濟(jì)源鋼鐵公司5#高爐球床熱風(fēng)爐改造方案之一

1、澳森鋼鐵公司1#高爐球床熱風(fēng)爐技術(shù)改造的實(shí)踐孫志明 王炳安 谷建平 周平福 陳維漢（澳森鋼鐵公司煉鐵廠、豫興熱風(fēng)爐工程技術(shù)公司）摘要：對(duì)澳森鋼鐵公司球式熱風(fēng)爐進(jìn)行技術(shù)改造，將套筒燃燒器改為旋流交錯(cuò)噴射短焰燃燒器（預(yù)燃室），將球床蓄熱體改為格子磚蓄熱體，從而改善燃燒與傳熱效果，克服了球床熱風(fēng)爐球床粘結(jié)、灰堵、阻力大、使用周期短等弱點(diǎn)，熱風(fēng)溫度提高100以上，帶來(lái)明顯的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：球床熱風(fēng)爐 技術(shù)改造 耐火球 格子磚 套筒燃燒器 預(yù)燃室 1、概述澳森鋼鐵公司煉鐵廠在2010年11月至2011年1月期間，利用高爐大修機(jī)會(huì)對(duì)新1#510m3高爐的四座熱風(fēng)爐進(jìn)行徹底的技術(shù)改造，將帶套筒燃燒器的球式

2、熱風(fēng)爐（見(jiàn)圖1）改造成為噴嘴交錯(cuò)預(yù)混垂直上噴燃燒模式的豫興型頂燃式熱風(fēng)爐（見(jiàn)圖2），并將耐火球蓄熱體改為格孔互通的小錐孔徑格子磚。這一工程是在澳森鋼鐵公司和豫興熱風(fēng)爐工程技術(shù)公司共同努力下完成的。雖然從技術(shù)角度上講，垂直上噴燃燒器與懸鏈線拱頂燃燒室的結(jié)合能有效解決熱風(fēng)爐快速均勻高強(qiáng)度燃燒問(wèn)題，而新型小孔格子磚也在強(qiáng)化熱風(fēng)爐傳熱問(wèn)題上優(yōu)勢(shì)突出，在實(shí)踐上也都有先例。但將兩者應(yīng)用在球式熱風(fēng)爐上還是第一次，這不失為是一種較為大膽的嘗試。技術(shù)改造方案的最終確定是澳森鋼鐵公司與豫興熱風(fēng)爐工程技術(shù)公司反復(fù)論證的結(jié)果。在具體實(shí)施過(guò)程中又遇到了一些設(shè)計(jì)上、技術(shù)上、以及砌筑上的諸多問(wèn)題，經(jīng)雙方充分交換意見(jiàn)后都逐一

3、進(jìn)行了合理的處理。最終于2011年1月底點(diǎn)火烘爐并在2月初成功投入使用。運(yùn)行結(jié)果表明，所有的技術(shù)參數(shù)均好于設(shè)計(jì)要求，在兩燒兩送運(yùn)行模式下，在煤氣與空氣均不預(yù)熱的條件下，熱風(fēng)溫度始終維持在12101220之間，而且拱頂溫度在1300以下。與原球式熱風(fēng)爐比較，其運(yùn)行情況大為改善，熱風(fēng)溫度提高100以上。這是球床熱風(fēng)爐改造上的一次成功的嘗試。圖1球式頂燃式熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)圖 圖2球床改為格子磚的頂燃式熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)圖2、技術(shù)改造方案的論證新1#高爐熱風(fēng)爐的技術(shù)改造方案是在澳森鋼鐵公司與豫興熱風(fēng)爐工程技術(shù)公司經(jīng)過(guò)多次技術(shù)交流后的產(chǎn)物。具體而言，對(duì)采用不改動(dòng)拱頂形狀的噴嘴垂直上噴的燃燒模式，還是改動(dòng)過(guò)拱頂增加預(yù)燃

4、室結(jié)構(gòu)的燃燒模式；對(duì)采用類似于卡盧金形式的噴嘴分層噴射旋流混合的燃燒器結(jié)構(gòu)，還是采用豫興技術(shù)的噴嘴交錯(cuò)噴射混合的燃燒器結(jié)；對(duì)采用什么規(guī)格的小孔徑格子磚，以及原有的拱形爐箅子是否更換、不更換的技術(shù)措施等問(wèn)題都進(jìn)行了充分的論征。最終確定了不改動(dòng)爐殼采用豫興技術(shù)的燃燒器結(jié)構(gòu)，蓄熱體采用格孔互通的小錐孔格子磚，并更換原有的拱形爐箅子為平板狀爐箅子來(lái)堆砌格子磚的的一整套技術(shù)改造方案。在燃燒器的選擇上，徹底摒棄基于套筒燃燒器的長(zhǎng)焰燃燒模式。因?yàn)樘淄踩紵魇沁吇旌线吶紵?，火焰長(zhǎng)度長(zhǎng)，過(guò)量空氣系數(shù)高，燃燒溫度低，進(jìn)而熱利用效率就低，是既不節(jié)能、又不能獲得高風(fēng)溫、且不環(huán)保的氣體燃料的燃燒方式。同時(shí)，從拱腳上噴的

