太鋼4 350 m3高爐熱風(fēng)爐的設(shè)計

1、摘要在新建的太鋼4350m3高爐新日鐵外燃式熱風(fēng)爐的設(shè)計中，圍繞高風(fēng)溫長壽命采取了一系列措施：蓄熱室燃燒室、混風(fēng)室內(nèi)墻體與拱頂?shù)墓敖窍嘟犹?，采用迷宮式結(jié)構(gòu)，防止獨立砌體間竄風(fēng)；在開孔部位采用組合磚，以提高這些關(guān)鍵部位的氣密性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；蓄熱室內(nèi)采用帶凹凸槽的小孔徑七孔高效格磚，提高加熱面積；采用分離型余熱回收裝置預(yù)熱助燃空氣和煤氣等。 關(guān)鍵詞高爐熱風(fēng)爐高風(fēng)溫長壽 1概述    太鋼現(xiàn)在擁有4座高爐，1號高爐爐容324m3，2號高爐爐容296m3，3號高爐爐容1200m3，4號高爐爐容1650m3。為了適應(yīng)太鋼不銹鋼發(fā)展規(guī)劃的需要，滿

2、足煉鋼工序每年560萬t鐵的要求，太鋼決定對3號高爐進行易地大修，將爐容擴大到4350m3，而后3號高爐原地大修，爐容擴大到1 650m3，淘汰1、2號高爐，煉鐵廠最終形成2座1 650m3和1座4350m3高爐生產(chǎn)的局面。    太鋼4350m3高爐設(shè)計年產(chǎn)生鐵320萬t，利用系數(shù)21，工藝技術(shù)裝備水平達到國際先進，國內(nèi)領(lǐng)先，高爐壽命15年(一代爐齡不中修)，熱風(fēng)爐壽命25年。    太鋼4350m3高爐配置4座新日鐵外燃式熱風(fēng)爐。采用定風(fēng)量交錯并聯(lián)的送風(fēng)制度，設(shè)計最高風(fēng)溫為1 310 ，最高拱頂溫度為

3、1450，高溫區(qū)采用硅磚。設(shè)置煙氣余熱回收裝置預(yù)熱助燃空氣及高爐煤氣。熱風(fēng)爐系統(tǒng)自動控制包括燃燒控制、送風(fēng)溫度控制和換爐控制。熱風(fēng)爐設(shè)計參數(shù)見表1,主要技術(shù)性能見表2。2熱風(fēng)爐砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計  新日鐵外燃式熱風(fēng)爐的特點：蓄熱室上部有一段錐體，使蓄熱室拱頂縮小到和燃燒室拱頂尺寸相同，從而提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并使高溫?zé)煔庠谛顭崾抑蟹植季鶆颍恍顭崾液腿紵业葟桨肭蚬绊斨g的連接管上設(shè)置通用型伸縮管，用于吸收蓄熱室和燃燒室的不均勻膨脹和連接管的軸向膨脹。為使熱風(fēng)和混入的冷風(fēng)混合均勻，在每個熱風(fēng)爐燃燒室熱風(fēng)出口處設(shè)有一個混風(fēng)室，在混風(fēng)室與燃燒室之問的連接管上亦設(shè)有通用型伸縮管，以吸收兩

4、者的不均勻膨脹和連接管的軸向膨脹。熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)構(gòu)如圖1所示。21熱風(fēng)爐溫度分布的計算  采用穩(wěn)態(tài)及非穩(wěn)態(tài)熱工計算程序，進行詳細、全面的比較計算，得出熱風(fēng)爐蓄熱室溫度分布曲線(如圖2所示)。  此溫度分布曲線反映的是在氣流分布均勻的情況下，格子磚高度方向的溫度變化，是砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計及選用耐材的重要依據(jù)之一。22熱風(fēng)爐本體結(jié)構(gòu)  (1)熱風(fēng)爐拱頂及連接管。熱風(fēng)爐蓄熱室和燃燒室的拱頂由兩個內(nèi)半徑3790mm的半球頂和兩段圓筒組成，并由內(nèi)徑4600mm的連接管連通。  磚襯采用4層不同材質(zhì)的磚砌筑，由內(nèi)向外分別為硅磚、硅質(zhì)隔熱

