鄂钢1080m_3高炉热风炉设计研究

摘要:鄂钢1080砰高炉热风炉设计采用高风温长寿技术，如带中心绕流柱的热风炉陶瓷燃烧器和热风炉冷风均匀配气装置两项专利技术及其他先进设计技术，有效地保证了热风炉设计目标的实现。那钢1080时的生产实践表
明，设计的热风炉能够满足生产需要，同时也能够获得高风温和长寿命。
1引言
    随着高炉炼铁技术的发展，设计和应用高风温长寿热风炉变得越来越重要。高风温长寿热风炉在国外有许多成功的范例，如荷兰霍高文内燃式热风
炉、日本新日铁外燃式热风炉。荷兰霍高文内燃式热风炉风温可达1300 9C;外燃式热风炉具有燃烧能力大，热风炉本体结构相对稳定的优点，能实现高风温下的长寿，但与内燃式热风炉相比，占地面积大，投资多25%一30%。中冶武研多年来从事高风温长寿热风炉技术的研究工作，已经取得一系列专利成果。2003年承担了鄂钢1080耐高炉热风炉系统的工程总承包工作，并在热风炉的设计中采用了多项自主开发专利技术，热风炉设计风温1 150-1200℃。
2设计概况

    鄂钢1080扩高炉配备3座内燃式热风炉，能够满足2400 Nm3/min风量时1200℃的风温要求。热风炉性能参数见表1，热风炉主要尺寸参数见表2 热风炉工艺计算是以单烧高炉煤气为基础的。为了达到1 150-1200℃的送风温度，燃烧计算结果表明，助燃空气和高炉煤气的预热温度应达到160℃以上的水平，可通过优化蓄热室格子砖高度使废气温度控制在350℃的水平来实现。
3热风炉设计特点
3. I耐火材料的选取
    对热风炉工作状态进行数值模拟计算，确定了砌体各部位的温度分布，根据温度分布状况选择热风炉各部位的耐火材料。上部高温区及拱顶采用热膨胀率小、热稳定性好、蠕变率低的低蠕变高铝砖
3. 2拱顶设计
    为了提高稳定性，将拱顶设计成悬链线形式。拱顶内衬采用炉壳直接支撑，拱顶砌体与大墙砌体分开，两者互不影响，消除了大墙不均匀膨胀对拱顶的影响。拱顶采用悬链线结构的另一个优点是蓄热室断面上气流分布均匀，因此悬链线拱顶是目前普遍采用的热风炉拱顶形式。为便于砖型设计、方便施工，采用多段圆弧拟合悬链线。鄂钢1080砰高炉热风炉拱顶设计中采用3段圆弧拟合悬链线。拱顶
工作层采用高荷重软化温度的低蠕变高铝砖，并采用先进的拱顶均压技术，进一步改善了拱顶砌体的受力状况，同时，在满足拱顶保温的条件下，减薄了拱顶的厚度。
3.3固形火井的设计
    对于内燃式热风炉，燃烧室与蓄热室之间的火井隔墙的温度梯度都很大，火井存在着一种向蓄热室格子砖方向倾斜的倾向，容易造成火井破坏，甚至发生短路。为提高隔墙的寿命，针对内燃式热风炉的薄弱环节，设计中采取了如下措施:在火井隔墙中加入隔热层，以降低隔墙两侧的温度梯度，从而可以减小热应力，减轻弯斜倾向;在火井隔墙中间，采取在一定高度上增加一定厚度的不锈钢薄板，使短路的发生率降至最低;火井采用板块式结构砌筑，由4个独立板块组成，板块之间的膨胀缝填充多晶莫来石纤维毡。
3.4带中心绕流柱的热风炉陶瓷燃烧器
    带中心绕流柱的热风炉陶瓷燃烧器，是专门为高风温热风炉设计的新型陶瓷燃烧器(见图1)。