5、方式使得流場(chǎng)結(jié)構(gòu)非常不均勻，蓄熱體的利用率極低。技術(shù)改造采用豫興型熱風(fēng)爐，它采用煤氣與空氣噴嘴環(huán)狀交錯(cuò)布置、氣流垂直上噴的環(huán)型燃燒器，并將其放置在倒懸鏈線結(jié)構(gòu)的拱頂燃燒室下部。在這樣的熱風(fēng)爐中，煤氣與空氣噴射進(jìn)入燃燒室后能快速且均勻混合，并實(shí)現(xiàn)完全且充分的高強(qiáng)度燃燒。氣流在燃燒室中上行并回流，之后以均勻分布的煙氣流進(jìn)入其下的蓄熱室，經(jīng)熱交換后通過(guò)冷風(fēng)室的煙道管流出。采用這種熱風(fēng)爐就為獲得高燃燒效率、高熱風(fēng)溫度、環(huán)保且節(jié)能的熱風(fēng)爐性能提供了可靠保證。采用小孔徑格子磚是為了在原有球式熱風(fēng)爐蓄熱體高度改變不大的前提下的技術(shù)方案。格子磚用于熱風(fēng)爐作為蓄熱體已有半個(gè)世紀(jì)的使用歷史，本身是十分成熟的應(yīng)用技

6、術(shù)。隨著人們對(duì)熱風(fēng)爐傳熱技術(shù)認(rèn)識(shí)的深入和對(duì)除塵技術(shù)掌握程度的提高，格子磚使用的孔徑越來(lái)越小，直至20毫米小孔徑格子磚已經(jīng)在曹妃甸5500高爐熱風(fēng)爐配置的預(yù)熱爐上使用。采用小孔徑格子磚能使格子磚的堆積高度明顯下降，有的熱風(fēng)爐蓄熱體已經(jīng)達(dá)到11.2米的高度。從不同規(guī)格的格子磚與不同直徑的耐火球的面體比參數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，12.6mm40mm孔徑格子磚的特征幾乎與40mm90mm耐火球是一致的。由于格子磚是有序堆放而耐火球是隨機(jī)的堆砌，故格子磚是通孔型的活面積，而球床是不定自由型的活面積。顯然，后者的積灰堵塞要大于前者，相互間的無(wú)序作用力也大于前者，進(jìn)而易損壞的程度也就大于前者。因此，在性能相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上進(jìn)

7、行互換，格子磚就能顯現(xiàn)出其突出的優(yōu)勢(shì)。為彌補(bǔ)格子磚的不足，采用了格孔互通的結(jié)構(gòu)已調(diào)節(jié)氣流的均勻性，采用錐形格孔以增強(qiáng)換熱能力。這樣采用合適的小孔格子磚去取代球床蓄熱體，就能充分發(fā)揮格子磚的通暢性和保持球床的均壓均流、換熱性能強(qiáng)的特征，也就成為球式熱風(fēng)爐改造的一種行之有效的辦法。這也就徹底克服了球式熱風(fēng)爐易積灰、易堵塞、易粘結(jié)、易損壞、流阻大的缺陷，以及克服由此帶來(lái)的球床使用壽命短、運(yùn)行費(fèi)用高的致命弱點(diǎn)。基于上述分析，準(zhǔn)備對(duì)澳森鋼鐵公司新1#高爐的四座球式熱風(fēng)爐進(jìn)行改造，采用小孔格子磚蓄熱體去取代耐火球；采用環(huán)形燃燒器以代替套筒燃燒器。具體做法是:小孔格子磚采用1618mm格孔而孔間距為1.81

8、.6的小孔徑格子磚，以對(duì)應(yīng)平均直徑為50mm60mm耐火球的空隙率和體面比的幾何特征，于是蓄熱體的高度在相同工況下變化不大；燃燒器結(jié)構(gòu)如上所述，其煤氣與空氣的交錯(cuò)混合、垂直上噴回流折返，以能實(shí)現(xiàn)煤氣與空氣快速混合與完全充分的燃燒和以均勻的流速和溫度進(jìn)入蓄熱室實(shí)現(xiàn)高效傳熱。3、熱風(fēng)爐技術(shù)改造的設(shè)計(jì)與實(shí)施按照上述方案，由豫興公司進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算確定性能與結(jié)構(gòu)參數(shù)，并提供全套的設(shè)計(jì)圖紙。設(shè)計(jì)計(jì)算是在原有運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，改造后的熱風(fēng)爐其熱工參數(shù)如表1所示。在設(shè)計(jì)方案得到澳森鋼鐵公司審批后就進(jìn)入施工前的準(zhǔn)備階段。首先完成了燃燒器與錐段拱頂?shù)脑O(shè)計(jì)與制作，生產(chǎn)了不同材質(zhì)的小孔徑格子磚，改造了煤氣與空氣進(jìn)

