改造工程中旋切頂燃熱風(fēng)爐的應(yīng)用

2012年11月23日旋切式頂燃熱風(fēng)爐在改造工程中的應(yīng)用旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用

高爐冶煉所需要的熱量，一部分是燃料在爐缸燃燒所釋放的燃燒熱，另一部分是高溫?zé)犸L(fēng)所帶入的物理熱。熱風(fēng)是高爐煉鐵的廉價(jià)能源，熱量主要是用低熱值的高爐煤氣換來的，它占高爐總熱量輸入的17％～19％。熱風(fēng)帶入高爐的熱量越多，所需要的燃料燃燒熱就越少，亦即燃料消耗就越低。實(shí)踐證實(shí)，在風(fēng)溫950~1350℃的范圍內(nèi)，提高風(fēng)溫100℃可以降低焦比約8~20kg/t。風(fēng)溫由1000℃提高到1250℃，焦比可降低22.5kg/t。因此，應(yīng)當(dāng)重視提高風(fēng)溫的工作。

而在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中，很多老式設(shè)計(jì)的熱風(fēng)爐生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)了各種各樣的問題，這些問題不僅增加了生產(chǎn)成本，而且嚴(yán)重影響高爐生鐵產(chǎn)量，制約高爐生產(chǎn)水平的發(fā)揮，致使高爐生產(chǎn)指標(biāo)落后，所以有必要對熱風(fēng)爐進(jìn)行徹底升級改造。

另外還有一些高爐為了增加鐵水產(chǎn)量要進(jìn)行擴(kuò)容大修，其熱風(fēng)爐也需要改造。在熱風(fēng)爐的改造過程中，如何在盡可能節(jié)省成本，利用舊有設(shè)備的基礎(chǔ)上對熱風(fēng)爐系統(tǒng)進(jìn)行升級改造尤其值得我們關(guān)注。旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用旋切式頂燃熱風(fēng)爐的主要技術(shù)特點(diǎn)頂燃式熱風(fēng)爐克服了內(nèi)燃式熱風(fēng)爐固有的缺點(diǎn)，而且比內(nèi)燃式投資更少又不像外燃式熱風(fēng)爐那樣增加投資和占地面積，在現(xiàn)代高爐生產(chǎn)中具有較明顯的優(yōu)勢。中冶京誠工程技術(shù)有限公司開發(fā)的旋切式頂燃熱風(fēng)爐從熱風(fēng)爐系統(tǒng)流程、本體結(jié)構(gòu)、送風(fēng)管道系統(tǒng)、熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)都進(jìn)行了詳細(xì)研究，集成了國內(nèi)外熱風(fēng)爐的優(yōu)點(diǎn)，形成了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的一系列核心技術(shù)，在提高熱風(fēng)溫度、延長熱風(fēng)爐壽命、節(jié)能環(huán)保以及減少占地面積和投資等方面都具有明顯優(yōu)勢。旋切式頂燃熱風(fēng)爐的核心技術(shù)是燃燒器，燃燒器技術(shù)直接決定著熱風(fēng)爐的風(fēng)溫水平和使用壽命。旋切式頂燃熱風(fēng)爐燃燒器專利技術(shù)，研究了熱風(fēng)爐燃燒器在多種工況下的燃燒機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了燃燒器的最佳工作效率，可保證在很小的過?？諝庀禂?shù)條件下煤氣完全燃燒，提高燃料利用率的同時(shí)還減少了助燃空氣消耗。旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用旋切式頂燃熱風(fēng)爐的主要技術(shù)特點(diǎn)旋切式頂燃熱風(fēng)爐采用的小孔徑高效格子磚，具有良好的熱工性能。格孔直徑Ф28mm，蓄熱面積達(dá)到54.93m2/m3，該格子磚活面積較小，單位加熱面積較大。與Ф30mm格子磚相比，在保持格子磚總重量相同的條件下，總的蓄熱面積可增加16.9%左右；相同體積條件下?lián)Q熱面積增加13.1%；在相同蓄熱室斷面積條件下，活面積增加5.8%。小孔徑高效格子磚提高了熱風(fēng)爐的蓄熱能力和適應(yīng)高溫、短周期的工作能力。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐同時(shí)還擁有帶橫梁的多種孔型爐箅子、熱風(fēng)輸送管道膨脹和拉緊裝置、冷風(fēng)均勻分配等一系列專利技術(shù)和專有技術(shù)，在整個(gè)熱風(fēng)爐系統(tǒng)都有著優(yōu)化措施，使整個(gè)熱風(fēng)爐系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保證了熱風(fēng)爐的使用效果。完備的熱風(fēng)爐分析計(jì)算體系，也確保了旋切式頂燃熱風(fēng)爐的技術(shù)優(yōu)勢。旋切式頂燃熱風(fēng)爐在規(guī)模上分別應(yīng)用到300m3到3200m3等高爐，所有投產(chǎn)高爐都取得了良好使用效果。旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用應(yīng)用一（寧鋼2＃高爐新增4＃熱風(fēng)爐）

