黃筠　李澤群

摘 要：某1000m3高爐內(nèi)燃式熱風爐內(nèi)襯出現(xiàn)問題，擬對其進行改造。通過對改造方案、布置形式、熱風爐形式、燃燒器等幾方面進行分析對比，綜合考慮投資、占地、生產(chǎn)操作、檢修維護、對生產(chǎn)的影響、不利因素等方面的情況，最終優(yōu)選方案為：新增一座內(nèi)燃式熱風爐，采用“一列式”布置，對原有兩座熱風爐內(nèi)襯進行改造，燃燒器采用矩形燃燒器。同時對現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風爐的砌筑結構、耐火材料材質(zhì)等方面做了改進，增強隔墻的穩(wěn)定性。

關鍵詞：內(nèi)燃式熱風爐 改造 設計

中圖分類號：TF578 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-070-02

1 前言

某1000m3高爐配3座內(nèi)燃式熱風爐，采用懸鏈線拱頂、“蘋果形”燃燒室、格柵式陶瓷燃燒器，設置分離式熱管換熱器回收煙氣余熱，將煤氣和助燃空氣預熱到180℃，設計風溫1170℃。

該高爐于2004年投產(chǎn)，實際生產(chǎn)中，由于除塵效率不好，格子磚堵塞、渣化情況較嚴重，于2008年更換了燃燒器、格子磚及燃燒室火井墻，開爐后熱風溫度在1050～1100℃。2011年底發(fā)現(xiàn)隔墻開裂，2013年由于火井隔墻向內(nèi)傾斜倒塌、堵塞燃燒器，燒爐不順，熱風溫度僅在900～1000℃，導致焦比升高，能耗增高。因此熱風爐需要大修改造，改造后要求風溫提高到1200℃，熱風爐壽命提高到10年以上。

針對該高爐熱風爐現(xiàn)狀，同時結合國內(nèi)部分800～2600m3高爐內(nèi)燃式熱風爐改造后的情況，提出了3種改造方案，通過對改造方案、布置形式、熱風爐形式、燃燒器等方面的分析對比，最終優(yōu)選出了1套改造方案，同時也對現(xiàn)有熱風爐的薄弱環(huán)節(jié)提出了改進措施。

2 方案優(yōu)化

2.1 熱風爐改造主體方案的對比

目前國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的類似的內(nèi)燃式熱風爐改造主要有3種方案：方案一，對原有3座熱風爐內(nèi)部耐火材料進行改造；方案二，增加1座熱風爐，對原有2座熱風爐內(nèi)部耐火材料進行改造；方案三，新建3座熱風爐。

方案一沒有增加熱風爐，占地最小，投資也最低，總工期較短，但是對高爐生產(chǎn)的影響最大，高爐停爐時間最長。因為現(xiàn)有熱風溫度僅為900～1000℃，遠低于設計風溫，若一座熱風爐中修，僅2座熱風爐無法維持生產(chǎn)，高爐必須停爐直至3座熱風爐全部中修完，因此采用該方案是不利的。

方案二新增1座熱風爐，占地、投資、總工期適中，新增熱風爐投產(chǎn)后，原有3座熱風爐可以逐一停爐中修，這樣始終有3座熱風爐處于生產(chǎn)狀態(tài)，僅新老管道對接時高爐停爐幾天，影響較小。

方案三新建3座熱風爐，高爐停爐時間也較短，但是占地、投資最高，總工期最長，也較為不利。

為保證熱風爐改造時高爐能正常生產(chǎn)，減小今后熱風爐維修對高爐造成的不利影響，進一步提高和穩(wěn)定風溫，擬選擇方案二，即新增1座熱風爐，并對其中兩座熱風爐輪流中修。今后如果高爐擴容，還可以將現(xiàn)有第3座熱風爐中修后投入生產(chǎn)。

