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)度燃燒問題，而新型小孔格子磚也在強(qiáng)化熱風(fēng)爐傳熱問題上優(yōu)勢突出，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題，經(jīng)雙方充分交換意見后都逐一

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焰燃燒模式。因?yàn)樘淄踩紵魇沁吇旌线吶紵?，火焰長度長，過量空氣系數(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。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，以及克服由此帶來的球床使用壽命短、運(yùn)行費(fèi)用高的致命弱點(diǎn)?；谏鲜龇治?，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