喬玉林

【摘 要】本文將針對提高熱風(fēng)爐高風(fēng)溫技術(shù)的改進(jìn)和提高進(jìn)行深一步的研究和探討，從影響熱風(fēng)爐風(fēng)溫的因素著手，探討提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫溫度的方法。

【關(guān)鍵詞】提高 高爐 熱風(fēng)爐 溫度 措施

前言

隨著高爐冶煉強(qiáng)度的不斷提高，高爐熱風(fēng)溫度有很大程度的增長，熱風(fēng)溫度在高爐冶煉中已從以前的1000C提高到1200C，我廠大小高爐有10座，熱風(fēng)溫度普遍較低，只有1080C，對此提出比較適合提高熱風(fēng)溫度的措施。

1熱風(fēng)爐的作用

高風(fēng)溫是現(xiàn)代高爐的重要技術(shù)特征。高爐熱風(fēng)爐是煉鐵廠高爐主要配套的設(shè)備之一，是一種熱交換設(shè)備。它主要用來為高爐提供高溫?zé)犸L(fēng)，以供爐內(nèi)的反應(yīng)。熱風(fēng)爐的作用是為高爐持續(xù)不斷的提供1000°以上的高溫?zé)犸L(fēng)，高爐煉鐵所需熱量的25%都來自熱風(fēng)爐。其消耗的能源為煤氣燃燒產(chǎn)生的熱量，占高爐產(chǎn)生煤氣的一半。一般一座高爐配3～4座熱風(fēng)爐，目前先進(jìn)的現(xiàn)代熱風(fēng)爐風(fēng)溫可以達(dá)到1300°。

熱風(fēng)爐被廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域，因工藝要求不同、燃料種類不同、熱風(fēng)介質(zhì)不同而派生出不同用途與不同結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐。本文要介紹的，是為高爐冶煉提供高溫?zé)犸L(fēng)的熱風(fēng)爐。

2熱風(fēng)爐風(fēng)溫的影響因素

2.1熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)對風(fēng)溫的影響

現(xiàn)代的熱風(fēng)爐主要分為內(nèi)燃式、外燃式和頂燃式幾種。內(nèi)燃式熱風(fēng)爐成本較低，且占地面積較小，易于建設(shè)，散熱面積小，熱效率高。不過，內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的燃燒室結(jié)構(gòu)太過復(fù)雜，而且大多數(shù)的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐沒有在太高的溫度下使用過。外燃式熱風(fēng)爐的燃燒室獨立簡單，并且長期在高溫下使用。但是，外燃式熱風(fēng)爐成本高，占地面積大，不易于建設(shè)，并且散熱面積較大，熱效率低。在高溫條件下，鋼殼可能會發(fā)生開裂。頂燃式熱風(fēng)爐具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約材料、成本低廉等特點。同時，它也有壽命短、操作不變、高溫區(qū)易損壞等缺點。其中，內(nèi)燃式基本上已經(jīng)淘汰不用，現(xiàn)在大部分煉鐵企業(yè)用的均為外燃式，而頂燃式的使用數(shù)量正在逐年上升。

2.2耐火材料和格子磚對風(fēng)溫的影響

熱風(fēng)爐大體上由燃燒室和蓄熱室兩部分構(gòu)成。爐體內(nèi)不同的部位，溫度是不同的，并且在溫度變化以及一些化學(xué)反應(yīng)的破壞下，不同部位的損傷程度也是不同的。為了能夠承受爐內(nèi)的高強(qiáng)度的熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷，熱風(fēng)爐的耐火材料必須具有高度的穩(wěn)定性，同時要具有抗高溫低蠕變的性能。格子磚的作用是貯存熱量，其大量存在于蓄熱室。貯存熱量的多少取決于單位體積的格子磚具有的受熱面積，可以通過改變格子磚的孔數(shù)和單孔的孔徑來改變格子磚的受熱面積。

2.3操作制度對風(fēng)溫的影響

煤氣熱值流量和溫度以及助燃空氣的流量和溫度是影響風(fēng)溫的兩個重要指標(biāo)。只有這兩個指標(biāo)都達(dá)到合理的要求，才能最大限度地提高熱風(fēng)溫度，盡可能地降低成本。在煉鐵過程中，基本的送風(fēng)制度是交錯并聯(lián)送風(fēng)制，現(xiàn)在大多數(shù)的高爐在整個過程中都是用雙爐送風(fēng)，一主一副，交替進(jìn)行送風(fēng)，即所謂的“兩燒兩送”。另外，還有“兩燒一送”和“三燒一送”等。與后兩者相比，“兩燒兩送”能夠使風(fēng)爐的熱效率得到更大的提高。實踐證明，當(dāng)熱風(fēng)爐拱頂?shù)臏囟缺３衷?420℃左右時能夠使風(fēng)溫達(dá)到更高的溫度。這個溫度既不能太高也不能太低，一般要控制在1400℃～1450℃之間。這樣既能盡可能地提高風(fēng)溫，又能防止由于高溫產(chǎn)生氮氧化物與水結(jié)合產(chǎn)生硝酸，對熱風(fēng)爐造成腐蝕。

