32 2010 年第 33 卷第 1 期 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐在 攀鋼 2 號(hào)高爐 的 應(yīng)用 劉樹(shù)芳 （攀鋼釩煉鐵廠） 摘 要 :介紹了攀鋼 2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐技術(shù)改造采用 3 座改進(jìn)型頂燃式 熱風(fēng)爐 的情況 。 其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是 無(wú)獨(dú)立燃燒室，預(yù)燃燒室內(nèi)置于熱風(fēng)爐拱頂之上， 拱頂和預(yù)燃室均 支撐在爐殼上 ，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，氣流分布均勻，加 熱能力大 ，熱效率高， 燃燒特性好，拱頂升溫快，易于操作調(diào)劑 ， 能長(zhǎng)期保持高風(fēng)溫和實(shí)現(xiàn) 熱風(fēng)爐 長(zhǎng)壽。 投產(chǎn)后經(jīng)過(guò)優(yōu)化操作， 全年月 平均風(fēng)溫達(dá)到了 1 200 ，實(shí)現(xiàn)了高風(fēng)溫目標(biāo)。 關(guān)鍵詞 ： 高爐 ； 頂燃式 熱風(fēng)爐 ； 風(fēng)溫 0 引 言 隨著高爐冶煉的強(qiáng)化及大量噴吹燃料的需要，高爐對(duì)高風(fēng)溫的要求越來(lái)越迫切，高風(fēng)溫 已成為 高爐降低焦比、提高產(chǎn)量的有效措施。目前我國(guó)改造和新建高爐 均采用 高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐，到 2008 年國(guó)內(nèi)已有近 10 座高爐風(fēng)溫水平達(dá)到 1 2001 250 。高爐高風(fēng)溫是一項(xiàng)綜合技術(shù)。對(duì)高爐冶煉來(lái)講，高風(fēng)溫有高的回報(bào)，但也需要高的投入。以相對(duì)較少的投入來(lái)獲得高風(fēng)溫是近年來(lái)煉鐵工作者普遍關(guān)注和研究的問(wèn)題。 攀鋼 2 號(hào) 高爐 有效容積 1 200 于 2007 年10 月 大修 并進(jìn)行 熱風(fēng)爐技術(shù)改造 ， 結(jié)合當(dāng)前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)， 將原 3 座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐改造為 3 座 具有創(chuàng)新技術(shù)的 改進(jìn)型頂燃式 熱風(fēng)爐，在 熱 風(fēng)爐配置、結(jié)構(gòu)和耐火材料選擇上采用了多項(xiàng)新技術(shù) 。 投產(chǎn)后經(jīng)過(guò)優(yōu)化操作， 平均風(fēng)溫 達(dá)到了 1 200 ， 實(shí)現(xiàn)了高風(fēng)溫目標(biāo) 。 1 大修前熱風(fēng)爐 情況 攀鋼 2 號(hào) 高爐 1997 年 6 月第二次大修 時(shí) ，配套采用 了 三座內(nèi)燃 改造 式熱風(fēng)爐。其結(jié)構(gòu)為 懸鏈線 形拱頂、 眼睛 形燃燒室、 矩 形陶瓷燃燒器、 七 孔格子磚 ， 三座熱風(fēng)爐折合單位爐容蓄熱面積 m2/代爐役期間平均風(fēng)溫 在 1 050 以上 。 盡管如此，與國(guó)內(nèi)先進(jìn) 水平 （ 1 200 ）比較差距仍然很大。 并且 大修 投產(chǎn) 后不到 5 年 熱風(fēng)爐 就出現(xiàn)燃燒振動(dòng)、燃燒器局部損壞、火井 隔 墻開(kāi)裂掉磚， 熱風(fēng)出口周?chē)盁犸L(fēng)支管大面積發(fā)紅、掉磚現(xiàn)象，熱風(fēng)出口還出現(xiàn)過(guò) 2 次燒穿事故。熱風(fēng)爐使用 壽命 僅 10 年。 2 攀鋼 2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐 改造 改造方案 攀鋼 2 號(hào) 高爐熱風(fēng)爐技術(shù)改造初步方案為新建三座內(nèi)燃改造式熱風(fēng)爐，與原結(jié)構(gòu)相同。 