2.2 熱風爐的布置方式的對比

根據(jù)現(xiàn)有總圖布置狀況以及工藝特點，新增熱風爐的布置形式可采用“一列式”和“并列式”?！耙涣惺健薄略鰺犸L爐布置在原有3座熱風爐同一中心線上，占據(jù)了原有換熱器區(qū)域?！安⒘惺健薄略鰺犸L爐布置在原有3座熱風爐南側預留綠化帶。兩種布置方式對比分析如下：

（1）操作維護。新增熱風爐采用“一列式”布置，與現(xiàn)有熱風爐一致，有利于操作控制；采用“并列式”布置，與現(xiàn)有熱風爐不一致，由于管道走向、長度變化較大，阻損不同，對燒爐操作控制造成一定影響。

（2）占地、投資?！耙涣惺健闭嫉匦?，投資低；“并列式”占地大，新增管道較長，投資約增加400～500萬元。但是由于采用“一列式”布置時，原有換熱器需移地大修，考慮該費用以后，二者基本相當。

（3）施工難易程度及工期?！耙涣惺健眻龅厥芟?，施工困難，工期略長，施工成本略高；“并列式”不受場地限制，施工方便。

（4）不利因素?！耙涣惺健闭加迷袚Q熱器區(qū)域，須對換熱器系統(tǒng)設備、管道等進行移地改造；而“并列式”不占用原換熱器區(qū)域，換熱器設施可以根據(jù)其運行狀況確定何時更新，相對有利?！安⒘惺健睙犸L管道較長，“一列式”熱風管道較短，熱風管道越長，散熱損失越大，投資也就越高，也就越不利。

因此，采用“一列式”布置，與現(xiàn)有熱風爐基本一致，便于以后生產(chǎn)操作、維護，而且占地較小，更有利。

2.3 熱風爐形式比較

目前，由于頂燃式熱風爐取消了隔墻，減少了一個薄弱環(huán)節(jié)，所以在新建高爐中得到廣泛應用。因此，新增熱風爐設計了2種形式：內(nèi)燃式熱風爐或者頂燃式熱風爐。對其對比分析如下：

（1）操作控制。內(nèi)燃式熱風爐與現(xiàn)有熱風爐一致，更有利于操作控制。

（2）占地、投資。占地二者相當。頂燃式熱風爐本體投資低于內(nèi)燃式熱風爐。但是頂燃式熱風爐熱風出口標高與現(xiàn)熱風主管標高不一致，需要設置熱風豎管將其連接起來，而且頂燃式熱風爐的熱風、煤氣、助燃空氣管道中心標高較高，框架、平臺及走梯等相對投資也高，以致單座頂燃式熱風爐投資高于單座內(nèi)燃式熱風爐。

（3）檢修維護。內(nèi)燃式熱風爐煤氣、助燃空氣、熱風閥門的位置比頂燃式熱風爐低得多，檢修。維護相對容易。

（4）不利因素。內(nèi)燃式熱風爐固有的隔墻結構是其薄弱環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性較差，但是國內(nèi)外均有成功應用的實例，如武鋼所有高爐均采用內(nèi)燃式熱風爐，其本體內(nèi)襯均經(jīng)過了長期、高溫的實踐檢驗，未發(fā)生隔墻開裂倒塌的問題，證明采用內(nèi)燃式熱風爐也是可靠的選擇。頂燃式熱風爐沒有隔墻，結構簡單、穩(wěn)定；但是連接熱風出口與熱風總管的熱風豎管的結構復雜，內(nèi)襯的穩(wěn)定性較差。

目前兩種形式技術都很成熟，均可實現(xiàn)最高1200℃以上高風溫，且有長期成功的運行實踐。對本高爐而言，采用內(nèi)燃式熱風爐，更有利于生產(chǎn)操作、檢修維護，投資略低，對現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風爐而言，通過優(yōu)化耐火砌體結構和耐火材料材質(zhì)等措施，是能夠增強隔墻的穩(wěn)定性的。