3提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫溫度的措施

3.1使用頂燃式熱風(fēng)爐

頂燃式熱風(fēng)爐是在內(nèi)燃式和外燃式兩種結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上逐漸產(chǎn)生的一種全新的結(jié)構(gòu)形式。上文比較了三種不同結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐的特點之后可以發(fā)現(xiàn)，頂燃式熱風(fēng)爐同時具有了內(nèi)燃式和外燃式兩種熱風(fēng)爐的優(yōu)點，那么在不久的將來，頂燃式熱風(fēng)爐必將會取代其他兩種結(jié)構(gòu)形式的熱風(fēng)爐，所以未來應(yīng)該將頂燃式熱風(fēng)爐的設(shè)計和改進(jìn)作為主要的研究方向。

3.2使用更優(yōu)質(zhì)的耐火材料和格子磚

熱風(fēng)爐內(nèi)的溫度自下而上逐漸升高，根據(jù)此規(guī)律，可以將熱風(fēng)爐分為高溫區(qū)、中溫區(qū)和低溫區(qū)三個不同的溫度區(qū)，在拱頂和蓄熱室以及燃燒室上部等部位溫度最高。根據(jù)三個區(qū)段溫度的不同，我們可以合理的選擇耐火材料。在實際生產(chǎn)中，高溫區(qū)應(yīng)該使用抗高溫、低蠕變、體積穩(wěn)定性好、抗腐蝕能力強(qiáng)的材料，比如硅磚和高鋁磚，鑒于我國屬于鋁土資源豐富的國家，因此，國內(nèi)可以使用高容重、低蠕變的高鋁質(zhì)耐火材料；中溫區(qū)也可以使用高鋁磚；低溫區(qū)由于對耐火要求較低，所以通常使用普通的黏土磚。這樣既能更大限度地提高風(fēng)溫，又能節(jié)省成本。

在保證送風(fēng)周期內(nèi)風(fēng)溫穩(wěn)定的前提下，使用合理數(shù)量的格子磚，以提高換熱速度。除此之外，還可以通過增加格子磚的孔數(shù)，以及適當(dāng)減小格子磚的孔徑來增大格子磚的受熱面積。現(xiàn)在，世界上已經(jīng)生產(chǎn)出了第三代格子磚，與第一代相比，第三代格子磚的受熱面積增大了將近十倍，成本縮減為原來的十分之一。國內(nèi)的部分熱風(fēng)爐已經(jīng)在合理使用耐火材料、改進(jìn)格子磚等方面取得了比較不錯的效果。

3.3優(yōu)化操作制度

設(shè)置合理的操作參數(shù)可以大大提高提高熱效率，降低成本。其中以合理匹配煤氣熱值流量和溫度以及助燃空氣的流量和溫度兩個參數(shù)最具代表性。一座高爐配有四座熱風(fēng)爐，讓四座熱風(fēng)爐交替送風(fēng)可以增加格子磚的數(shù)量和爐內(nèi)受熱面積，極大地提高熱風(fēng)爐的熱效率。除此之外，還應(yīng)該在保證充分利用蓄熱爐熱容量的前提下，合理地增加換爐的次數(shù)，縮短送風(fēng)的時間。

3.4其他措施

除了以上的措施之外，還可以通過提高理論燃燒溫度來提高熱風(fēng)爐風(fēng)溫。提高理論燃燒溫度可以通過多種方式實現(xiàn)，例如：將焦?fàn)t煤氣混入高爐煤氣中以提高煤氣的熱值；利用一些設(shè)備將煤氣中的水分脫去，以避免煤氣中大量的水分會帶走過多的熱量；利用熱風(fēng)爐自身產(chǎn)生的余熱來預(yù)熱助燃空氣達(dá)到一定的溫度，既充分利用了能源，用提高了效率；向爐內(nèi)注入充足的空氣，使煤氣能夠盡可能地燃燒等等。