但考慮到內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的缺點(diǎn)是燃燒室和蓄熱室在同一爐殼內(nèi)，用隔墻分為兩室?；鹁畨蓚?cè)存在著溫度梯度、壓力梯度所產(chǎn)生的應(yīng)力 ， 造成內(nèi)部砌體易損壞，蓄熱室死角多，熱效率低。國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的內(nèi)燃改造式熱風(fēng)爐在關(guān)鍵技術(shù)上仍然沒(méi)有吃透，尚存在問(wèn)題。目前 國(guó)內(nèi)應(yīng)用內(nèi)燃改造式熱風(fēng)爐 較好的仍然是直接引進(jìn)技術(shù)與 裝備的鞍鋼、武鋼、 包 鋼。 認(rèn)為：如果 熱風(fēng)爐技術(shù) 改造 仍 采用原結(jié)構(gòu) 型 式，達(dá)不到高風(fēng)溫和長(zhǎng)壽的目標(biāo)； 如果 引進(jìn)技術(shù)，攀鋼不具備條件。 針對(duì)上述情況，認(rèn)真分析了當(dāng)時(shí)在國(guó)內(nèi)首秦、萊鋼等 高爐 上應(yīng)用成功的卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐。與其他 型 式熱風(fēng)爐相比有明顯不同，卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐沒(méi)有燃燒室，采用了內(nèi)置于爐頂中心頂部獨(dú)特的旋流式陶瓷預(yù)燃燒器，空、煤氣燃燒完全、穩(wěn)定，燃燒效率高，熱工特性好；熱風(fēng)爐整體溫度、氣流分布均勻，減小了溫差引起的熱應(yīng)力。在結(jié)構(gòu)上消除了內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燃燒室固有的溫度差、壓力差和熱應(yīng)力所帶來(lái)的隱患，從而提高風(fēng)溫和延長(zhǎng) 使用壽命。通過(guò)技術(shù)交流、實(shí)地考察 和 論證， 2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐 技術(shù) 改造確定為采用 3 座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐。 攀 鋼 技 術(shù) 33 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐 加 熱能力與工藝配置 通過(guò)多次 技術(shù)改造方案總圖優(yōu)化布置和 設(shè)計(jì)參數(shù)研討， 采用了具有創(chuàng)新技術(shù)的 3 座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐，燒爐 全 采用低熱值的高爐煤氣， 設(shè)計(jì)年平均送風(fēng)溫度 1 200 以上 ；熱風(fēng)爐使用壽命 15 年以上。熱風(fēng)爐設(shè)計(jì) 技術(shù)性能 參數(shù)見(jiàn)表 1。 表 1 改進(jìn)型 頂燃式熱風(fēng)爐 主要技術(shù) 性 能 高爐有效容積 / 熱風(fēng)量 / (N m3熱風(fēng)爐座數(shù) /座 平均風(fēng)溫 / 拱頂溫度 / 熱風(fēng)爐凈高 / m 蓄熱室斷面積 / 子磚高度 / m 加熱面積 / ( 單位爐容加熱面積 / (m2單位風(fēng)量加熱面積/ (m21 200 3 200 3 1 200 以上 1 400 0 570 ： 格子磚 型式 為 19 孔 ， 正六邊形 。 與采用內(nèi)燃改造式熱風(fēng)爐的方案比較， 同為 3座 熱風(fēng)爐 時(shí)，單位爐容加熱面積由 原 80.0 m2/加到 m2/位風(fēng)量加 熱面積由 原 30.0 m3加到 m3 加熱能力 提高了 高爐風(fēng)溫可 達(dá)到 1 200 以上 ，有效地提高了熱風(fēng)爐加熱能力。 根據(jù)高風(fēng)溫和長(zhǎng)壽的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，進(jìn)行合理地 工藝裝備配置 。 