5、磚、高鋁質(zhì)隔熱磚和粘土質(zhì)隔熱磚，磚層總厚度為844 mm，鋼殼內(nèi)表面噴涂一層耐酸噴涂料，磚與噴涂層間充填陶瓷纖維，以吸收拱頂砌體的熱膨脹。  連接管與兩球頂接口處采用組合磚砌筑，其余部分的上部內(nèi)層磚襯采用帶凹凸槽的異型磚砌筑，增加了拱頂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，有效地防止了掉磚現(xiàn)象。    拱頂所有的磚襯由設(shè)置在爐殼上的3層磚托支撐，與大墻砌體脫開，荷重由爐殼承受，成為一獨立的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。    (2)熱風(fēng)爐砌體。熱風(fēng)爐砌體分為蓄熱室、燃燒室、混風(fēng)室三部分，均采用了保溫性能好、壽命長的砌體結(jié)構(gòu)。為了有效地吸收

6、高溫部位硅質(zhì)耐火磚和硅質(zhì)隔熱磚的熱膨脹，硅質(zhì)磚和隔熱磚之問填充了高溫下易揮發(fā)的填充物，并且在硅質(zhì)磚層內(nèi)部也設(shè)置了膨脹縫，有效地解決了硅質(zhì)磚膨脹量大的問題。蓄熱室、燃燒室、混風(fēng)室墻體與拱頂?shù)墓敖遣课幌嘟犹?，采用迷宮式結(jié)構(gòu)，防止了獨立砌體問竄風(fēng)。    蓄熱室砌體。蓄熱室錐體部及其上部圓筒大墻由內(nèi)向外分別采用硅磚和高鋁質(zhì)隔熱磚砌筑，磚襯與耐酸噴涂料之間充填隔熱纖維板，硅磚和隔熱磚之間填充高溫下易揮發(fā)的填充物，以吸收錐段砌體的熱膨脹。整個磚襯由設(shè)置在爐殼上的磚托支撐，與拱頂及蓄熱室直筒部砌體完全脫開。    蓄熱室直筒部

7、磚襯分為上、中、下三部分，上部屬于高溫區(qū)，由內(nèi)向外分別采用硅磚、硅質(zhì)隔熱磚、高鋁質(zhì)隔熱磚和粘土質(zhì)隔熱磚，磚襯總厚度為630mm；中部中溫區(qū)分別采用高鋁磚和高鋁質(zhì)(或粘土質(zhì))隔熱磚，磚層總厚度為620 mm；下部低溫區(qū)分別采用粘土磚和粘土質(zhì)隔熱磚，磚襯總厚度為580mm。爐殼內(nèi)中、上部噴涂粘土質(zhì)噴涂料，下部噴涂普鋁纖維。    燃燒室砌體。燃燒室大墻上、中部區(qū)域由內(nèi)向外分別采用硅磚、硅質(zhì)隔熱磚、高鋁質(zhì)隔熱磚和粘土質(zhì)隔熱磚砌筑，磚襯總厚度為：上段692 mm，中段742mm；熱風(fēng)出口段由內(nèi)到外分別采用2層高鋁磚和3層隔熱磚砌筑，磚襯總厚度為896 mm；陶瓷

8、燃燒器大墻內(nèi)外層分別采用高鋁磚和粘土磚砌筑，磚襯總厚度為896 mm。爐殼內(nèi)表面噴涂粘土質(zhì)噴涂料。    混風(fēng)室砌體?；祜L(fēng)室由上、下各自獨立的拱頂及大墻組成，拱頂及大墻由內(nèi)向外分別采用高鋁磚、高鋁質(zhì)隔熱磚和粘土質(zhì)隔熱磚砌筑，上、下部磚襯總厚度分別為470 mm和480 mm。爐殼內(nèi)表面噴涂粘土質(zhì)噴涂料。    (3)熱風(fēng)爐陶瓷燃燒器砌體。由于太鋼能夠提供充足的焦?fàn)t煤氣供熱風(fēng)爐燃燒，因此采用成熟可靠的三孔式陶瓷燃燒器，其優(yōu)點是燃燒穩(wěn)定，能夠降低燃燒室大墻溫度，防止局部過熱。燃燒器采用異型耐火磚砌筑，上部為耐剝落性能良

