碳氫類燃料明火烘高爐對爐缸長壽的影響

吳強國

（華潤燃氣（鄭州）市政設計研究院有限公司， 河南 鄭州 450001）

經驗交流

碳氫類燃料明火烘高爐對爐缸長壽的影響

吳強國

（華潤燃氣（鄭州）市政設計研究院有限公司， 河南 鄭州 450001）

通過對比目前新建（復產）高爐熱風烘爐和明火烘爐兩種方式，全面分析碳氫類燃料明火烘高爐的技術缺點及其對爐缸長壽的影響，驗證了目前碳氫類燃料明火烘高爐仍存在較大的技術缺陷，提出了在沒有高爐煤氣條件下實現熱風烘高爐的新途徑。

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1 目前新建（復產）高爐烘爐的基本方式

按照高爐烘爐的技術要求，高爐烘爐應使用熱風爐提供的熱風進行烘爐，并對供風方式、升溫速度、烘爐時間、熱風流量以及放散空氣的含濕量等都有具體的技術指標要求［1］。

過去新建高爐項目投產、老高爐復產等在沒有高爐煤氣進行熱風爐燒爐的情況下，由于無法使用熱風進行高爐烘爐，致使高爐烘爐一般使用柴油做燃料，采用明火方式烘高爐。

近年來，液化石油氣及液化天然氣逐步取代柴油用于高爐項目投產（復產）烘爐。所以，目前即使沒有高爐煤氣，也可以采用液化石油氣或液化天然氣進行熱風爐燒爐，從而實現熱風烘高爐。

柴油、液化石油氣和液化天然氣均為碳氫類燃料。

碳氫類燃料明火烘高爐成本較低，但烘爐效果較差；熱風烘高爐效果較好，且可以為高爐開爐提供可靠的熱風供應，但燃料消耗較大，烘爐成本較高。

鑒于烘爐效果及烘爐成本的差異，有的業主為保證高爐烘爐效果及開爐時熱風供應的可靠性而選擇熱風烘高爐，有的業主為節省成本而選擇碳氫類燃料明火烘高爐。

目前，新建（復產）高爐的烘爐方式一般有熱風烘爐和明火烘爐兩種方式。

2 明火烘高爐的缺點

碳氫類燃料明火烘高爐存在嚴重的技術缺陷，烘爐效果更是自欺欺人，在一定程度影響到高爐爐缸的使用壽命。業內人士都很重視高爐烘爐的重要性，但對碳氫類燃料明火烘高爐的實際效果認識上還有待提高，僅停留在遵守烘爐曲線上是不能真正評判高爐烘爐效果的。

2.1 爐缸的烘烤效果很差

高爐烘爐的核心是爐缸的烘烤，爐缸的烘烤效果影響高爐的使用壽命［2］。

明火烘爐時一般在風口架設烘爐燒嘴，燒嘴上部加裝遮流板。由于受熱煙氣自然上浮、燒嘴與缸底標高相差較大等原因的影響，導致爐缸下半部與上半部的溫度差異很大，特別是爐缸底部的溫度更低，爐缸的烘烤效果很差。爐缸采溫點的溫度與爐缸上部、下部的溫度嚴重不符。如果要爐缸底部的溫度達到烘爐曲線要求的600℃，則高爐其他部位特別是爐頂的溫度就會嚴重超標。

碳氫類燃料燃燒產生大量的水蒸氣，冷凝后將會嚴重影響爐缸的烘烤效果。明火烘高爐（包括從熱風爐直接送熱煙氣烘高爐）時，由于使用柴油、石油氣、天然氣等碳氫燃料，煙氣中含有大量的水蒸氣（每燃燒1 t碳氫燃料，將產生約1.5～2.1 t水蒸氣），在加上從爐缸、爐壁蒸發出來的水分，爐腰以上部位處于過飽和狀態。雖然有一部分水蒸氣從爐頂放散出去，但仍然有大量的水蒸氣在高爐上半部冷凝成液態水，由于重力作用，重新下落到爐缸，冷凝水數量之大超出許多人想象。因此在烘爐的前半程，爐缸一直處于液態水浸泡的狀態，比沒烘爐時的濕度還大，缸底溫度很難上升，缸底的實際烘烤時間大打折扣，爐缸的烘烤效果極差。這種情況將直接影響爐缸的壽命。

2.2 熱煙氣的流量很小影響整體烘爐效果

高爐烘爐要求每分鐘的熱風流量約為高爐容積的1.0倍，風量太小則影響高爐烘爐效果。對于1 000 m3的高爐，烘爐的熱風流量應達到50000～60000m3/h。

明火烘高爐時烘爐燒嘴配備的助燃風機的風量約為200～5 000 m3/h，燃料流量很小，使用最大天然氣流量也僅為20～500 m3/h，燃燒后煙氣的總流量僅約300～6 000 m3/h，只達到技術要求的10%左右。由于熱煙氣的流量很小，且局部溫度很高，造成熱煙氣沿高爐爐腔中軸線垂直急速上升，爐壁的烘烤效果較差。

