泰鋼1 780 m3高爐熱風爐技術特點

孫式超，馮燕波

（1萊蕪市泰鋼工程設計研究有限公司，山東萊蕪 271100；2中冶京誠工程技術有限公司煉鐵工程技術所，北京 100176）

經驗交流

泰鋼1 780 m3高爐熱風爐技術特點

孫式超1，馮燕波2

（1萊蕪市泰鋼工程設計研究有限公司，山東萊蕪 271100；2中冶京誠工程技術有限公司煉鐵工程技術所，北京 100176）

泰鋼1 780 m3高爐工程中采用旋切式頂燃熱風爐，對熱風爐燃燒器、雙鎖扣拱頂、組合磚及高效格子磚等主要特點進行了分析。實踐表明，熱風爐系統具有穩定提供1 250℃風溫的能力，壽命可達到兩代高爐爐齡。

高爐；熱風爐；高效格子磚；燃燒器

隨著現代高爐噴煤量的增加和高爐一代爐齡的延長，高風溫、長壽命熱風爐已成為現代熱風爐設計的目標。如荷蘭霍戈文內燃式熱風爐、日本新日鐵外燃式熱風爐等，風溫均在1 200℃以上，壽命可達30 a。但內燃式熱風爐蓄熱室氣流分布不均勻、隔墻穩定性差和外燃式熱風爐占地面積大、投資高等問題，始終是熱風爐設計的軟肋。而大型旋切式頂燃熱風爐，克服了內燃式熱風爐固有的缺點，投資和占地面積相對外燃式熱風爐少，在現代高爐生產中具有較明顯的優勢。

1 熱風爐設計概況

泰鋼集團兩座1 780 m3高爐均配備3座旋切式頂燃熱風爐。3座熱風爐按一列式布置，主要由以下幾個部分組成：熱風爐本體、管道系統、煙氣余熱回收系統、助燃風機系統、液壓及潤滑系統、煙囪。熱風爐設計條件：冷風流量4 200 m3/min、設計風溫≥1 250℃、拱頂溫度1 400℃、冷風壓力0.43 MPa、冷風溫度120℃、最高廢氣溫度420℃、預熱后助燃空氣溫度≥200℃、預熱后煤氣溫度≥200℃、燃料熱值3 200 kJ/m3。操作制度：兩燒1送、送風時間≥45 min。

熱風爐形式為旋切頂燃式，座數為3座，全高47 m，爐殼內徑（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，單位鼓風蓄熱面積47.4 m2/（m3·min），每座熱風爐格子磚總重1 445 t。

熱風爐工藝計算是以單燒高爐煤氣為基礎的。燃燒計算結果表明，為了達到≥1 250℃的送風溫度，助燃空氣和高爐煤氣的預熱溫度應達到200℃以上。為此，通過優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熱助燃空氣和煤氣來實現這一目標。

2 熱風爐設計特點

2.1 耐火材料

耐火材料的選擇是由熱風爐各部位的溫度分布為依據的。根據熱風爐不穩態傳熱模擬計算結果，熱風爐燃燒室及蓄熱室上部高溫區采用硅磚RG95，下部低溫區根據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相匹配。燃燒器內墻喉口部位選用抗溫度沖擊能力較好的莫來石磚。熱風管道內襯為低蠕變高鋁磚，隔層為輕質高鋁磚和耐火噴涂料。

2.2 熱風爐本體

1)爐殼。熱風爐爐殼材質選用Q345C，由直筒殼體、拱頂殼體及燃燒器殼體3部分構成。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上。爐殼的主要直徑變化處采用曲線過渡結構，減小應力集中。上部高溫區爐殼內表面涂抹YJ-250耐熱耐酸防腐涂料，防止晶間應力腐蝕。

2）旋切式頂燃熱風爐燃燒器。燃燒器安裝在燃燒室上部，由混合室及收縮口、煤氣入口及環道、助燃空氣入口及環道和空煤氣噴口組成。混合室設在環道的中央區域，內側設有噴口，外側設有入口和環道，混合室和燃燒室的交界處設有收縮口。煤氣與空氣采用渦流噴射進入燃燒器，煤氣流與空氣流在燃燒器內旋流，從喉口噴出后進入燃燒室燃燒，實現高爐煤氣在進入格子磚以前能夠均勻、完全的燃燒。另外，燃燒產物的旋轉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。為了提高穩定性，熱風爐上部采用雙鎖扣拱頂。拱頂內襯直接支撐在熱風爐爐殼上，與大墻砌體分開，兩者之間設迷宮式滑移縫，消除了大墻不均勻膨脹對拱頂的影響。另外，該拱頂結構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爐拱頂形式［1］。為便于磚型設計施工，采用兩圓擬合懸鏈線。在保證拱頂穩定的前提下，適當降低拱頂高度，從而降低了熱風爐全高。拱頂采用專有的組合磚整體砌筑技術，改善了拱頂砌體的受力狀況。此外，在拱頂內襯中合理地設置膨脹縫和滑移縫，使砌體能更好地適應冷熱交替的工作環境，結構更加穩定。