內(nèi)燃式熱風(fēng)爐一直不能克服其固有缺陷，如短路現(xiàn)象、隔墻倒塌、拱頂?shù)舸u等，本工程利用現(xiàn)有空地新建一座旋切頂燃式熱風(fēng)爐，形成3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐＋1座旋切頂燃式熱風(fēng)爐模式，為今后大修3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐提供條件。本工程為我們今后大修內(nèi)燃式熱風(fēng)爐又提供一個(gè)可行方案，值得我們繼續(xù)研究和發(fā)展。

寧鋼2＃高爐（2500m3）內(nèi)燃式熱風(fēng)爐自2008年5月投產(chǎn)后，同年12月3＃熱風(fēng)爐出現(xiàn)短路現(xiàn)象，2011年4月1＃熱風(fēng)爐隔墻倒塌，現(xiàn)在熱風(fēng)爐送風(fēng)溫度維持在1150℃左右，熱風(fēng)爐爐殼局部溫度達(dá)到400℃，嚴(yán)重影響了熱風(fēng)爐的安全生產(chǎn)。為了從根本上解決此問題，寧鋼決定在原3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐邊再新增4＃旋切頂燃式熱風(fēng)爐，待4＃熱風(fēng)爐正常生產(chǎn)后再逐步大修3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐。寧鋼熱風(fēng)爐旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用設(shè)計(jì)參數(shù)：

熱風(fēng)爐系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)表序號項(xiàng)目名稱單位數(shù)值備注1熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)形式旋切式頂燃2熱風(fēng)爐座數(shù)座1（新建）3加熱風(fēng)量Nm3/min47504冷風(fēng)壓力MPa0.4～0.475冷風(fēng)溫度℃~150（最高200）6熱風(fēng)溫度℃12507助燃空氣預(yù)熱前溫度℃~208高爐煤氣預(yù)熱前溫度℃~459熱風(fēng)爐燃料高爐煤氣＋轉(zhuǎn)爐煤氣或（高爐煤氣＋焦?fàn)t煤氣）旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用序號項(xiàng)目名稱單位數(shù)值備注10高爐煤氣發(fā)熱值kJ/Nm3≥316011焦?fàn)t煤氣發(fā)熱值kJ/Nm3≥1753012轉(zhuǎn)爐煤氣發(fā)熱值kJ/Nm3≥604813熱風(fēng)爐工作制度兩燒兩送（或兩燒一送）14送風(fēng)周期min90（或45）旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用熱風(fēng)爐主要技術(shù)性能表序號項(xiàng)目名稱單位數(shù)值1熱風(fēng)爐座數(shù)座12熱風(fēng)爐直徑mmΦ10000/Φ94343熱風(fēng)爐總高度m~50.6544熱風(fēng)溫度℃12505拱頂溫度℃~14006混合煤氣預(yù)熱溫度℃1607助燃空氣預(yù)熱溫度℃1508廢氣平均溫度℃3109廢氣最高溫度℃45010一座熱風(fēng)爐燃燒高爐煤氣流量Nm3/h9600011一座熱風(fēng)爐燃燒轉(zhuǎn)爐煤氣流量Nm3≥5500旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用序號項(xiàng)目名稱單位數(shù)值12一座熱風(fēng)爐燃燒焦?fàn)t煤氣流量Nm3≥105013一座熱風(fēng)爐助燃空氣流量Nm36700014一座熱風(fēng)爐煙氣流量Nm314900015格子磚形式高效十九孔蜂窩磚16格孔直徑mmΦ3017格子磚加熱面積m2/m348.6118格子磚活面積m2/m20.41519每座熱風(fēng)爐加熱面積m27354520每座熱風(fēng)爐格子磚磚重t~195021熱風(fēng)爐熱效率%85旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用實(shí)施步驟煙氣管移位

