蓄熱式鐵水罐烘烤裝置改造實踐

陳德華

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司煉鐵廠，湖南 湘潭 411101）

湘鋼有2580m3和1800m3各兩座高爐，年產鐵820萬噸，每年需要近11萬次個100噸鐵水罐周轉鐵水，煉鐵廠共有127個鐵水罐，其耐火內襯采用三層平半枚粘土磚作永久層，鋁-碳化硅炭免燒磚作工作層的修筑方式。烘烤罐種類有大修罐和補底罐，年烘烤罐量約600罐次，用三套100噸蓄熱式鐵水罐烘烤裝置進行烘烤干燥，烘烤一個大修罐的合格時間大于需要72小時，使用的是配比為6∶4的高焦混合煤氣作燃料。三套烘烤罐裝置全部由揚州宏誠冶金生產制造，采用的是HTAC燃燒系統技術于2009年投入使用，隨著使用年限增加時常發生燒嘴的煤氣管道結焦堵塞現象，每半年要進行一次清理或更換，設備維護成本逐年增高，而且烘烤效果維持時間較短，增加了安全隱患。自從2013年投入100噸鴨嘴形鐵水罐后，原有的烘烤裝置作業時包蓋不能全部包容鴨嘴形鐵水罐，導致烤距拉長火力不集中，烘烤合格時間增長待烤罐積壓和煤氣消耗量增加情況。因此結合兩種不同形狀的鐵水罐，對三套100噸蓄熱式鐵水罐烘烤裝置中的二套進行了停烤改造。改造后實踐表明操作一樣靈活、不再堵塞不易斷火使用安全、燃燒充分火焰集中，烘烤速度加快有明顯的節能降耗作用。

1 HTAC技術蓄熱式烘烤裝置的原理和特點

原有鐵水罐烘烤裝置采用的是HTAC技術蓄熱體，主要由F型燒嘴燃燒器，蓄熱體及切換系統三者組合而成，其中切換系統包括空氣煙氣自動換向閥、調節閥、自動控制系統等組成。F型燒嘴燃燒器作周期性交換運轉，當F型燒嘴燃燒器A進行燃燒時，F型燒嘴燃燒器B作為爐氣排放的通道。爐氣采用引風機強制排煙，如果引風機不參與強制排煙，煙氣從烘烤器蓋與鐵水罐的縫隙溢出，其煙氣的熱量就不能得到利用，節能效果體現不出來，HTAC技術烤罐裝置此時成為常規烘烤器。此時空氣（空氣由鼓風機強制鼓入）經蓄熱體得到預熱后進入燃燒器A，而高溫煙氣通過燃燒器B由蓄熱體吸入其熱量后排出；在進入下一個周期（設置為60秒）時，切換閥動作將兩個燒嘴的工作狀態自動交換，燃燒器B開始運轉燃燒，原先的燃燒器A反過來作為高溫煙氣排放通道，由鼓風機送出的20℃助燃空氣則利用原先蓄熱體吸收的熱量得到預熱到低于爐溫150℃后進入燃燒器B，并與燃料邊混合邊燃燒，周而復始進行切換運轉的動作，將高溫煙氣的熱量由空氣重新帶入爐內，從而達到高效節能的目的[1]。其工作原理如圖1所示。

2 本次改造的特點

（1）F型燒嘴燃燒器改造。改造前根據原F型燒嘴燃燒器圖紙，自行設計了一種A型燒嘴，通過壓力測試A型燒嘴噴射壓力集中度要高于F型噴嘴。 F型燒嘴交替工作過程中因混合煤氣切換閥閉合時管內積存煤氣雜質有結焦的情況發生，使用長久不清理導致管道變窄致使供氣壓力過低火焰變小現象，F型燒嘴停燒關閉時間過長時在燒嘴處的余熱作業下有焦油渣結塊堵塞管道現象，清理也十分艱難。改造中將兩個蓄熱F型燃燒嘴改造成一個A型燒嘴，A型燒嘴的混合煤氣不再換向直接供入， A型燒嘴未經轉彎直接不間斷集中供入混合煤氣，燒嘴自身實現了空氣、煙氣交替蓄熱的功能，且空氣與燃料夾持邊混合邊燃燒，并實現了適量煙氣再循環式燃燒，使用中通過調節空氣供入量來調節空燃比，調節燃燒器內混合煤氣的溫度，滿足高、低溫鐵水罐的烘烤溫度的均勻性。

