的爆炸问题，研究转炉煤气爆炸特性和遏制爆炸的措施及技术。针对转炉煤气余能、余热回收技术，探究转炉煤气有组织燃烧和催化燃烧机制，开发放散煤气高效有组织可控燃烧技术、放散煤气的催化燃烧技术、煤气全干法余热高效回收技术、转炉余能利用控制技术以及转炉节能新技术。
《氧气转炉煤气节能降碳原理及全干法技术》首先对转炉炼钢流程及基本原理做了一个简要而又系统的介绍，使读者能够对氧气转炉炼钢有全面的认识。同时阐述了转炉煤气余热、余能特点和利用难点，特别对已经引进的转炉煤气降温除尘OG 法和LT 法的原理及优缺点进行客观的介绍，并提出了转炉煤气全干法绿色低碳新工艺的关键科学问题，从科学理论上阐述了转炉煤气节能降碳原理，从工程技术角度提出了全干法节能技术的实现途径。这也正是我国转炉一次除尘工艺从引进到消化吸收，最终加以改进的必由之路。
该书可以作为转炉炼钢行业工程技术人员的基本参考书，让工程技术人员对转炉炼钢的原理有更深层的认识，也可作为钢铁行业节能研究者的入门读物，使研究人员理解工程需求。
岳光溪
中国工程院院士，清华大学教授
2023 年6 月27 日
本文摘编自《氧气转炉煤气节能降碳原理及全干法技术》（魏小林等编著. 北京 :龙门书局, 2024. 10）一书“前言”“第1 章 转炉炼钢工艺及能源消耗”“序”，有删减修改，标题为编者所加。
(碳中和多能融合发展丛书 / 刘中民主编)
ISBN 978-7-5088-6444-0
责任编辑：吴凡洁 罗 娟