2.4 熱風爐燃燒器比較

內(nèi)燃式熱風爐燃燒器也有2種方案：矩形燃燒器和格柵式燃燒器，現(xiàn)在對這兩種燃燒器進行分析對比。

從燃燒器特點來比較，矩形燃燒器，燃燒火焰較長；與之相配合的“眼睛形”燃燒室，蓄熱室的死角小，有利于氣流在格子磚中的均勻分布。格柵式燃燒器，燃燒火焰較短，燃燒完全；與之相配合的“蘋果形”燃燒室，蓄熱室的死角大，氣流在格子磚中分布的均勻性稍差。

從操作維護來比較，采用格柵式燃燒器與現(xiàn)有熱風爐一致，更加有利于操作控制。

對新建熱風爐而言選用這兩種燃燒器投資相當。現(xiàn)有熱風爐改造采用矩形燃燒器必須更換全部隔墻，燃燒器及部分爐篦子，投資較高。采用格柵式燃燒器則可酌情更換部分火井墻，燃燒器及爐篦子視破損情況看能否保留，投資相對較低。

同時，采用矩形燃燒器燒爐時，由于火焰較長，高溫區(qū)相對分散并趨于燃燒室中、上部，有利于燃燒室結構穩(wěn)定。格柵式燃燒器燒爐時高溫區(qū)相對集中在燃燒室下部，對該部位燃燒室的耐火材料要求相對要高，因此燃燒室中下部耐火材料要選用性能指標較高的材料；而且在燃燒室中下部燃燒以后會產(chǎn)生大量煙氣，對隔墻沖擊較大。

目前兩種燃燒器均能滿足生產(chǎn)需求，但是采用矩形燃燒器更為合理、可靠。

3 改進措施

現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風爐隔墻出現(xiàn)開裂、倒塌的現(xiàn)象，因此需要采取措施增強隔墻的穩(wěn)定性。主要在砌筑結構和耐火材料的材質(zhì)、性能指標等方面進行了改進。

3.1熱風爐隔墻砌筑結構

（1）采用自立式隔墻，內(nèi)襯設置合理的滑動結構和膨脹結構，這樣隔墻能夠自由的膨脹和滑動，不會因為膨脹無法吸收導致變形、倒塌。

（2）隔墻略加厚。隔墻越厚，隔墻磚溫度梯度越小，那么產(chǎn)生的變形就均勻，隔墻就越穩(wěn)定。但是隔墻越厚，蓄熱室斷面積就越小，綜合考慮隔墻只能加厚約30mm。

3.2 熱風爐本體用耐火材料

（1）燃燒器上部溫度變化比較劇烈，更宜采用耐火度和荷重軟化溫度高，具有良好高溫穩(wěn)定性和抗熱震性的紅柱石磚，有利于延長隔墻壽命。

（2）提高低蠕變高鋁磚的性能指標，使之與爐內(nèi)溫度、應力分布、化學侵蝕特點相適應。

（3）嚴格控制耐火材料性能和施工質(zhì)量，才能保證隔墻的壽命。

4 結語

本文對國內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的類似的內(nèi)燃式熱風爐改造項目的3種方案進行分析對比，并針對該1000m3高爐內(nèi)燃式熱風爐目前生產(chǎn)情況，綜合考慮了投資占地、生產(chǎn)操作、檢修維護、對生產(chǎn)的影響、不利因素等方面情況，最終優(yōu)選設計方案為：新增1座內(nèi)燃式熱風爐，采用“一列式”布置，對原有2座熱風爐內(nèi)襯進行改造，燃燒器采用矩形燃燒器。

同時為增強現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風爐的隔墻的穩(wěn)定性，在其砌筑結構、耐火材料的材質(zhì)和性能指標等方面做了改進，該項目設計方案實施后，可以滿足送風溫度提高到1200℃和熱風爐壽命>10年的要求。

參考文獻：

[1] 舒軍.高溫內(nèi)燃式熱風爐的發(fā)展及特征[J].煉鐵，1998（2）：12-15.