3.5.熱風(fēng)爐自身預(yù)熱法

在單一燒低熱值高爐煤氣的熱風(fēng)爐，熱風(fēng)溫度較低，不能滿足現(xiàn)有高爐對熱風(fēng)溫度的需要。自身預(yù)熱法就是利用熱風(fēng)爐給高爐送風(fēng)后的余熱來預(yù)熱助燃空氣，提高理論燃燒溫度達(dá)到提高風(fēng)溫的目的。它能用低發(fā)熱量的煤氣燒出1200C以上的風(fēng)溫，它的基本原理是熱量的疊加，把低溫?zé)崃哭D(zhuǎn)換成高溫?zé)崃俊?座熱風(fēng)爐的高爐采用二燒一送一預(yù)熱的工作制度，在進(jìn)行熱風(fēng)爐自身預(yù)熱。具體的操作方法是一座熱風(fēng)爐燒好后，開始先給高爐送風(fēng)，給高爐送完風(fēng)后，再改送助燃空氣，送完助燃空氣后再轉(zhuǎn)為燃燒。如此周而復(fù)始地進(jìn)行，這樣能將助燃空氣預(yù)熱到800—900C。按助燃空氣溫度在800C以內(nèi)每升高100C可提高理論燃燒溫度33C計算，熱風(fēng)溫度可提高200C，達(dá)到1200C以上。熱風(fēng)爐自身預(yù)熱法的改造，從我廠現(xiàn)狀來看，改進(jìn)方法為煙道處加裝助燃空氣入口，以熱風(fēng)爐現(xiàn)有助燃空氣入口為熱空氣出口。因熱空氣溫度過高，熱空氣管道閥門應(yīng)使用耐高溫的材質(zhì)，自身預(yù)熱法降低了熱風(fēng)爐燃燒器使用壽命，有機(jī)會應(yīng)更換成新型陶瓷燃燒器。熱風(fēng)爐自身預(yù)熱法能有效的提高熱風(fēng)溫度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.6冷空氣分配器

內(nèi)燃式熱風(fēng)爐在送風(fēng)期的氣流分布是冷風(fēng)入口的對面隔墻的附近區(qū)域和隔墻與大墻相交的兩個死角，氣流強(qiáng)度、流速大即在這個區(qū)域流過大量冷風(fēng)而靠近大墻內(nèi)壁氣流次之，而在冷風(fēng)入口附近中線兩側(cè)區(qū)域氣流最弱，流速最小，即冷風(fēng)通過該區(qū)域最少，冷風(fēng)在蓄熱室橫截面的氣流分布均勻度只有60—70%。

出現(xiàn)上述分布的主要原因是：熱風(fēng)爐送風(fēng)期冷風(fēng)由冷風(fēng)入口流入箅子下的空間時，主氣流由于慣性和沖力靠近隔墻和孔面格孔內(nèi)的氣流強(qiáng)，通過的冷風(fēng)量多，當(dāng)氣流抵達(dá)隔墻分成兩個部分，分別沿著大墻向入口回流，在流抵主氣流的兩側(cè)形成一對較大形似橢圓的旋流區(qū)，這就是主冷風(fēng)入口中線兩側(cè)區(qū)域氣流最弱、流蘇小，通過風(fēng)量少的原因，我廠熱風(fēng)爐大中修時可以看出熱風(fēng)爐蓄熱室磚面呈錐狀（以球式熱風(fēng)爐表現(xiàn)明顯）。

熱風(fēng)爐在燃燒時煙氣在蓄熱室橫截面上氣流分布很不均勻，氣流分布均勻度只有60—70%，在燃燒室對面氣流量最大而燃燒室兩側(cè)附近區(qū)域氣流量又顯著減少形成這種不均勻分布的原因，對于內(nèi)燃式熱風(fēng)爐來講因為燃燒期煙氣量分配大的區(qū)域，恰是送風(fēng)期冷風(fēng)流量較小的區(qū)域，相反煙氣分配較小的區(qū)域，卻又是冷風(fēng)量分配較大的區(qū)域，這就是內(nèi)燃式熱風(fēng)爐風(fēng)溫第，爐頂溫度與熱風(fēng)溫度差值大的局面。

熱風(fēng)爐冷風(fēng)均勻配氣裝置，它是由氣流整流器和數(shù)個阻流導(dǎo)向板組成，氣流整流器安裝在箅子冷風(fēng)入口的內(nèi)側(cè)其作用是整流和均勻分流，導(dǎo)向阻流板安裝在箅子下安裝，通過遮擋與導(dǎo)向破壞渦流均勻分布?xì)饬?，使熱風(fēng)爐冷風(fēng)均勻分布度由60——70%提高到80——90%，提高熱風(fēng)溫度30——50C，該裝置是老是熱風(fēng)爐快速提高熱風(fēng)溫度的好辦法。

4.小結(jié)

提高熱風(fēng)溫度的方法還有很多，如制定合理的工作周期，提高熱風(fēng)爐工作效率，富氧鼓風(fēng)燒爐，富化高爐煤氣等多種方法，只要努力研究，我廠的熱風(fēng)溫度一定能達(dá)到同行業(yè)領(lǐng)先水平。

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