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中冶京誠工程技術(shù)有限公司煉鐵工程技術(shù)所，北京 100176）

經(jīng)驗(yàn)交流

泰鋼1 780 m3高爐熱風(fēng)爐技術(shù)特點(diǎn)

孫式超1，馮燕波2

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

泰鋼1 780 m3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1 250℃風(fēng)溫的能力，壽命可達(dá)到兩代高爐爐齡。

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，高風(fēng)溫、長壽命熱風(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)30 a。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1 780 m3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)、液壓及潤滑系統(tǒng)、煙囪。熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)條件：冷風(fēng)流量4 200 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3 200 kJ/m3。操作制度：兩燒1送、送風(fēng)時(shí)間≥45 min。

熱風(fēng)爐形式為旋切頂燃式，座數(shù)為3座，全高47 m，爐殼內(nèi)徑（上/下）Φ 9 200/8 654，蓄熱室斷面積46.42 m2，格子磚高度26.040 m，單座熱風(fēng)爐格子磚加熱面積66 398 m2，單位爐容蓄熱面積112 m2/m3，單位鼓風(fēng)蓄熱面積47.4 m2/（m3·min），每座熱風(fēng)爐格子磚總重1 445 t。

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≥1 250℃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，再通過板式換熱器預(yù)熱助燃空氣和煤氣來實(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-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、煤氣入口及環(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［1］。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，使各層砌體間能自由膨脹、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Φ28mm，加熱面積54.93 m2/m3，填充系數(shù)0.615%，當(dāng)量厚度22.4mm。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8mm，用發(fā)泡苯乙烯板填充，格子磚與爐墻之間留有10～20mm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1 250℃的目標(biāo)，需要將助燃空氣和煤氣進(jìn)行預(yù)熱。目前國內(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

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1 250℃風(fēng)溫的能力。通過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)了長壽的要求。

TF578

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1004-4620（2014）04-0068-02

2014-02-19

孫式超，男，1974年生，1997年畢業(yè)于首鋼工學(xué)院鋼鐵冶金專業(yè)?，F(xiàn)為泰鋼工程設(shè)計(jì)研究有限公司高級(jí)工程師，從事高爐煉鐵工藝技術(shù)工作。