改進型頂燃式熱風爐在攀鋼2號高爐的應用

32 2010 年第 33 卷第 1 期 改進型頂燃式熱風爐在 攀鋼 2 號高爐 的 應用 劉樹芳 （攀鋼釩煉鐵廠） 摘 要 :介紹了攀鋼 2 號高爐熱風爐技術改造采用 3 座改進型頂燃式 熱風爐 的情況 。 其結構特點是 無獨立燃燒室，預燃燒室內(nèi)置于熱風爐拱頂之上， 拱頂和預燃室均 支撐在爐殼上 ，結構穩(wěn)定性好，氣流分布均勻，加 熱能力大 ，熱效率高， 燃燒特性好，拱頂升溫快，易于操作調劑 ， 能長期保持高風溫和實現(xiàn) 熱風爐 長壽。 投產(chǎn)后經(jīng)過優(yōu)化操作， 全年月 平均風溫達到了 1 200 ，實現(xiàn)了高風溫目標。 關鍵詞 ： 高爐 ； 頂燃式 熱風爐 ； 風溫 0 引 言 隨著高爐冶煉的強化及大量噴吹燃料的需要，高爐對高風溫的要求越來越迫切，高風溫 已成為 高爐降低焦比、提高產(chǎn)量的有效措施。目前我國改造和新建高爐 均采用 高風溫熱風爐，到 2008 年國內(nèi)已有近 10 座高爐風溫水平達到 1 2001 250 。高爐高風溫是一項綜合技術。對高爐冶煉來講，高風溫有高的回報，但也需要高的投入。以相對較少的投入來獲得高風溫是近年來煉鐵工作者普遍關注和研究的問題。 攀鋼 2 號 高爐 有效容積 1 200 于 2007 年10 月 大修 并進行 熱風爐技術改造 ， 結合當前國內(nèi)外先進技術， 將原 3 座內(nèi)燃式熱風爐改造為 3 座 具有創(chuàng)新技術的 改進型頂燃式 熱風爐，在 熱 風爐配置、結構和耐火材料選擇上采用了多項新技術 。 投產(chǎn)后經(jīng)過優(yōu)化操作， 平均風溫 達到了 1 200 ， 實現(xiàn)了高風溫目標 。 1 大修前熱風爐 情況 攀鋼 2 號 高爐 1997 年 6 月第二次大修 時 ，配套采用 了 三座內(nèi)燃 改造 式熱風爐。其結構為 懸鏈線 形拱頂、 眼睛 形燃燒室、 矩 形陶瓷燃燒器、 七 孔格子磚 ， 三座熱風爐折合單位爐容蓄熱面積 m2/代爐役期間平均風溫 在 1 050 以上 。 盡管如此，與國內(nèi)先進 水平 （ 1 200 ）比較差距仍然很大。 并且 大修 投產(chǎn) 后不到 5 年 熱風爐 就出現(xiàn)燃燒振動、燃燒器局部損壞、火井 隔 墻開裂掉磚， 熱風出口周圍及熱風支管大面積發(fā)紅、掉磚現(xiàn)象，熱風出口還出現(xiàn)過 2 次燒穿事故。熱風爐使用 壽命 僅 10 年。 2 攀鋼 2 號高爐熱風爐 改造 改造方案 攀鋼 2 號 高爐熱風爐技術改造初步方案為新建三座內(nèi)燃改造式熱風爐，與原結構相同。 但考慮到內(nèi)燃式熱風爐的缺點是燃燒室和蓄熱室在同一爐殼內(nèi)，用隔墻分為兩室。火井墻兩側存在著溫度梯度、壓力梯度所產(chǎn)生的應力 ， 造成內(nèi)部砌體易損壞，蓄熱室死角多，熱效率低。國內(nèi)開發(fā)設計的內(nèi)燃改造式熱風爐在關鍵技術上仍然沒有吃透，尚存在問題。目前 國內(nèi)應用內(nèi)燃改造式熱風爐 較好的仍然是直接引進技術與 裝備的鞍鋼、武鋼、 包 鋼。 認為：如果 熱風爐技術 改造 仍 采用原結構 型 式，達不到高風溫和長壽的目標； 如果 引進技術，攀鋼不具備條件。 