这种燃烧器主要包括特殊结构的煤气人口和空气人口、中心煤气绕流柱、煤气导流板、煤气上升通道、空气环道、空气上升道、一次风喷孔、二次风喷孔、空煤气预混室、保护帽和减震环等部分。燃烧器的空气环道环绕在煤气环道之外，煤气环道中央设置有中心绕流柱。在中心绕流柱面对煤气人口处设置有导流板，一次风口设置在着火盆的下部扩展处;二次风口设置在着火盆的上部，在保护帽的上面还设置有一个减震导流环。设置绕流柱形成的双峰状的气流分布减小了气流的厚度，最高流速所在的位置远比单峰状靠近烧嘴的外周，有利于一次风和二次风对煤气流的穿透和混合，对稳定燃烧、降低空气消耗系数和提高理论燃烧温度都起到了很大的作用。因此，这种燃烧器大大减少了燃烧时需要的过剩空气量，它燃烧时只需极小的过剩空气量(a二1.02一1.05)就能实现煤气的完全燃烧。以燃烧高炉煤气为例，a由1. 15降至1.02，可提高理论燃烧温度约5090;可实现煤气的完全燃烧，消除废气中可燃成分的存在，实现快速烧炉，风温高而且稳定，使能源利用更充分。
3.5热风炉冷风均匀配气装里
    我们在进行热风炉蓄热室热交换计算时，一般都是在假定通过每个蓄热室格子砖孔的空气和烟气流量一样的情况下做出的，事实上并非如此。通过蓄热室格子砖格孔的空气和烟气流量存在着较大的
差异。目前国内外各种热风炉，其人炉冷风配气的均匀程度为45%-65%，尤其是对单管鼓风的内燃式热风炉，其冷风配气的均匀程度只有40%-50%，这是由于热风炉的固有结构造成的。在满砌格子砖的热风炉蓄热室内，众多让冷风和烟气通过的竖向格子砖孔，实际上是一簇并联的气孔通道。每一个竖向格孔对气流流过时的阻力，在正常情况下是一样的，因此流进每一格孔冷风或烟气流量则取决于流体的人口特性，如压力、流速、人口形式等。双管和单管鼓风的热风炉的流场结构见图2,3。

通过采用冷风均匀配气装置，改变冷风的人口特性，保证通过蓄热室格孔的冷风流量均匀，从而提高蓄热室的热交换效率。
3. 6组合砖及高效格砖
    在高温区砌体开孔部位广泛采用组合砖，以提高易破损部位的砌体结构稳定性和气密性，蓄热室采用带凹凸槽的七孔高效格砖，结构稳定，换热面积大，效率高。
3. 7热风炉主要设备
    (1)热风炉三大件采用RQTSi4M。铸铁，工作温度可达450 9C。其中，炉算子孔为三瓣梅花形结构，算子板厚度为280 mm。支撑梁采用箱形结构，能很好提高支撑系统的稳定性。炉算子支柱的布置根据蓄热室断面积形状而定，尽可能使载荷均布。
    (2)分离式热管余热回收系统。鄂钢焦炉煤气资源紧张，为确保热风炉单烧高炉煤气时送风温度达到1150一1200 9C，提高系统热效率，节约能源，设计中采用高效分离式热管换热器回收热风炉烟气余热，同时对助燃空气和高炉煤气进行双预热，鄂钢煤气热值较低，要达到1150一1200℃的风温，助燃空气和煤气均应预热到160℃以上。
    为达到预期的预热温度，必须有足够的烟气温度做保障，为此热风炉烟气系统按350℃设计，从理论上保证空气和煤气的预热温度。
    表3为高炉正常运行时2005年9月日报表摘录数据(混风阀开口度保持在15%左右)。表4为高炉的主要技术经济指标。从以上数据可以看出，在单炉送风的制度下，该热风炉具有稳定提供1 100℃风温的能力。根据鄂钢铁厂高炉生产报表记录，在2005年5月份，风温曾达到1 150℃时，因部分送风支管局部发红，故而未继续提高风温，根据高炉生产实际需要，现将热风温度控制在I 120℃以下。

4热风炉烘炉
    热风炉计划烘炉8天，低温阶段采用自制烧嘴，该烧嘴具有较大的调节范围和精确的流量控制，燃料为焦炉煤气。当用自制烧嘴将热风炉拱顶温度烘到600℃以上时，即将热风炉高效能陶瓷燃烧器投入运行。由于高炉方面的原因，实际烘炉时间大大延长(采用小火保温)，因此，热风炉烘炉时间充足，烘炉效果非常理想。
    烘炉过程中的参数监测是十分必要的，尤其是对温度的监测。在每座热风炉的炉算子上部、拱顶、燃烧室等部位安装了临时热电偶用于烘炉。同时对煤气流量、助燃空气的流量进行实时监测。
5操作实践
    鄂钢1 osom'1080m高炉工程于2004年12月24日点火投产，26日出铁。目前热风炉系统运行稳定，热风炉实际运行参数见表3、表4

6结语
    (1)鄂钢1080耐高炉热风炉的设计是成功的，在单烧高炉煤气的情况下风温可达到1100℃以上，达到了设计的要求。
    (2)采用带中心绕流柱的热风炉陶瓷燃烧器，可有效提高高炉煤气的理论燃烧温度。
    (3)采用热风炉冷风均匀配气装置，可有效提高热风炉的换热效率。
    (4)高风温长寿热风炉的设计是一项系统工程，它包括合理的结构、耐火材料的选配、热交换的改善、工艺设备的配套及必要的能源手段来保证其有效实施。