配套 3 座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐；熱風(fēng)爐 工藝閥門(mén)采用高溫電動(dòng)閘板閥， 熱風(fēng)系統(tǒng)管道采取耐高溫的材料與 消除熱應(yīng)力 措施； 采用帶有前置加熱爐的 助燃 空氣、煤氣雙預(yù)熱設(shè)施， 助燃 空氣采用集中鼓風(fēng)；高爐生產(chǎn)過(guò)程控制采用 制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)設(shè)備選用愛(ài)默生公司最新版本統(tǒng)。熱風(fēng)爐配有子系統(tǒng)， 采用全鍵盤(pán)、全 作。采用計(jì)算機(jī)管理所有熱工參數(shù)，取消二次常規(guī)儀表，全 面顯示。 實(shí)現(xiàn) 熱風(fēng)爐全自動(dòng)燒爐、送風(fēng)與控制。技術(shù)裝備和自動(dòng)化水平達(dá)到目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平 。 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐 由 爐殼、蓄熱室、拱頂、預(yù)燃室組成 （見(jiàn)圖 1） ，它 具有風(fēng)溫高、壽命長(zhǎng)、投資低等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析如下： （ 1）高效噴射 旋流 式預(yù)燃室與燃燒 ：改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐實(shí)際上無(wú)獨(dú)立燃燒室，燃燒室處于熱風(fēng)爐拱頂處，利用了拱頂空間。采用了獨(dú)特的 噴射旋流式陶瓷預(yù)燃燒室（燃燒器）內(nèi)置于熱風(fēng)爐拱頂之上，高爐煤氣 及助燃空氣從燃燒器的環(huán)形腔噴口，以一定的角度噴入預(yù)燃室，邊混合邊燃燒，旋流向下進(jìn)入拱頂燃燒室。燃燒的空氣過(guò)剩系數(shù)小， 燃燒完全、穩(wěn)定，燃燒效率高，形成高的實(shí)際燃燒 溫度。 預(yù)燃燒器 使用壽命長(zhǎng)。 （ 2） 高效蓄熱室 ： 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐的 蓄熱室、 燃燒室處于不同的標(biāo)高，兩者之間沒(méi)有隔墻，蓄熱室截面上沒(méi)有死角。 使得送風(fēng) 氣流分布均勻。在結(jié)構(gòu)上消除了內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燃燒室 隔墻 固有的溫度差、壓力差和熱應(yīng)力所帶來(lái)的隱患，從而 避免了熱風(fēng)爐內(nèi)部砌體損壞， 延長(zhǎng)使用壽命。 蓄熱室全部為格子磚，有效利用率 高。采用 六邊形、 19 孔、孔徑 30 格子磚，其加熱面積達(dá)到 48.0 m2/具有很高的換熱面積，熱效率高。 比內(nèi)燃改造式熱風(fēng)爐使用 7 孔格子磚加熱面積 加熱能力大，從而提高風(fēng)溫。 熱風(fēng)爐本體自上而下圖 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐示意 34 2010 年第 33 卷第 1 期 形成由高溫至低溫的溫度分布，送風(fēng)溫度高。送風(fēng)初期、送風(fēng)末期熱風(fēng)溫差小。 （ 3） 懸鏈線形拱頂結(jié)構(gòu) ： 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐采用了 懸鏈線形拱頂結(jié)構(gòu)。 懸鏈線形拱頂結(jié)構(gòu)跨度小，依靠自身的重量和砌體之間的鎖緊結(jié)構(gòu)，使拱頂處于整體壓緊狀態(tài)，消除了向外的推力 。 懸鏈線形拱頂有利于空間氣體流暢，溫度均勻分布，能夠 承受溫度和送風(fēng)壓力的變化。 （ 4） 長(zhǎng) 壽命的 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) ： 從整體結(jié)構(gòu)上看，預(yù)燃室置于拱頂之上。