針對上述情況，認真分析了當時在國內(nèi)首秦、萊鋼等 高爐 上應用成功的卡魯金頂燃式熱風爐。與其他 型 式熱風爐相比有明顯不同，卡魯金頂燃式熱風爐沒有燃燒室，采用了內(nèi)置于爐頂中心頂部獨特的旋流式陶瓷預燃燒器，空、煤氣燃燒完全、穩(wěn)定，燃燒效率高，熱工特性好；熱風爐整體溫度、氣流分布均勻，減小了溫差引起的熱應力。在結構上消除了內(nèi)燃式熱風爐燃燒室固有的溫度差、壓力差和熱應力所帶來的隱患，從而提高風溫和延長 使用壽命。通過技術交流、實地考察 和 論證， 2 號高爐熱風爐 技術 改造確定為采用 3 座改進型頂燃式熱風爐。 攀 鋼 技 術 33 改進型頂燃式熱風爐 加 熱能力與工藝配置 通過多次 技術改造方案總圖優(yōu)化布置和 設計參數(shù)研討， 采用了具有創(chuàng)新技術的 3 座改進型頂燃式熱風爐，燒爐 全 采用低熱值的高爐煤氣， 設計年平均送風溫度 1 200 以上 ；熱風爐使用壽命 15 年以上。熱風爐設計 技術性能 參數(shù)見表 1。 表 1 改進型 頂燃式熱風爐 主要技術 性 能 高爐有效容積 / 熱風量 / (N m3熱風爐座數(shù) /座 平均風溫 / 拱頂溫度 / 熱風爐凈高 / m 蓄熱室斷面積 / 子磚高度 / m 加熱面積 / ( 單位爐容加熱面積 / (m2單位風量加熱面積/ (m21 200 3 200 3 1 200 以上 1 400 0 570 ： 格子磚 型式 為 19 孔 ， 正六邊形 。 與采用內(nèi)燃改造式熱風爐的方案比較， 同為 3座 熱風爐 時，單位爐容加熱面積由 原 80.0 m2/加到 m2/位風量加 熱面積由 原 30.0 m3加到 m3 加熱能力 提高了 高爐風溫可 達到 1 200 以上 ，有效地提高了熱風爐加熱能力。 根據(jù)高風溫和長壽的設計指標要求，進行合理地 工藝裝備配置 。 配套 3 座改進型頂燃式熱風爐；熱風爐 工藝閥門采用高溫電動閘板閥， 熱風系統(tǒng)管道采取耐高溫的材料與 消除熱應力 措施； 采用帶有前置加熱爐的 助燃 空氣、煤氣雙預熱設施， 助燃 空氣采用集中鼓風；高爐生產(chǎn)過程控制采用 制系統(tǒng)，計算機設備選用愛默生公司最新版本統(tǒng)。熱風爐配有子系統(tǒng)， 采用全鍵盤、全 作。采用計算機管理所有熱工參數(shù)，取消二次常規(guī)儀表，全 面顯示。 實現(xiàn) 熱風爐全自動燒爐、送風與控制。技術裝備和自動化水平達到目前國內(nèi)先進水平 。 改進型頂燃式熱風爐結構特點 改進型頂燃式熱風爐 由 爐殼、蓄熱室、拱頂、預燃室組成 （見圖 1） ，它 具有風溫高、壽命長、投資低等優(yōu)點，其結構特點分析如下： （ 1）高效噴射 旋流 式預燃室與燃燒 ：改進型頂燃式熱風爐實際上無獨立燃燒室，燃燒室處于熱風爐拱頂處，利用了拱頂空間。采用了獨特的 噴射旋流式陶瓷預燃燒室（燃燒器）內(nèi)置于熱風爐拱頂之上，高爐煤氣 及助燃空氣從燃燒器的環(huán)形腔噴口，以一定的角度噴入預燃室，邊混合邊燃燒，旋流向下進入拱頂燃燒室。燃燒的空氣過剩系數(shù)小， 燃燒完全、穩(wěn)定，燃燒效率高，形成高的實際燃燒 溫度。 預燃燒器 使用壽命長。 （ 2） 高效蓄熱室 ： 改進型頂燃式熱風爐的 蓄熱室、 燃燒室處于不同的標高，兩者之間沒有隔墻，蓄熱室截面上沒有死角。 