泰鋼1780m³高爐熱風(fēng)爐技術(shù)特點(diǎn)

孫式超 ，馮燕波

(1萊蕪市泰鋼工程設(shè)計(jì)研究有限公司,，山東萊蕪271100,；2中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司煉鐵工程技術(shù)所，北京100176)

摘 要：泰鋼1780m³高爐工程中采用旋切式頂燃熱風(fēng)爐,，對(duì)熱風(fēng)爐燃燒器,、雙鎖扣拱頂、組合磚及高效格子磚等主要特點(diǎn)進(jìn)行了分析,。實(shí)踐表明,，熱風(fēng)爐系統(tǒng)具有穩(wěn)定提供l250℃風(fēng)溫的能力，壽命可達(dá)到兩代高爐爐齡,。

關(guān)鍵詞：高爐,；熱風(fēng)爐；高效格子磚,；燃燒器

隨著現(xiàn)代高爐噴煤量的增加和高爐一代爐齡的延長(zhǎng),，高風(fēng)溫、長(zhǎng)壽命熱風(fēng)爐已成為現(xiàn)代熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)的目標(biāo),。如荷蘭霍戈文內(nèi)燃式熱風(fēng)爐,、日本新日鐵外燃式熱風(fēng)爐等，風(fēng)溫均在1 200℃以上,，壽命可達(dá)30a,。但內(nèi)燃式熱風(fēng)爐蓄熱室氣流分布不均勻、隔墻穩(wěn)定性差和外燃式熱風(fēng)爐占地面積大,、投資高等問(wèn)題,，始終是熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)的軟肋。而大型旋切式頂燃熱風(fēng)爐,，克服了內(nèi)燃式熱風(fēng)爐固有的缺點(diǎn),，投資和占地面積相對(duì)外燃式熱風(fēng)爐少,，在現(xiàn)代高爐生產(chǎn)中具有較明顯的優(yōu)勢(shì)。

1 熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)概況

泰鋼集團(tuán)兩座1780m³ 高爐均配備3座旋切式頂燃熱風(fēng)爐,。3座熱風(fēng)爐按一列式布置,，主要由以下幾個(gè)部分組成：熱風(fēng)爐本體、管道系統(tǒng),、煙氣余熱回收系統(tǒng),、助燃風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、液壓及潤(rùn)滑系統(tǒng),、煙囪,。熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)條件：冷風(fēng)流量4200 m³/min,、設(shè)計(jì)風(fēng)溫≥1 250℃、拱頂溫度1 400℃、冷風(fēng)壓力0.43 MPa,、冷風(fēng)溫度120℃,、最高廢氣溫度420℃,、預(yù)熱后助燃空氣溫度≥200℃ ,、預(yù)熱后煤氣溫度≥200℃ 、燃料熱值3200kJ/m³ ,。操作制度：兩燒1送,、送風(fēng)時(shí)間≥45min。

熱風(fēng)爐形式為旋切頂燃式,，座數(shù)為3座,，全高47m，爐殼內(nèi)徑(上/下) 9200/8654,，蓄熱室斷面積46.42 m²,，格子磚高度26.040m，單座熱風(fēng)爐格子磚加熱面積66398 m² ,，單位爐容蓄熱面積112 m²/m³ ,，單位鼓風(fēng)蓄熱面積47.4m²/(m³. min)，每座熱風(fēng)爐格子磚總重1445t,。

熱風(fēng)爐工藝計(jì)算是以單燒高爐煤氣為基礎(chǔ)的,。燃燒計(jì)算結(jié)果表明，為了達(dá)到≥1250℃的送風(fēng)溫度,，助燃空氣和高爐煤氣的預(yù)熱溫度應(yīng)達(dá)到200℃以上,。為此，通過(guò)優(yōu)化蓄熱室格子磚高度,，使平均廢氣溫度控制在300℃左右,，再通過(guò)板式換熱器預(yù)熱助燃空氣和煤氣來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

2 熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)特點(diǎn)

2．1 耐火材料

耐火材料的選擇是由熱風(fēng)爐各部位的溫度分布為依據(jù)的。根據(jù)熱風(fēng)爐不穩(wěn)態(tài)傳熱模擬計(jì)算結(jié)果,，熱風(fēng)爐燃燒室及蓄熱室上部高溫區(qū)采用硅磚RG95,，下部低溫區(qū)根據(jù)溫度分布情況分別采用低蠕變粘土磚HRN42和粘土磚RN42,，各段高度與格子磚材質(zhì)相匹配,。燃燒器內(nèi)墻喉口部位選用抗溫度沖擊能力較好的莫來(lái)石磚。熱風(fēng)管道內(nèi)襯為低蠕變高鋁磚,，隔層為輕質(zhì)高鋁磚和耐火噴涂料,。