對高爐烘爐而言，大風量的烘烤效果較好。但明火烘高爐無法實現大風量。如果加大空氣量就會造成燃燒不穩定甚至頻繁熄火，烘爐效果更差，還可能引發爐膛爆炸事故。如果同時加大空氣及燃料流量，則熱負荷過大，這將導致爐頂溫度迅速超標。

2.3 爐內水分蒸發不佳

高爐明火烘爐時，由于使用柴油、天然氣等碳氫類燃料，煙氣中含有大量的水蒸氣（每燃燒1 t天然氣將產生約1.5～2.1t的水蒸氣）。隨著煙氣在高爐內的上升，煙氣的溫度不斷下降，煙氣中水分的飽和度便會逐步上升，在爐腰以上部達到過飽和，析出的水分將附著在高爐內壁上，造成爐內水分蒸發不佳的情況。

2.4 高爐烘爐效果沒有科學的檢測指標

高爐烘爐的主要指標有三個：升溫情況符合烘爐曲線的要求；外排氣體的含濕量要接近周圍大氣的含濕量；每分鐘熱風流量達到高爐容積的約1.0倍。

明火烘高爐時上述前兩項指標都無法科學考量，第三項指標根本無法實現。

明火烘爐時局部溫度過高，爐內處于負壓狀況，爐缸上下溫差很大，部分溫度場很不均勻，風口、渣口、爐底任何一點測定的溫度都無法反映爐缸整體的真實狀況，所以測得的烘爐曲線與實際情況嚴重不符。燃燒過程自然產生的大量水蒸氣，使得外排煙氣的含濕量一直處于過飽和狀態，從而使其含濕量高于周圍大氣含濕量的數十倍。

鑒于上述情況，明火烘高爐表面上遵照烘爐曲線進行，實際上卻只是一種表象，高爐內部的烘烤效果非常糟糕，尤其是爐缸底部的效果最差。

2.5 開爐的可靠性差

如果無法進行熱風爐燒爐，高爐開爐過程中的熱風供應就難以保證。如果開爐不順利，引煤氣的時間較長，熱風爐將出現爐溫過低的情況，從而導致高爐開爐的熱風供應被迫中斷，熱風爐的工況顯著惡化，甚至會造成熱風爐內部硅磚耐材損壞。

3 明火烘高爐對爐缸壽命的影響

3.1 明火烘爐對爐缸碳磚有影響

由于碳氫類燃料明火烘爐過程中不斷有冷凝水墜落到爐缸底部，長時間的浸泡會造成大量的水分滲入爐缸碳磚中，即使烘爐結束也無法完全蒸發。而這些殘存在碳磚中的水分在高爐開爐初期爐缸溫度升高后，將會與爐缸碳磚發生水煤氣反應，對爐缸炭磚產生較大損害［1］。

3.2 明火烘爐不利于爐缸應力的消除

高爐烘爐的目的之一是消除爐缸應力。而明火烘爐時高爐內部負壓嚴重，燒嘴位于風口，爐缸上下溫差極大且爐缸下部溫度較低，使其很難達到烘爐要求的溫度。這將不利于爐缸應力的消除。

3.3 明火烘爐易造成爐缸外壁搗打料產生氣隙

由于明火烘爐時爐缸中下部溫度普遍偏低，熱煙氣在負壓狀況下急速上升與爐缸側壁的對流換熱情況較差，造成爐缸外壁溫度始終達不到搗打料要求的固化溫度，致使搗打料中的稀釋劑也無法蒸發。高爐開爐后爐缸強制冷卻，搗打料將長期無法固化。在串煤氣等因素的影響下，搗打料與冷卻壁之間極易形成氣隙，影響爐缸傳熱與換熱，惡化爐缸工況［3］。

4 結語

碳氫類燃料明火烘高爐存在較大的技術缺陷，會對高爐爐缸碳磚及搗打料造成較大損害，也不利于爐缸應力的消除，嚴重影響高爐爐缸的壽命。

在沒有高爐煤氣等常規氣源的情況下，建議使用液化石油氣、液化天然氣等替代燃料進行熱風爐燒爐，從而實施熱風烘高爐。雖然成本較高，但對于高爐長壽意義較大，潛在效益較高。

使用液化石油氣、液化天然氣進行熱風爐燒爐已經在多種類型的熱風爐上取得成功，效果良好。不但能夠實現熱風烘高爐，還可以為高爐開爐提供連續可靠的熱風供應，確保熱風爐始終處于良好工況。

［1］ 鄒中平，郭憲臻.高爐爐缸氣隙的危害及防治［J］.鋼鐵，2012（6）：9-13.

［2］ 李洋龍，程樹森，王穎生.高爐停水烘爐的探討［C］//2014全國煉鐵學術年會文集，2014：948-953.

［3］ 黃曉煜，孫金鐸.高爐爐缸破損的原因與控制［C］//2014全國煉鐵學術年會文集，2014：916-921.

（編輯：李媛）

TF543.4

A

1672-1152（2016）05-0112-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.40

2016-09-18

吳強國（1966—），男，高級工程師，從事燃氣工程技術研究工作。