钢铁行业“十五五”高质量发展进程中，高炉热风炉作为炼铁工序的关键热工装备，其技术水平深刻影响着企业的能效水平与环保绩效。作为国内高炉炼铁领域技术开拓者与领军企业，中冶京诚工程技术有限公司（简称中冶京诚）依托数十年热风炉技术积淀，自主研发的低碳低氮旋切顶燃式热风炉成套技术，在单烧高炉煤气条件下实现平均送风温度≥1250℃、烟气NOx排放浓度≤25mg/m³的行业领先指标，为钢铁行业节能降碳与超低排放提供了成熟可靠的“京诚解决方案”。 　　  

持续迭代 铸就领军地位

　　早在20世纪80年代，中冶京诚便开启了热风炉核心技术的自主化探索之路。1985年，公司自主研发的国内首套热媒式余热回收装置在本钢成功投运，填补国内技术空白，为热风炉余热高效利用体系奠定技术根基；90年代，企业率先完成2000m³级高炉DIDIER外燃式热风炉国产化研发与工程应用，打破海外技术垄断。 

　　针对传统内燃式热风炉拱顶结构稳定性差、设备服役周期短、热效率偏低等行业共性难题，中冶京诚自主研发出悬链线拱顶、独立拱顶结构、梅花多孔型炉箅子等核心技术，从结构底层优化热风炉受力特性与全生命周期效能。2004年，首座自主研发的旋切顶燃式热风炉建成投产，成为公司技术发展的里程碑，彻底打破海外技术在国内市场的垄断格局。 

　　历经二十余年持续优化，旋切顶燃式热风炉技术已覆盖450m³至4000m³级高炉全系列，累计服务国内210余座高炉，并成功推广至印度、印尼、马来西亚等海外市场。先后斩获多项省部级科技奖项，核心工艺入选国家重点节能技术推广目录，整体技术水平达到国际领先。 　　  

四大创新 破解行业难题点

　　针对传统热风炉燃烧效率偏低、煤气消耗量大、NO_x排放超标等行业共性难题，中冶京诚通过全流程集成创新，形成四大核心技术体系： 

　　创新点一：高效低碳低氮燃烧器+互锁式气流均衡格子砖，实现高风温、低能耗、超低氮排放。整套技术可在单烧高炉煤气条件下，实现送风平均温度≥1250℃、单位加热风量单位风温热量消耗≤1.52kJ/Nm³/℃、烟气中NO_x浓度≤25mg/m³的目标。 

　　高效低碳低氮燃烧器针对传统热风炉燃烧不完全、CO₂和NOx排放偏高的短板，基于浓淡燃烧和低氧燃烧理论指导燃烧器结构优化，将助燃空气过剩系数控制在1.03以内，实现高炉煤气充分燃烧，烟气中O₂含量≤0.25%、CO含量≤0.0012%、NO_x浓度≤25mg/m³。 

                                                                                                图1 燃烧器方案图                                   图2 燃烧器仿真图 　　                    图3 燃烧器实物图 　　  

　　互锁式气流均衡格子砖针对常规格子砖换热面积利用率不足、蓄热换热效率低的问题，基于维数变化原理和卯榫咬合结构，开发凹凸槽锁扣和水平气体通道，将蓄热体有效换热利用率从70%提高至80%以上。 

                                                                                                                              图4 常规格子砖                             图5 互锁式气流均衡格子砖 

　　创新点二：锁扣独立拱顶+分段式炉体+长寿热风管道成套技术，延长设备服役寿命。创新研发锁扣式独立拱顶、分段式热风炉本体结构，配套约束导向型热风管道长寿技术、热风输送管道吸收膨胀及拉紧装置，显著改善热风出口、管道三岔口钢壳和内衬耐火材料的受力状态，保障热风炉核心部位钢壳和内衬长期稳定运行，大幅延长设备整体使用寿命。 

　　创新点三：热焓模型+专家系统智能自控平台，实现热风炉全自动精准烧炉。融合热焓燃烧数值模型与专家系统，自主开发热风炉自寻优控制系统及烧炉模型，有效解决了热风炉烧炉过程大滞后、非线性的控制难点，实现了全程无人干预智能精准烧炉，综合煤气消耗量降低3%~8%。 

                                                                                                                            图8 数学模型结构图                           图9 烧炉模型操作画面

　　创新点四：废气资源化回收配套节能工艺，最大化余热利用效率。基于废气资源回收和能源梯级利用的思路，开发了无扰动换炉、“一烧两送”、空煤气分时预热等一系列极致能效技术： 

　　回收排压废气用于热风炉充压换炉技术。该技术通过回收热风炉换炉阶段排压废气，搭建多功能充排压系统，实现无扰动自动换炉，换炉操作完全独立于高炉运行工况，杜绝高炉入炉风压大幅波动；同步回收废气余热，实现吨铁碳排放降低约1kg；回收排压废气中的O₂，折合吨铁可利用氧气5.3Nm³，大幅减少废气直排造成的能源浪费。 

　　首创热风炉“一烧两送”操作制度。传统三座热风炉普遍采用“两烧一送”运行模式，存在送风周期温差波动大、平均送风温度偏低、烧炉工序工时富余等问题。本技术配套专用大功率燃烧器，首创“一烧两送”智能操作制度，可将整体送风温度提升~30℃。 

　　首创空煤气分时预热工艺。利用热风炉烧炉时废烟气温度变化的特性，结合烧炉阶段对空、煤气预热温度的需求，创新空煤气分时预热工艺，提升烧炉后期空煤气预热温度~50℃，充分挖掘热风炉烟气余热利用潜力。　　  

卓越业绩 领航绿色转型

　　对标国内外主流热风炉技术，该技术可在单烧高炉煤气条件下，实现送风平均温度达到1250℃以上/单位风量单位风温热量消耗从1.6kJ/Nm³/℃降至≤1.52kJ/Nm³/℃，烟气中NO_x排放浓度从约50mg/Nm³降至≤25mg/Nm³，节能、降碳、超低排放综合竞争力行业领先。 

　　天津某钢厂1380m³高炉应用案例显示：自2012年投产至今，热风炉平均送风温度≥1250℃，吨铁燃料比降低~5kg/t；每年节约生产运行成本1915.9万元，减少CO2排放3.9万t；热风炉烟气中NOx平均排放浓度仅8.15mg/m³，相较行业平均水平每年削减NO_x排放约135吨，经济效益与环保效益显著。 

　　该成套技术具有完全自主知识产权，累计申请专利、软件著作权84项，其中授权发明专利16项（含海外专利2项）、实用新型专利43项、软件著作权1项。2023年入选中国金属学会《钢铁工业降本增效共性技术的清单》，经权威成果评价，整套技术综合水平达到“国际领先”。 　  

全球布局 赋能炼铁未来 

　　目前，本技术已应用于天津荣程、北营钢铁、兴澄特钢、丰南纵横、河钢唐钢、邯钢、马来西亚东钢等国内外218座高炉。在钢铁行业绿色低碳转型加速推进的背景下，中冶京诚低碳低氮旋切顶燃式热风炉凭借高风温、低消耗、长寿命、超低氮氧化物排放等核心优势，将持续赋能钢铁行业绿色低碳、高效高质量发展。