2．2 熱風(fēng)爐本體

1)爐殼。熱風(fēng)爐爐殼材質(zhì)選用Q345C,，由直筒殼體,、拱頂殼體及燃燒器殼體3部分構(gòu)成。直筒部分與爐底采用圓弧連接,，并用地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上,。爐殼的主要直徑變化處采用曲線過(guò)渡結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中,。上部高溫區(qū)爐殼內(nèi)表面涂抹YJ一250耐熱耐酸防腐涂料,，防止晶間應(yīng)力腐蝕。

2)旋切式頂燃熱風(fēng)爐燃燒器,。燃燒器安裝在燃燒室上部,，由混合室及收縮口、煤氣人口及環(huán)道,、助燃空氣入口及環(huán)道和空煤氣噴口組成,。混合室設(shè)在環(huán)道的中央?yún)^(qū)域,，內(nèi)側(cè)設(shè)有噴口,，外側(cè)設(shè)有入口和環(huán)道，混合室和燃燒室的交界處設(shè)有收縮口,。煤氣與空氣采用渦流噴射進(jìn)入燃燒器,，煤氣流與空氣流在燃燒器內(nèi)旋流，從喉口噴出后進(jìn)入燃燒室燃燒,，實(shí)現(xiàn)高爐煤氣在進(jìn)入格子磚以前能夠均勻,、完全的燃燒。另外,，燃燒產(chǎn)物的旋轉(zhuǎn)氣流保證在格子磚斷面上均勻分布,，氣流分布的不均勻度僅為3％ ～5％。

3)雙鎖扣拱頂,。為了提高穩(wěn)定性,，熱風(fēng)爐上部采用雙鎖扣拱頂。拱頂內(nèi)襯直接支撐在熱風(fēng)爐爐殼上,，與大墻砌體分開,，兩者之間設(shè)迷宮式滑移縫,，消除了大墻不均勻膨脹對(duì)拱頂?shù)挠绊憽Ａ硗?，該拱頂結(jié)構(gòu)可使蓄熱室斷面上的氣流分布更加均勻,，是目前普遍采用的熱風(fēng)爐拱頂形式?。為便于磚型設(shè)計(jì)施工,，采用兩圓擬合懸鏈線,。在保證拱頂穩(wěn)定的前提下，適當(dāng)降低拱頂高度,，從而降低了熱風(fēng)爐全高,。拱頂采用專有的組合磚整體砌筑技術(shù)，改善了拱頂砌體的受力狀況,。此外,，在拱頂內(nèi)襯中合理地設(shè)置膨脹縫和滑移縫，使砌體能更好地適應(yīng)冷熱交替的工作環(huán)境,，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,。

4)組合磚及高效格子磚。在上部高溫區(qū)砌體開孔部位均采用組合磚,，以提高易破損部位的砌體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和氣密性,。組合磚內(nèi)外兩環(huán)之間以及組合磚與熱風(fēng)管道砌體之間設(shè)置膨脹縫，使各層砌體問(wèn)能自由膨脹,、滑動(dòng),。根據(jù)傳熱計(jì)算結(jié)果和蓄熱面積的要求，蓄熱室格子磚高度設(shè)計(jì)為26.04 m,，上部高溫區(qū)采用抗高溫蠕變性能好的硅質(zhì)格子磚,，中部采用低蠕變粘土質(zhì)格子磚，下部采用粘土質(zhì)格子磚,。格子磚采用19孔,，格孔直徑28mm，加熱面積54.93m²/ m³ ,，填充系數(shù)0.615％ ,，當(dāng)量厚度22.4 mm。該格子磚活面積較小,，單位加熱面積較大,。因此，在保持格子磚總重量相同的條件下,，總的蓄熱面積可增加15％左右,。

格子磚砌筑采用交錯(cuò)碼放形式，上下兩層由凹凸槽固定，保證了蓄熱體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,。格子磚之間磚縫為8 mm,，用發(fā)泡苯乙烯板填充，格子磚與爐墻之間留有l(wèi)0～20 mm的縫隙,，保證了蓄熱體相對(duì)于爐墻的獨(dú)立性,，有利于各部位耐火材料砌體受熱膨脹。

2．3 管道系統(tǒng)