寧鋼新建4#熱風(fēng)爐項(xiàng)目經(jīng)過現(xiàn)場勘查，原有場地的平面尺寸不能滿足新建熱風(fēng)爐所需的平面布置，因此需將煙氣換熱器的原煙氣進(jìn)氣彎管拆除及將約10m長的煙氣主管更換，以便騰出空間，滿足熱風(fēng)爐的平面布置。

為了在有限空間和限定的時(shí)間內(nèi)完成煙氣管道移位工作，特別聘請了同濟(jì)大學(xué)機(jī)器人公司進(jìn)行現(xiàn)場施工。2011年9月20日高爐休風(fēng)后，立即對需要拆除原煙氣管道（直徑為Φ4250mm）進(jìn)行切割。當(dāng)切割完成后，由專業(yè)機(jī)器人（同步推移液壓設(shè)備）將切割完畢的原煙氣主管在預(yù)先搭設(shè)好的推移鋼結(jié)構(gòu)桁架上推移至距煙氣管道中心1.5m處，現(xiàn)場300t汽車吊將其吊移鋼結(jié)構(gòu)桁架。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用

原煙道主管移位施工措施搭設(shè)示意圖

原煙道主管移位現(xiàn)場圖旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用主體結(jié)構(gòu)安裝：1.樁基工程施工

由于本工程作業(yè)面有限，不能影響原3座熱風(fēng)爐的正常生產(chǎn)，因此新建熱風(fēng)爐系統(tǒng)工程的樁采用鉆孔灌注樁。

樁編號樁截面尺寸樁長約（m）樁頂標(biāo)高（m）樁數(shù)單樁豎向極限承載力Quk（KN）P1Ф80063-2.30031≥5200P2Ф80063-2.10010≥5200旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用2.熱風(fēng)爐爐殼拼裝和吊裝

熱風(fēng)爐爐頂標(biāo)高51.064m，爐體最大內(nèi)徑為11.456m、最小內(nèi)徑為6.836m；板材厚度分為22~36mm不等：經(jīng)優(yōu)化排版后分為26帶。其中L彎、C彎、S彎、球頂?shù)任粔褐撇糠?，其余部分為卷制部分（單帶分為三塊）。組裝選用80t履帶吊及25t汽車吊配合進(jìn)行，殼體吊裝選用350t履帶吊作為主吊機(jī)械。

熱風(fēng)爐爐殼拼裝為將散片到貨的殼體構(gòu)件在現(xiàn)場已澆筑的2個(gè)混泥土專用拼裝平臺和2個(gè)型鋼搭焊拼裝平臺上同時(shí)組裝成8帶（鉤）吊裝，分別第一鉤：爐底板+工字鋼+R1+R2=42.892T；第二鉤：R3+R4+R5+R6=43.895T；第三鉤：R7+R8+R9+R10=42.549T；第四鉤：R11+R12+R13=45.146T；第五鉤：內(nèi)膽+R14＋R15=54.85T；第六鉤：R16+R17+R18=33.397T；第七鉤：R19+R20+R21+R22+R23=57.508T;第八鉤：R24+R25+R26=33.738T。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用新建熱風(fēng)爐爐殼拼裝排版圖旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用爐殼吊裝選用350噸履帶吊，主臂選桿48m，副臂選桿30m，滿足各帶爐殼吊裝要求，其吊裝性能如表旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用3.耐材砌筑

