唐鋼1 780 m3 高爐熱風爐燃燒器改造

韋世召

（唐鋼中厚板材有限公司，河北 唐山 063611）

熱風爐是當今高爐煉鐵中提供熱風的主體設備，在高爐煉鐵生產中占有至關重要的地位。一般要求熱風爐能夠高效、穩定地將鼓入的冷風通過與蓄熱格子磚熱能傳導，變成熱風后鼓入高爐。熱風爐燃燒器是用來將煤氣和空氣混雜，并送入燃燒室內燃燒的裝備，頂燃式熱風爐套筒燃燒器是當前熱風爐使用的主要燃燒器形式，中厚板2 號高爐正是使用了這一燃燒器，隨著煉鐵技術的發展，這一燃燒器的弊端逐步顯現，本文主要闡述了唐鋼中厚板材有限公司（全文簡稱唐鋼）2 號高爐熱風爐燃燒器改造的必要性，改造過程和改造后的優勢。

1 2 號高爐熱風爐簡介

2 號高爐三座熱風爐為頂燃蓄熱式熱風爐。每個熱風爐工作周期為3 h，燒爐時間105 min，充壓時間15 min，送風時間為60 min。燒爐時，使用高爐煤氣為熱源，煤氣管道和助燃風管道通至拱頂，煤氣和助燃風以一定比例通過燃燒器混合燃燒，燃燒產生的熱量加熱格子磚蓄熱，廢氣從下部煙道排出，燃燒室溫度控制在1 250 ℃，下部廢氣溫度控制在350 ℃。燒爐完成后進行充壓換爐，熱風爐蓄熱格子磚使用的是九孔格子磚。

2 熱風爐燃燒器改造

2.1 原金屬套筒燃燒器特點和實際狀況

原來每座熱風爐設9 金屬套筒式燃燒器，這種燃燒器的結構特點是，煤氣道與空氣道為一套筒構造，燃燒時，空氣從一側進入到外面的環形套筒內，從頂部的環狀圈空氣分配帽上的狹窄噴口中噴射出來。煤氣從另一側進入到中心管道內，并從其頂部出口噴出，由于空氣噴口中心線與煤氣中性線成一定交角，空氣與煤氣在進入燃燒室時混合燃燒。

外置金屬套筒式燃燒器屬于陳舊技術，燃燒能力較小，煤氣和助燃空氣混合不均勻，燃燒效率偏低。因燃燒器為外置形式，爐頂開孔多，需要鋪設空氣環管、煤氣環管、燒嘴冷卻風環管等輔助設備，且都與燃燒器通過焊接的形式連接，這樣不僅設備繁瑣冗雜，而且整體焊接點較多，結構強度差，密封性較差（燃燒器改造前外部結構如圖1 所示）。隨著時間的推移，設備腐蝕老化，時有燒嘴或煤氣進口環管漏煤氣、漏風現象，這些給設備維護帶來一定困難，且嚴重制約了風溫的提升。2013 年12 月31 日，因3號熱風爐管道漏風導致燒嘴燒出，造成2 號高爐緊急休風，風口灌渣的惡性事故。

圖1 2 號高爐熱風爐燃燒器改造

2.2 內置旋切燃燒器改造

由于套筒式燃燒器設備老化，工藝落后，嚴重制約了熱風爐的使用效率，因此各級人員不斷研討熱風爐工藝改造的可行性。2016 年經研究決定，利用2號高爐大修機會對熱風爐燃燒器進行改造，改造為砌筑式第三代頂燃旋切式燃燒器（見圖1）。

2016 年1—3 月份，2 號高爐進行熱風爐改造施工，將熱風爐蓄熱室以上所有結構包括爐殼鋼結構全部拆除改造。具體過程如下：1 月8 日高爐停爐后開始安裝涼爐管道涼爐，1 月15 日涼爐結束，開始從上向下逐步拆除。首先拆除燃燒器冷卻風環管、燃燒器、助燃風和煤氣環管及各平臺，然后拆除整個拱頂。拆除完畢后上部重新制作新的爐殼及人孔，然后內部砌磚，燃燒器用耐火磚砌出來，空氣和煤氣為兩個隔斷的空腔，砌出燃燒器煤氣和空氣噴口，煤氣在上空氣在下。利用本次改造機會，三座熱風爐熱風出口及熱風支管與主管交叉處重新砌磚加固，增加了耐火強度。3 月15 日熱風爐改造基本完工，共用時59 d。改造后的熱風爐頂部外部如圖1-2 所示。