使得送風 氣流分布均勻。在結構上消除了內(nèi)燃式熱風爐燃燒室 隔墻 固有的溫度差、壓力差和熱應力所帶來的隱患，從而 避免了熱風爐內(nèi)部砌體損壞， 延長使用壽命。 蓄熱室全部為格子磚，有效利用率 高。采用 六邊形、 19 孔、孔徑 30 格子磚，其加熱面積達到 48.0 m2/具有很高的換熱面積，熱效率高。 比內(nèi)燃改造式熱風爐使用 7 孔格子磚加熱面積 加熱能力大，從而提高風溫。 熱風爐本體自上而下圖 改進型頂燃式熱風爐示意 34 2010 年第 33 卷第 1 期 形成由高溫至低溫的溫度分布，送風溫度高。送風初期、送風末期熱風溫差小。 （ 3） 懸鏈線形拱頂結構 ： 改進型頂燃式熱風爐采用了 懸鏈線形拱頂結構。 懸鏈線形拱頂結構跨度小，依靠自身的重量和砌體之間的鎖緊結構，使拱頂處于整體壓緊狀態(tài)，消除了向外的推力 。 懸鏈線形拱頂有利于空間氣體流暢，溫度均勻分布，能夠 承受溫度和送風壓力的變化。 （ 4） 長 壽命的 結構 特點 ： 從整體結構上看，預燃室置于拱頂之上。熱風爐燃燒時，預燃室只是一個旋流混合區(qū)，燃料只有少部分燃燒， 溫度不高；熱風爐送風時，熱風不經(jīng)過預燃室，預燃室只承受熱風的輻射 。因此，整個工作周期，預燃室 溫度波動不大。熱風爐本體自下而上，無論是燃燒還是送風都是由低溫到高溫這樣一個溫度分布 ，溫度梯度分布穩(wěn)定，耐材所承受的熱 震小，承壓、承溫狀態(tài)較好。拱頂和預燃室均采用支撐在爐殼上的獨立支撐結構。 這些結構特點有利于提高爐體使用壽命。 此次熱風爐 改造在 砌體結構設計中采取 了 以下 長壽 措施：蓄熱室大墻、拱頂?shù)钠鲶w全部采用獨立式砌體結構， 采用 柔性材料配置滑動接縫 ， 所有砌體均能自由膨脹，不受阻 ； 采用懸鏈線拱頂結構，提高砌體的結構穩(wěn)定性，改善氣流分布 ； 拱頂與 預燃室砌體 重量直接作用在爐殼上 。 因此，爐墻砌體的不均勻膨脹不會影響拱頂。 高品 質耐火材料 使用 根據(jù)各部位所承受溫度和工作狀態(tài)，有 針對性選擇了耐火材料，高溫區(qū) 和重要部位優(yōu)選高品質耐火材料，低溫區(qū)和其他部位選擇常規(guī)耐火材料，可延長 熱風爐使用壽命和節(jié)省工程投資。 熱風爐下部低于 1 000 的區(qū)域采用 黏 土磚，上部高溫區(qū)域采用硅磚。 黏 土磚在 1 000 以下性能可靠，價格低。硅磚的高溫性 能 好，價格低于同等性能的低蠕變高鋁磚，從而節(jié)省了工程投資。 與新日鐵外燃式熱風爐比較， 改進型頂燃式熱風爐的預燃室位于拱頂上部，燃燒室利用了拱頂空間，從而簡化了結構，節(jié)約了場地，可節(jié)省工程投資 20%以上。 3 改進型頂燃式 熱風爐 應 用 在 2 號高爐大修期間（ 按設計 要求建造 3 座改進型頂燃式熱風爐 ， 投產(chǎn)后 通過熟 悉 與優(yōu)化 熱風爐操作、選擇合理燃燒制度、控制風溫波動等 ， 2008 全年平均入爐風溫 達 1 190 ，2009 年 1 6 月平均入爐風溫 1 195 ， 實現(xiàn) 了高風溫的目標。 熱風爐操作參數(shù) 優(yōu)化 生產(chǎn)中 在全燒發(fā)熱值較低的高爐煤氣情況下，進行熱風爐強化燃燒，盡量加大煤氣量， 充分發(fā)揮空、煤氣雙預熱設施的功能， 保證煤氣完全燃燒，采取快速燒爐法，在最短時間達到爐頂溫度最高，加快熱風爐蓄熱速度。