為了使熱風(fēng)管道系統(tǒng)更加合理,，在熱風(fēng)支管兩側(cè)的主管上各安裝1個(gè)軸向補(bǔ)償器,，并在管道砌磚時(shí)分段留有S形膨脹縫,。由于熱風(fēng)出口位置較高,，在圍管與熱風(fēng)出口之間的主管道間設(shè)計(jì)垂直聯(lián)絡(luò)管，并在聯(lián)絡(luò)管兩側(cè)的熱風(fēng)主管上分別設(shè)置連接一體的大拉桿,。熱風(fēng)圍管吊掛在爐體框架上,，并用拉桿固定，在兩段主管道的端部各設(shè)置1個(gè)補(bǔ)償器,，以吸收拉桿受熱后的膨脹量,。為了克服燒爐后爐殼的上漲和爐身圓周方向的膨脹對(duì)熱風(fēng)支管的破壞，在每個(gè)支管上設(shè)置復(fù)式補(bǔ)償器,，并在熱風(fēng)閥和補(bǔ)償器之間設(shè)置彈簧支座,。冷風(fēng)管、煤氣管,、助燃空氣管和煙道管按不同的標(biāo)高布置在熱風(fēng)主管同側(cè),。各管道根據(jù)介質(zhì)溫度和管道走向設(shè)置不同形式的補(bǔ)償器，各種閥門均布置在管道與熱風(fēng)爐之間,，便于操作,。采用地上煙道，煙道管內(nèi)噴涂耐熱噴涂料,，其他管道用硅酸鋁纖維氈進(jìn)行外部保溫,。

2．4 熱風(fēng)爐主要設(shè)備

1)爐箅子及支柱。與19孔格子磚相匹配,，設(shè)計(jì)采用新型梅花孔形爐箅子,，使煙氣和冷風(fēng)氣流分布更加均勻。根據(jù)熱風(fēng)爐控制廢氣溫度要求,，設(shè)計(jì)最高使用溫度≤450℃,。爐箅子及支柱采用橫梁式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選用耐熱鑄鐵,，可滿足高溫工作條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,。

2)主要閥門。熱風(fēng)閥、倒流休風(fēng)閥為閥座閥板帶高溫耐熱涂料的新型水冷閘板閥,，采用純水密閉循環(huán)冷卻,。其他閥門主要采用豎式閘閥和蝶閥。各主要閥門采用液壓驅(qū)動(dòng),，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有液壓站和潤(rùn)滑站,。冷風(fēng)放風(fēng)閥安裝在鼓風(fēng)機(jī)與熱風(fēng)爐之間的冷風(fēng)總管上，配有消音器,。

3)煤氣,、助燃空氣雙預(yù)熱系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐在單燒高爐煤氣的情況下送風(fēng)溫度達(dá)到1250℃的目標(biāo),，需要將助燃空氣和煤氣進(jìn)行預(yù)熱,。目前國(guó)內(nèi)常用的方法主要有換熱器法和附加加熱爐法。附加加熱爐預(yù)熱溫度高,，但系統(tǒng)復(fù)雜,、設(shè)備多、投資高,、操作維護(hù)量大,。換熱器法流程簡(jiǎn)單，不需耗費(fèi)額外能源,，運(yùn)行費(fèi)用低,。因此，設(shè)計(jì)采用板式換熱器,。

2．5 熱風(fēng)爐操作和控制系統(tǒng)

熱風(fēng)爐操作采用2燒1送工作制度,。操作系統(tǒng)分全自動(dòng)、半自動(dòng)兩種方式,，為方便設(shè)備檢修和開,、停爐控制，另設(shè)有手動(dòng)操作和事故操作(機(jī)旁操作)等方式,。熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用PLC控制,，設(shè)置自動(dòng)換爐和自動(dòng)燃燒系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以縮短送風(fēng)時(shí)間和實(shí)現(xiàn)燃燒最優(yōu)化,，從而提高熱風(fēng)溫度,。

3 結(jié)語(yǔ)

旋切式頂燃熱風(fēng)爐系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)科學(xué)合理，通過(guò)優(yōu)化熱風(fēng)爐主要設(shè)計(jì)參數(shù),，結(jié)合使用高效的旋切式燃燒器和新型格子磚,，在兩燒一送的工作制度下，熱風(fēng)爐系統(tǒng)具有穩(wěn)定提供1250℃風(fēng)溫的能力,。通過(guò)選用合理的耐火材料和先進(jìn)的砌筑方式,，結(jié)合穩(wěn)定的管道系統(tǒng)和空,、煤氣雙預(yù)熱系統(tǒng)，熱風(fēng)爐的壽命可達(dá)到兩代高爐爐齡,，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽的要求,。