9、好的堇青石磚、致密粘土磚和高鋁磚，下部為致密粘土磚。    在燃燒器高爐煤氣通道的表面涂有一層防水涂料，并設(shè)置金屬保護板，有效地防止了高爐煤氣中的水汽粘附在磚的表面。    (4)熱風(fēng)爐各孔口砌體及高效格磚。調(diào)查表明，熱風(fēng)爐各孔口砌體的穩(wěn)定性也是制約熱風(fēng)爐整體壽命的重要環(huán)節(jié)。本次設(shè)計在開孔部位(拱頂聯(lián)絡(luò)管端口、燃燒室熱風(fēng)出口、混風(fēng)室熱風(fēng)出入口、熱風(fēng)管道上各三岔口等)采用組合磚技術(shù)，以提高這些關(guān)鍵部位的氣密性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高砌體壽命。    蓄熱室采用帶凹凸槽的小孔徑七孔

10、高效格磚(H=180mm)，其加熱面積比傳統(tǒng)的孔徑為43mm的格磚增加了約59。    (5)熱風(fēng)爐管道砌體。熱風(fēng)主管和圍管采用高鋁磚和高鋁質(zhì)隔熱磚砌筑，磚襯厚度均為420mm熱風(fēng)支管采用熱震穩(wěn)定性好的莫來石質(zhì)堇青石磚和高鋁質(zhì)隔熱磚砌筑，磚襯厚度為420mm。管殼內(nèi)表面噴涂一層粘土質(zhì)噴涂料和一層隔熱噴涂料，上部磚襯與噴涂料之間噴涂一層陶瓷纖維。    煙道主支管不砌磚，管殼內(nèi)表面澆注或噴涂一層不定型耐材。23熱風(fēng)爐耐火材料    選用高質(zhì)量耐火材料的目的是為了防止在長期高溫或

11、高荷載工作條件下，砌體變形、下陷、扭曲等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，是保證熱風(fēng)爐高風(fēng)溫長壽命的重要條件。    為適應(yīng)將來熱風(fēng)溫度最高1 310，滿足熱風(fēng)爐25年壽命的要求，熱風(fēng)爐耐火材料采用硅磚、高鋁磚和粘土磚。蓄熱室中部、燃燒室熱風(fēng)出口部及混風(fēng)室采用高檔低蠕變高鋁磚，蓄熱室中溫區(qū)采用中檔低蠕變高鋁磚，這兩種磚對K，Na氧化物含量還有嚴格的要求。蓄熱室和燃燒室下部低溫區(qū)采用高檔、中檔低蠕變粘土磚。高溫下硅磚具有較好的特性，為適應(yīng)長期高溫、高荷載的環(huán)境，蓄熱室拱頂、錐段、上部墻磚及格子磚，燃燒室拱頂、上部墻磚均采用硅磚。陶瓷燃燒器上部采用熱膨脹系數(shù)小，熱震穩(wěn)定性好的

12、堇青石磚，下部采用防水性好的致密粘土磚。    爐殼與各部位耐火材料之間的隔熱層，根據(jù)使用條件的不同，選用了與其相適應(yīng)的隔熱砌體組成,分別采用了硅質(zhì)隔熱磚、高鋁質(zhì)隔熱磚、粘土質(zhì)隔熱磚以及陶瓷纖維等隔熱材料，加強了砌體隔熱性能。24熱風(fēng)爐管道系統(tǒng)    隨著近年來熱風(fēng)爐設(shè)備的不斷發(fā)展更新，高溫密封式蝶閥技術(shù)越來越成熟可靠，該閥結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，密封可靠，且結(jié)構(gòu)小巧，重量輕，已經(jīng)為廣大用戶接受。為確保熱風(fēng)爐各閥的檢修，高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、助燃空氣、冷風(fēng)、煙氣管網(wǎng)上的閥門采用高溫密封式蝶閥，減少了熱風(fēng)爐區(qū)域的框架負荷。

13、    通過對整個管道系統(tǒng)完整的受力分析計算，經(jīng)濟、合理地配置了波紋膨脹節(jié)以及管系中固定支架、滑動支架，既吸收管道熱膨脹，又便于閥門的安裝、檢修，使熱風(fēng)爐管路系統(tǒng)設(shè)計合理，安全可靠，滿足了熱風(fēng)爐高風(fēng)溫長壽命的要求。25分離型余熱回收系統(tǒng)  分離型余熱回收裝置蒸發(fā)端與冷凝端分開，布置靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)一種介質(zhì)為多種介質(zhì)換熱，設(shè)備運行可靠，運轉(zhuǎn)費用低。為了滿足熱風(fēng)爐送風(fēng)能力達到l 310，同時達到節(jié)約一部分焦?fàn)t煤氣的目的，設(shè)計采用分離型余熱回收裝置，使助燃空氣和高爐煤氣預(yù)熱到約180左右，熱風(fēng)爐熱效率達到83。26熱風(fēng)爐檢測技術(shù)為保證熱風(fēng)爐高