9、氣管與閥門(mén)的位置。在拆除原有爐體耐材之后重新進(jìn)行爐體的砌筑。4、熱風(fēng)爐技術(shù)改造后的效果熱風(fēng)爐技術(shù)改造完成后，經(jīng)烘爐于2011年2月上旬投入實(shí)際運(yùn)行，至今整體運(yùn)行狀態(tài)良好，表現(xiàn)為：平均熱風(fēng)溫度1214度左右，送風(fēng)時(shí)間2.5小時(shí)（2燒2送），最高熱風(fēng)溫度1249度；拱頂溫度1260度左右，表明整體拱頂溫度均勻且燃燒高溫區(qū)在燃燒室中心部位；表1澳森鋼鐵510m3高爐熱風(fēng)爐改造的設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)表項(xiàng) 目名 稱格子磚蓄熱體熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)初始參數(shù)的給定高爐容積（m)510.000 高爐風(fēng)量（Nmmin)1,900.001 過(guò)量空氣系數(shù)1.050 煤氣的發(fā)熱量kj/m33,234.695 冷風(fēng)入口溫度 ()150.

10、000 鼓風(fēng)壓力(MPa)0.420 平均廢氣出口溫度()285.000 未預(yù)熱煤氣溫度()120.000 預(yù)熱后空氣溫度()20.000 燃燒與熱工計(jì)算的結(jié)果計(jì)算拱頂溫度()1,240.000 驗(yàn)證熱風(fēng)溫度()1,188.063 煙氣進(jìn)入煙囪前溫度()285.000 計(jì)算熱風(fēng)爐總效率0.772 煤氣、空氣消耗量計(jì)算值熱風(fēng)爐座數(shù)4.000 鼓風(fēng)時(shí)間t1.000 燃燒時(shí)間t1.850 換風(fēng)時(shí)間dt0.150 單一熱風(fēng)爐煤氣耗量(Nm3/h)38,986.344 單一熱風(fēng)爐空氣耗量(Nm3/h)25,729.292 單一熱風(fēng)爐煙氣量(Nm3/h)59,694.307 本體結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算蓄熱室煙氣流

11、速選擇(Nm/s)1.746 蓄熱室計(jì)算內(nèi)直徑(m)6.250 硅質(zhì)格磚4.200 高鋁格磚1.920 粘土格磚5.040 校核后的蓄熱體高度（m)11.160 單位格磚加熱面積68.801 N座熱風(fēng)爐總加熱面積（m2）91,229.958 單位鼓風(fēng)加熱面積m2/(m3/min)48.016 單位爐容加熱面積 (m2/m3)178.882 N座爐蓄熱體總重(t)1,991.390 管路尺寸及流動(dòng)參數(shù)確定冷風(fēng)管徑選擇(mm)800.000 熱風(fēng)管直徑選擇(mm)1100.000 煤氣管徑選擇(mm)600.000 2助燃空氣管徑選擇(mm)600.0002 煙氣管直徑選擇(mm)1,500.00

12、0 煤氣管中煤氣流速(m/s)27.569 空氣管中空氣流速(m/s)13.565 冷風(fēng)管冷風(fēng)流速(m/s)18.772 熱風(fēng)管熱風(fēng)流速(m/s)34.340 單爐煙氣流速(m/s)19.179 壓頭、風(fēng)量與助燃風(fēng)機(jī)選擇總阻力損失壓頭(mmH2O)267.229 風(fēng)機(jī)壓頭選擇668.073 風(fēng)機(jī)流量選擇m3/h55,228.444 煙氣溫度以升到350度左右為換爐或悶爐條件，周期平均煙氣溫度在245度上下，經(jīng)與設(shè)計(jì)參數(shù)核對(duì)估計(jì)熱風(fēng)爐熱效率接近80%。；結(jié)構(gòu)上看，爐殼表面溫度在70度以下，僅熱風(fēng)出口周圍有80100度的表面溫度；煙氣隨機(jī)抽查結(jié)果，氧含量為0.7%以下，一氧化碳為0.1%以下，燃燒狀態(tài)還應(yīng)該進(jìn)一步調(diào)整，到時(shí)效果會(huì)更佳。與原套筒式熱風(fēng)爐（未改造前）比較，相同狀態(tài)下熱風(fēng)溫度提高100度左右，平均煙氣溫度下降100度左右;焦比從原來(lái)的380kg/t減少為360kg/t,節(jié)焦量為20kg/t;生鐵日產(chǎn)量從改造前的1600t/d增加