生產(chǎn)實績單爐高爐煤氣耗量50 000 h，單爐助燃空氣耗量 40 000 h，空燃比 生產(chǎn)中穩(wěn)定高爐煤氣壓力，保證預熱后的高爐煤氣壓力穩(wěn)定在 8 上，預熱后的助燃空氣壓力穩(wěn)定在 10 上，使熱風爐在燃燒時長期處在比較穩(wěn)定的狀態(tài)下，減少了熱風爐拱頂溫度的波動，拱頂溫度穩(wěn)定在 1 360 1 380 ，廢氣溫度長期穩(wěn)定在 400 ，這樣就取得了 向高爐提供較高風溫的 先決條件。運用工序管理點監(jiān)控風溫趨勢（ _X 圖的現(xiàn)代化管理方法，控制風溫波動。 充分利用熱風爐廢煙氣溫度，把廢氣余熱利用率提高到最佳的水平 ，發(fā)揮空、煤氣雙預熱設施的作用 。預熱后高爐煤氣長期控制在 160 ；采用前置加熱爐二次預熱助燃空氣，預熱后助燃空氣長期控制在 300 左右，可提高煙氣理論燃燒溫度和拱頂 溫度，同時增大燃燒強度。有效地保證入爐風溫。2008 年 3 月 2009 年 6 月份 熱風爐 操作 參數(shù) 統(tǒng)計數(shù)據(jù) 見表 2（表中數(shù)值為年平均值） 。 表 2 改進型頂燃式 熱風爐操作參數(shù)統(tǒng)計 平均風 溫 / 拱頂溫 度 / 燒爐時 間 / 風時 間 / 氣溫 度 / 助燃空 氣量 / (h ) 高爐煤 氣量 / (h ) 空氣預 熱溫度 / 煤氣預 熱溫度 / 廢氣排放溫度 / 前置加熱爐煤 氣 量 / (h ) 1 192 1 377 114 75 400 39 995 50 000 298 165 154 2 965 攀 鋼 技 術 35 改進型頂燃式熱風爐 生產(chǎn)實績 2007 年 12 月 18 日 2 號高爐 第三次 大修 投產(chǎn)，投產(chǎn)后一直使用 3 座 熱風 爐生產(chǎn)。 改進型頂燃式熱風爐 由于工藝技術裝備和自動化水平高，投產(chǎn) 2 個多月操作人員就熟練掌握了新型熱風爐操作 。 采用旋流式陶瓷預燃燒 器 ，易加大燃燒量 ；加之 燃燒室利用拱頂空間使燃燒處于高溫環(huán)境下的結構特點；采用帶前置加熱爐的雙預熱配置 特點 ； 拱頂升溫快 ，易于操作調劑。在生產(chǎn)中不斷優(yōu)化操作，并實現(xiàn)了長期穩(wěn)定熱風爐操作參數(shù)。 2 號高爐大修前 2007 年 19 月 平均風溫 1 118 （使用 4 座熱風爐） 。 大修后 按 2008 年 全年產(chǎn)量、風溫統(tǒng)計，高爐年平均利用系數(shù) t/(m3d)，全年平均風溫 1 190 ， 平均風溫提高 72 。 有 2個月平均風溫達到了 1 212 ， 按目前熱風爐燒爐情況，熱風爐已具備風溫 1 200 的條件。 2009 年16 月平均風 溫 1 195 ， 入爐風溫達到 了 1 200 的設計指標。 因此， 熱風爐通過技 術改造，為今后高爐生產(chǎn)提 供 高風溫創(chuàng)造了條件，熱風爐砌體無檢修壽命有望達 15 年以上。 按 全年平均風溫提高 50 計， 年 可增加鐵產(chǎn)量 2 萬 t，節(jié)省冶金焦 1 萬 t，年創(chuàng) 經(jīng)濟效