新增旋切頂燃熱風(fēng)爐全高50.064m，蓄熱室下部爐殼直徑Φ9434mm，砌筑直徑Φ8448mm、上部爐殼直徑Φ10000mm，砌筑直徑Φ8448mm，拱頂直段爐殼內(nèi)徑Φ11456mm，砌筑直徑Φ9454mm。熱風(fēng)爐蓄熱室采用孔徑d=30mm的19孔高效格子磚，共計(jì)226層，從下到上依次為低蠕變粘土格子磚、高鋁格子磚和硅質(zhì)格子磚。本熱風(fēng)爐本體耐材砌筑工程量量約計(jì)3800t（包括管道耐材量和燃燒器耐材量）。施工順序?yàn)橄葻犸L(fēng)爐本體砌筑，后熱風(fēng)管道（聯(lián)絡(luò)管，熱風(fēng)主、支管道和煙道管）砌筑。由于時(shí)間緊迫，又趕上農(nóng)歷新年，因此本次砌筑工程采用雙層作業(yè)法。雙層作業(yè)法就是在熱風(fēng)爐爐內(nèi)約▽29.000m處安裝保護(hù)棚，作業(yè)人員可以通過保護(hù)棚在爐內(nèi)上、下分層作業(yè)（。正是由于雙層作業(yè)，縮短了耐材砌筑時(shí)間，為2012年3月29日的最終熱態(tài)接口留出了充足準(zhǔn)備時(shí)間。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用熱風(fēng)爐砌筑耐材垂直運(yùn)輸示意圖旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用4.熱風(fēng)管道熱態(tài)接口

新增旋切頂燃熱風(fēng)爐與原3座內(nèi)燃熱風(fēng)爐的最關(guān)鍵接口就是熱風(fēng)主管接口，由于接口時(shí)休風(fēng)時(shí)間短，熱風(fēng)管道內(nèi)溫度高，施工難度大。為了在2012年3月29日當(dāng)天順利完成熱風(fēng)主管熱態(tài)接口，早在接口1個(gè)月前就開始討論方案，在接口前1周并實(shí)際演練方案內(nèi)容，確保接口順利完成。2012年3月29日上午8:10兩名持證人員用割槍沿預(yù)先畫好的割除線從管頂開始朝管底方向割除舊管道堵頭。提前加工好連接包帶（600mm寬），放置在施工現(xiàn)場。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用舊主管堵頭割除完成時(shí)間為10:30，現(xiàn)場50t吊車配合將割除下來的堵頭吊移舊熱風(fēng)主管并放置到地面指定區(qū)域。10:40耐材拆除人員穿上隔熱防護(hù)服在確保安全可靠的前提下，采用特制長鉗子風(fēng)鎬將管道堵頭段的隔墻進(jìn)行拆除旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用12:30穿戴好隔熱防護(hù)服的人員進(jìn)入新增主管內(nèi)將原先準(zhǔn)備好的隔熱耐火棉堵滿原熱態(tài)主管，13:30將現(xiàn)場事先準(zhǔn)備好的剛包帶在倒鏈的配合下將新舊主管對接管口組織外包。鋼帶調(diào)整就位后，安排兩名持證焊工從新增熱風(fēng)支管工藝人孔進(jìn)入主管內(nèi)，在接口處進(jìn)行內(nèi)口焊縫的焊接。焊接順序從底部開始，兩名焊工分部從管內(nèi)兩方向朝上部施焊。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用在接口處砌筑前，需將舊熱態(tài)主管內(nèi)已經(jīng)破損、斷裂的磚全部掏取干凈。砌筑順序先砌筑下半圓，即依次進(jìn)行輕質(zhì)磚、重質(zhì)管道磚的砌筑，然后支設(shè)拱胎進(jìn)行上半圓的砌筑，即依次進(jìn)行重質(zhì)管道磚、輕質(zhì)磚、耐火纖維氈（上方120°位置）。接口處管道磚和門位置設(shè)在600mm寬的包帶上方的Φ300mm和門孔。至2012年3月29日22:20開始熱風(fēng)管道、冷風(fēng)管道和均壓管道試壓檢漏，標(biāo)志著熱風(fēng)主管熱態(tài)接口順利完成。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用新舊熱風(fēng)爐連接總結(jié)