2.3 第三代頂燃旋切式燃燒器的結構特點

旋切式頂燃燃燒器由圓柱和半球頂組成，燃燒器主要包括煤氣環道、煤氣噴口、空氣環道、空氣噴口、混合室、喉口等幾部分。煤氣噴口和空氣噴口均分布在圓柱體上。2 號高爐每個熱風爐旋切式燃燒器設空氣噴口2 層，共34 個，為水平布置，沒有向上傾斜，空氣噴口與半徑同向；煤氣噴口2 層，共48個，切向角度26.5°。煤氣噴口距離喉口遠而空氣噴口距喉口很近，由于煤氣噴口與空氣噴口距離較大，保證煤氣管狀旋流形成，煤氣管狀旋流中心氣壓低，有利于空氣穿透。

2.4 第三代頂燃旋切式燃燒器的技術優點

旋切式燃燒器空氣噴口距離喉口很近，保證了煤氣與空氣混合的瞬間從喉口噴出，并進入燃燒室燃燒。旋切式頂燃熱風爐燃燒器只起到組織氣流的作用，煤氣和空氣在燃燒器喉口部位一次完成混合，并瞬間從喉口噴出進入燃燒室燃燒，燃燒器內部并無火焰，這是旋切式頂燃熱風爐燃燒器的顯著特點，也是與其他類型頂燃式熱風爐燃燒器根本區別。旋切式燃燒器煤氣和空氣無預混，混合燃燒一次完成，避免了預混預燃產生的煙氣與未燃煤氣和空氣摻混而阻礙煤氣與空氣進一步混合，避免了未燃煤氣和空氣燃燒條件惡化。

旋切式燃燒器煤氣與空氣混合充分，保證很小空氣過剩系數下煤氣燃燒完全。從這一角度出發，在熱風爐燒爐時，同樣的蓄熱條件下，能節約一定的煤氣。

3 燃燒器改造后應用效果

3.1 設備易于維護

改造后的內置燃燒器是由耐火磚砌筑而成，外面是整體的鋼結構爐殼，相比原來的外置套筒式燃燒器結構強度好，嚴密性好，設備維護問題得以解決。原來因設備老化，經常出現燒嘴、管道等漏風、漏煤氣現象，需要崗位工頻繁點檢叫修，浪費了大量的人力、物力。改造后減少煤氣泄露，有利于安全生產，且節約了煤氣，降低了能源消耗。另外改造后現場設施簡單美觀，利于現場標準化管理。

3.2 提高燃燒效率及熱風爐熱效率

使用頂燃旋切式燃燒器，煤氣與助燃空氣能充分混合，提高了煤氣的燃燒效率，在相同的熱能需求下降低了煤氣使用量，從而達到了節能降耗的目的。這在當前國家節能降耗的號召下，有著至關重要的意義。熱風爐改造后在鼓風量大幅增加的情況下，風溫扔比原來略由升高，且煤氣消耗量明顯降低，說明熱風爐燃燒效率及熱效率都有一定提升。改造后，風溫提高，有助于降低燃料消耗，提高煉鐵經濟效益。

4 結語

設備工藝改進是現代冶金企業中面臨的一項重要任務，淘汰落后工藝，使用先進技術，是增強企業競爭力的一個有效途徑。在當前節能降耗的大背景下，通過設備工藝技術改造，達到有效節約能源，增加設備安全穩定性的目的，對鋼鐵企業生產有著至關重要的意義。中厚板2 號高爐通過對熱風爐燃燒器燃燒結構形式的改造，消除了設備隱患，節約了能源，為提高風溫，優化高爐指標，提高經濟效益，打下了堅實的基礎。本次熱風爐燃燒器改造為今后類似條件的熱風爐技術改造提供了寶貴了經驗。