八鋼2500m3高爐熱風爐設計

馮燕波

(中冶京誠工程技術有限公司煉鐵工程技術所,北京 100176)

八鋼2500m3高爐熱風爐設計

馮燕波

(中冶京誠工程技術有限公司煉鐵工程技術所,北京 100176)

介紹了八鋼2500m3高爐工程中采用旋切式頂燃熱風爐的工藝設計情況,并對此熱風爐各部位的特點進行了分析。八鋼的實踐表明,采用旋切式頂燃熱風爐技術是獲得高風溫、長壽命的有效途徑。

頂燃式 熱風爐 高風溫

1 設計概況

新疆八一鋼鐵股份有限責任公司新建兩座2500m3高爐，每座高爐配備三座旋切式頂燃熱風爐。該熱風爐系統包含了中冶京誠工程技術有限公司6項專利和3項專有技術，在國內處于領先水平。三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。熱風爐設計條件參數和主要尺寸參數分別見表1、表2。

表1 熱風爐設計條件參數

表2 熱風爐主要尺寸參數

2 熱風爐設計特點

2.1 耐火材料

跟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輕質噴涂料。主要耐火材料的理化性能見表3。

2.2 熱風爐本體

2.2.1 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三部分構成。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。

2.2.2 旋切式頂燃熱風爐燃燒器

本設計采用中冶京誠工程技術有限公司的專利技術——旋切式頂燃熱風爐燃燒器。燃燒器安裝在燃燒室的上部，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。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。

2.2.3 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，因此是目前普遍采用的熱風爐拱頂形式[1]。

2.2.4 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。格子磚選用帶凹凸槽的19孔Φ28mm高效格子磚形式。

2.3 管道系統

熱風管道受熱以后必然會出現膨脹，對熱風管道限制過死或者不加限制都是不行的[2]。為了使熱風管道系統更加合理，本設計在熱風支管兩側的主管上各安裝一個軸向補償器，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續一體的大拉桿。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一個補償器，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，設計采用我公司開發的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。

熱風爐系統主要閥門見表4。

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。其它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。本工程設計采用熱管換熱器，利用廢煙氣預熱助燃空氣和煤氣。空、煤氣換熱器參數如表5所示。

2.5 熱風爐操作和控制系統

熱風爐操作采用兩燒一送工作制度。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

(1)新疆八一鋼鐵股份有限責任公司新建的兩座2500m3高爐采用了中冶京誠工程技術有限公司開發的旋切式頂燃熱風爐，該技術在國內外處于領先地位。

(2)該旋切式頂燃熱風爐工藝設計科學合理，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，在單燒高爐煤氣的條件下，風溫可達到1200℃以上的水平。(3)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，實現長壽的要求。

表3 主要耐材理化指標

表4 熱風爐系統主要閥門

表5 空、煤氣換熱器參數

[1]郭向東,許秋慧.唐鋼25603高爐增產降耗實踐[J].鋼鐵,2002(9): 32-34.

[2]吳啟常,張建梁,蒼大強.我國熱風爐的現狀及提高風溫的對策[J].煉鐵,2002,21(5):1-4.