2012年4月1日凌晨2時(shí)58分寧鋼2＃高爐新增4＃熱風(fēng)爐順利點(diǎn)火烘爐，標(biāo)志著本工程順利完成。此次工程時(shí)間緊、施工面窄、難度大，對今后類似工程有一定指導(dǎo)意義。工程中的一些技術(shù)難題值得我們?nèi)ド钊胙芯?，尤其是煙氣主管整體推移、爐殼吊裝和熱風(fēng)主管熱態(tài)接口，為以后大修改造類似熱風(fēng)爐工程提供一個(gè)參考平臺。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用應(yīng)用二（球式熱風(fēng)爐的改造）

球式熱風(fēng)爐的蓄熱室相比格子磚蓄熱室，球式熱風(fēng)爐蓄熱室的體積小得多，加上采用頂燃式結(jié)構(gòu)，更加節(jié)省空間，所以球式熱風(fēng)爐可以節(jié)省大量鋼材和耐火材料，縮短工期，具有制造成本低，熱效率高，經(jīng)濟(jì)效益好，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。

基于以上優(yōu)點(diǎn)，球式熱風(fēng)爐成為前幾年中小高爐熱風(fēng)爐的主要型式之一。但長期實(shí)踐以來，球式熱風(fēng)爐的不足也日益顯現(xiàn)出來。

（1）球式熱風(fēng)爐通常設(shè)有兩個(gè)燃燒器，2臺燃燒器置于爐頂，再加上熱風(fēng)出口，拱頂大墻有3個(gè)較大的孔洞，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。為了獲得較大的燃燒空間，燃燒器向上傾斜，拱頂直接受到高溫氣流的沖刷，拱頂溫度高，易損壞。

（2）球式熱風(fēng)爐球床換熱系數(shù)高，但部分球式熱風(fēng)爐使用的燃燒器燃燒效果差，不能為球床組織起合理的初始流場和溫度場，氣流和溫度分布不均勻，造成耐火球局部黏結(jié)，阻損增加，傳熱效果變壞，風(fēng)溫水平降低，特別是小球徑球床的透氣性指標(biāo)較差

（3）球式熱風(fēng)爐對煤氣含塵量要求高，煤氣含塵量高，引起球床粘結(jié)、渣化、堵塞，阻損升高，清灰換球周期縮短。

（4）雖然一次性投資低，但后期維護(hù)費(fèi)用高。正常生產(chǎn)時(shí)的清灰換球周期一般都在4~6年。若出現(xiàn)其他問題，換球周期更短。

基于生產(chǎn)中出現(xiàn)的諸多問題，所以在合適的機(jī)會對球爐進(jìn)行升級改造就很有必要。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用以400m3~600m3高爐的球爐改造為例，一般有兩種方案：

方案一：僅將球爐燃燒器及拱頂進(jìn)行改造，仍采用耐火球蓄熱。即上部采用旋切式頂燃熱風(fēng)爐的燃燒器和燃燒室，下部蓄熱室不作改動(dòng)，此方案適用于球爐拱頂損壞或燃燒性能不好的球爐改造。（西林450m3高爐改造工程）

這種改造方式主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）該方案最大程度地利用了原有設(shè)施，改造范圍只限于拱頂和燃燒系統(tǒng)。冷風(fēng)、熱風(fēng)、煙道等管道和閥門完全利舊，爐殼約70％以上利舊。

（2）4座熱風(fēng)爐可以在高爐不停產(chǎn)的情況下，依次進(jìn)行改造。

（3）充分利用了旋切式頂燃熱風(fēng)爐燃燒器燃燒效果好、蓄熱室氣流分布均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的優(yōu)勢，并結(jié)合了球式熱風(fēng)爐球床換熱系數(shù)大、投資低等優(yōu)點(diǎn)，是很經(jīng)濟(jì)高效的改造方案。

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用改造前改造后

旋切式頂燃熱風(fēng)爐改造工程中的應(yīng)用以400m3~600m3高爐的球爐改造為例，一般有兩種方案：

方案二：為了避免熱風(fēng)爐過大的阻力損失和較為頻繁的換球，使用小孔徑高效格子磚蓄熱，改善熱風(fēng)爐的熱交換條件。下部爐殼根據(jù)使用情況考慮是否