4）組合磚及高效格子磚。在上部高溫區砌體開孔部位均采用組合磚，以提高易破損部位的砌體結構穩定性和氣密性。組合磚內外兩環之間以及組合磚與熱風管道砌體之間設置膨脹縫，使各層砌體間能自由膨脹、滑動。根據傳熱計算結果和蓄熱面積的要求，蓄熱室格子磚高度設計為26.04 m，上部高溫區采用抗高溫蠕變性能好的硅質格子磚，中部采用低蠕變粘土質格子磚，下部采用粘土質格子磚。格子磚采用19孔，格孔直徑Φ28mm，加熱面積54.93 m2/m3，填充系數0.615%，當量厚度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碼放形式，上下兩層由凹凸槽固定，保證了蓄熱體結構的穩定性。格子磚之間磚縫為8mm，用發泡苯乙烯板填充，格子磚與爐墻之間留有10～20mm的縫隙，保證了蓄熱體相對于爐墻的獨立性，有利于各部位耐火材料砌體受熱膨脹。

2.3 管道系統

為了使熱風管道系統更加合理，在熱風支管兩側的主管上各安裝1個軸向補償器，并在管道砌磚時分段留有S形膨脹縫。由于熱風出口位置較高，在圍管與熱風出口之間的主管道間設計垂直聯絡管，并在聯絡管兩側的熱風主管上分別設置連接一體的大拉桿。熱風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置1個補償器，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熱風支管的破壞，在每個支管上設置復式補償器，并在熱風閥和補償器之間設置彈簧支座。冷風管、煤氣管、助燃空氣管和煙道管按不同的標高布置在熱風主管同側。各管道根據介質溫度和管道走向設置不同形式的補償器，各種閥門均布置在管道與熱風爐之間，便于操作。采用地上煙道，煙道管內噴涂耐熱噴涂料，其他管道用硅酸鋁纖維氈進行外部保溫。

2.4 熱風爐主要設備

1）爐箅子及支柱。與19孔格子磚相匹配，設計采用新型梅花孔形爐箅子，使煙氣和冷風氣流分布更加均勻。根據熱風爐控制廢氣溫度要求，設計最高使用溫度≤450℃。爐箅子及支柱采用橫梁式結構，材質選用耐熱鑄鐵，可滿足高溫工作條件下結構穩定。

2）主要閥門。熱風閥、倒流休風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動，系統內設有液壓站和潤滑站。冷風放風閥安裝在鼓風機與熱風爐之間的冷風總管上，配有消音器。

3）煤氣、助燃空氣雙預熱系統。為了實現熱風爐在單燒高爐煤氣的情況下送風溫度達到1 250℃的目標，需要將助燃空氣和煤氣進行預熱。目前國內常用的方法主要有換熱器法和附加加熱爐法。附加加熱爐預熱溫度高，但系統復雜、設備多、投資高、操作維護量大。換熱器法流程簡單，不需耗費額外能源，運行費用低。因此，設計采用板式換熱器。

2.5 熱風爐操作和控制系統

熱風爐操作采用2燒1送工作制度。操作系統分全自動、半自動兩種方式，為方便設備檢修和開、停爐控制，另設有手動操作和事故操作（機旁操作）等方式。熱風爐系統采用PLC控制，設置自動換爐和自動燃燒系統。該控制系統可以縮短送風時間和實現燃燒最優化，從而提高熱風溫度。

3 結語

旋切式頂燃熱風爐系統工藝設計科學合理，通過優化熱風爐主要設計參數，結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，熱風爐系統具有穩定提供1 250℃風溫的能力。通過選用合理的耐火材料和先進的砌筑方式，結合穩定的管道系統和空、煤氣雙預熱系統，熱風爐的壽命可達到兩代高爐爐齡，實現了長壽的要求。

TF578

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1004-4620（2014）04-0068-02

2014-02-19

孫式超，男，1974年生，1997年畢業于首鋼工學院鋼鐵冶金專業。現為泰鋼工程設計研究有限公司高級工程師，從事高爐煉鐵工藝技術工作。