14、風(fēng)溫長壽命，設(shè)計對熱風(fēng)爐區(qū)域關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了檢測、監(jiān)控。特別是硅磚，對其增設(shè)溫度檢測裝置進行溫度控制，以確保硅磚內(nèi)襯的使用溫度800。27熱風(fēng)閥的冷卻由于熱風(fēng)閥采用新型氣動閘閥，為提高閥門壽命，減少運行成本，設(shè)計采用軟水密閉循環(huán)冷卻。 3防止?fàn)t殼晶間應(yīng)力腐蝕的措施  由于熱風(fēng)爐設(shè)計的最高風(fēng)溫為l 310，最高拱頂溫度為1450，因此，熱風(fēng)爐高溫區(qū)需要采取防止晶間應(yīng)力腐蝕的措施。在熱風(fēng)爐高溫區(qū)，即上部約25m范圍內(nèi)(包括蓄熱室、燃燒室拱頂、連接管及蓄熱室錐體部，燃燒室直段上部)的鋼殼采用耐龜裂的鋼板制作，并在鋼殼內(nèi)表面噴涂耐酸噴涂料，同時為防止腐蝕介質(zhì)在鋼殼內(nèi)表面結(jié)露，在鋼殼外

15、表面鋪設(shè)由纖維氈、鋁板組成的保溫層。 4可以探討的節(jié)約投資的措施  新日鐵外燃式熱風(fēng)爐砌體結(jié)構(gòu)合理，氣流分布構(gòu)勻，適于大風(fēng)量大煤氣量操作，適應(yīng)高風(fēng)溫長壽命的要求。但是，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，鋼材和耐材消耗量較大，基建投資較高。經(jīng)分析，在同等條件下，可以采取以下措施節(jié)約投資。41采用集中混風(fēng)室  新日鐵外燃式熱風(fēng)爐每座熱風(fēng)爐配置一個混風(fēng)室,冷、熱風(fēng)經(jīng)混風(fēng)室混合后進入熱風(fēng)支管，送至高爐。如果在熱風(fēng)主管上設(shè)置一個集中混風(fēng)室，取消畦熱風(fēng)爐上的混風(fēng)室，既能達到同樣的混風(fēng)效果，又可以節(jié)約投資。42采用柵格式陶瓷燃燒器   

16、 在焦?fàn)t煤氣不充足的條件下，可以采用兩孔的柵格式陶瓷燃燒器。圓形柵格式陶瓷燃燒器已經(jīng)在國內(nèi)使用多年，有成熟的使用經(jīng)驗，其磚型簡單，加工量少，易于砌筑施工，且具有空、煤氣混合均勻，火焰短，耐火磚剝落少，燃燒穩(wěn)定，燃燒能力大等優(yōu)點，適應(yīng)于外燃式熱風(fēng)爐，有利于減少制造和砌筑的費用。43減少耐材種類    新日鐵外燃式熱風(fēng)爐墻體耐材種類繁多，而且部分耐材指標(biāo)接近，既不利于施工管理，又不方便砌筑。如果將部分指標(biāo)接近的耐材統(tǒng)一為一種，這樣既方便訂貨，又便于施工管理，可以減少管理費用。 5結(jié)語    太鋼4350 m3高爐熱風(fēng)爐設(shè)計和寶鋼2、3號高爐熱風(fēng)爐相比做了如下改進：    (1)由于煤氣清洗質(zhì)量提高，格磚孔徑適當(dāng)減小，因此，單位風(fēng)量的加熱面積由425 m2(m3min)增加到450m2(m3min)(送風(fēng)量為7200Nm3min時)；    (2)為增強保溫效果，減少熱量散失，蓄熱室下部的噴涂料由渣棉改為普鋁纖維；    (3)為更好地吸收內(nèi)層耐火砌體的熱膨脹，改進燃燒室熱風(fēng)出口段膨脹縫的設(shè)置；