不換向的A型蓄熱燒嘴主要優點是：相比改造前末端的煤氣流壓力不衰減，噴射火焰高度高，遇大風氣候不易回火導致熄火，燃燒的安全可靠性要優于一般的切換式蓄熱式F型燒嘴，燒嘴前端不結焦能確?；旌厦簹庵须s質完全燃燒，日常維修量小。其結構緊湊，安裝簡單，具備了傳統燒嘴的一切功能，可隨時啟閉與調節。它有二個蓄熱腔，內置蓄熱體，其中一對蓄熱腔排出煙氣蓄熱時，另一對蓄熱腔加熱助燃空氣參與燃燒，空氣、廢氣的交替均由二通換向閥自動控制，高溫煙氣通過蓄熱體后，變成150℃或更低的低溫廢氣由引風機排入大氣，助燃空氣經蓄熱體后被加熱至低于包溫150℃左右，將熱量帶回鐵水罐包，如此反復進行，最大限度回收煙氣余熱，達到提高鐵水罐溫度和節能的目的[2]。

（2）烘烤裝置包蓋的改造。原烘烤裝置包蓋內襯是由低密度普通粘土澆注料整體澆注成型，其耐高溫相對偏低，顯氣孔率高不耐煙氣中含s和p等雜質的侵蝕，在高溫下收縮造成開裂，經常發生局部開裂誘發大面積脫落，導致烘烤裝置包蓋鋼體材料直接受熱變形報廢，改造后的烘烤裝置包蓋采用含鋯質硅酸鋁纖維毯，這種鋯質硅酸鋁纖維毯采用專門壓縮工藝，使用壓縮率高達1.5-1.6，耐高溫達1350℃，具有高強度、導熱率低、熱容低，柔韌性好維修施工更換容易，而且包蓋重量大大減輕，同時改進了包蓋的裙邊，按照鴨嘴形鐵水罐的特點將原有裙邊改造成上鴨嘴形，增大了包容性減少熱能輻射擴散現象。如圖2所示。

使得余留間隙均勻受控，烘烤時不跑火、不偏燒、火向得到有效控制直接噴向罐體中心位，不易受外圍風力影響而發生熄火、偏燒現象。

（3）管路系統改造。本次改造繼續沿用原烘烤裝置的煤氣、空氣、煙氣管道上設置的電動調節閥、煤氣輸入管上的低壓自動切斷閥和煤氣輸入管道的手動閘閥。繼續使用原烘烤裝置的鼓風機，空氣排煙機，煤氣排煙機，改造中將煤氣管道進入燒嘴前的3處拐彎變徑中2處重新進行加工拉直直通，減少管道變徑拐彎處積留煤焦渣等雜質堵塞管道現象，從而解決煤氣燃燒出口壓力偏低火力欠弱情況，加長A型噴嘴管道30cm使其燃燒火焰能直噴射鐵水罐的罐腰以下部位，增強了罐底部的烘烤效果，從而達到縮短烘烤時間節能效果。

3 實際使用效果

（1）改造后的蓄熱式烘烤罐裝置，經現場測溫鐵水罐最高烘烤溫度可以達到1100℃，相比原烘烤裝置系統設計最高烘烤溫度提高了300℃，在同種工況條件、煤氣壓力狀態下火焰高度相比未改造的F型燒嘴烘烤器要增長約20-30cm，保證了鐵水罐烘烤溫度要求，滿足了現有鴨嘴形鐵水罐罐嘴鋼纖維澆注料的烘烤工藝要求。改造后的烤包器在確保平均烘烤溫度達到1050℃的前提下，實現節約煤氣量15%以上，燃燒穩定，不會出現滅火，能夠保證烘烤效率與均勻性、燃燒系統的穩定性和持續性，可以實現曲線烘烤和自動保溫。烘烤曲線對比變化情況如圖3所示。

改造前烘烤曲線圖：

（2）使用混合煤氣烘烤鐵水罐，改造前1個大修罐烘烤時間需72小時消耗33000m3混合煤氣，改造后烘烤時間縮短至48小時消耗混合煤氣22000 m3，全年僅大修罐的烘烤可節約混合煤氣成本150個×（33000-22000）×0.42元/ m3＝69.3萬元。

4 結論

1）改造后的鐵水罐烘烤裝置，解決了煤氣管道經常性堵塞燃燒波動大不穩定的問題，增加火焰高度能將火力直接噴向鐵水罐的底部從而縮短了烘烤時間而且縮短了鐵水罐烘烤時間提高煤氣利用率，降低了煤氣消耗生產成本。2）改造后的烘烤鐵水罐包裝置使用中不易熄火，減少了烘烤裝置故障時間提高了設備運轉率具有很好的安全可靠性和使用持續性，改變了烘烤時對周邊環境和安全的影響。