熱風(fēng)爐燃燒時(shí)，預(yù)燃室只是一個(gè)旋流混合區(qū)，燃料只有少部分燃燒， 溫度不高；熱風(fēng)爐送風(fēng)時(shí)，熱風(fēng)不經(jīng)過(guò)預(yù)燃室，預(yù)燃室只承受熱風(fēng)的輻射 。因此，整個(gè)工作周期，預(yù)燃室 溫度波動(dòng)不大。熱風(fēng)爐本體自下而上，無(wú)論是燃燒還是送風(fēng)都是由低溫到高溫這樣一個(gè)溫度分布 ，溫度梯度分布穩(wěn)定，耐材所承受的熱 震小，承壓、承溫狀態(tài)較好。拱頂和預(yù)燃室均采用支撐在爐殼上的獨(dú)立支撐結(jié)構(gòu)。 這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有利于提高爐體使用壽命。 此次熱風(fēng)爐 改造在 砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采取 了 以下 長(zhǎng)壽 措施：蓄熱室大墻、拱頂?shù)钠鲶w全部采用獨(dú)立式砌體結(jié)構(gòu)， 采用 柔性材料配置滑動(dòng)接縫 ， 所有砌體均能自由膨脹，不受阻 ； 采用懸鏈線拱頂結(jié)構(gòu)，提高砌體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善氣流分布 ； 拱頂與 預(yù)燃室砌體 重量直接作用在爐殼上 。 因此，爐墻砌體的不均勻膨脹不會(huì)影響拱頂。 高品 質(zhì)耐火材料 使用 根據(jù)各部位所承受溫度和工作狀態(tài)，有 針對(duì)性選擇了耐火材料，高溫區(qū) 和重要部位優(yōu)選高品質(zhì)耐火材料，低溫區(qū)和其他部位選擇常規(guī)耐火材料，可延長(zhǎng) 熱風(fēng)爐使用壽命和節(jié)省工程投資。 熱風(fēng)爐下部低于 1 000 的區(qū)域采用 黏 土磚，上部高溫區(qū)域采用硅磚。 黏 土磚在 1 000 以下性能可靠，價(jià)格低。硅磚的高溫性 能 好，價(jià)格低于同等性能的低蠕變高鋁磚，從而節(jié)省了工程投資。 與新日鐵外燃式熱風(fēng)爐比較， 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐的預(yù)燃室位于拱頂上部，燃燒室利用了拱頂空間，從而簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，節(jié)約了場(chǎng)地，可節(jié)省工程投資 20%以上。 3 改進(jìn)型頂燃式 熱風(fēng)爐 應(yīng) 用 在 2 號(hào)高爐大修期間（ 按設(shè)計(jì) 要求建造 3 座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐 ， 投產(chǎn)后 通過(guò)熟 悉 與優(yōu)化 熱風(fēng)爐操作、選擇合理燃燒制度、控制風(fēng)溫波動(dòng)等 ， 2008 全年平均入爐風(fēng)溫 達(dá) 1 190 ，2009 年 1 6 月平均入爐風(fēng)溫 1 195 ， 實(shí)現(xiàn) 了高風(fēng)溫的目標(biāo)。 熱風(fēng)爐操作參數(shù) 優(yōu)化 生產(chǎn)中 在全燒發(fā)熱值較低的高爐煤氣情況下，進(jìn)行熱風(fēng)爐強(qiáng)化燃燒，盡量加大煤氣量， 充分發(fā)揮空、煤氣雙預(yù)熱設(shè)施的功能， 保證煤氣完全燃燒，采取快速燒爐法，在最短時(shí)間達(dá)到爐頂溫度最高，加快熱風(fēng)爐蓄熱速度。生產(chǎn)實(shí)績(jī)單爐高爐煤氣耗量50 000 h，單爐助燃空氣耗量 40 000 h，空燃比 生產(chǎn)中穩(wěn)定高爐煤氣壓力，保證預(yù)熱后的高爐煤氣壓力穩(wěn)定在 8 上，預(yù)熱后的助燃空氣壓力穩(wěn)定在 10 上，使熱風(fēng)爐在燃燒時(shí)長(zhǎng)期處在比較穩(wěn)定的狀態(tài)下，減少了熱風(fēng)爐拱頂溫度的波動(dòng)，拱頂溫度穩(wěn)定在 1 360 1 380 ，廢氣溫度長(zhǎng)期穩(wěn)定在 400 ，這樣就取得了 向高爐提供較高風(fēng)溫的 先決條件。運(yùn)用工序管理點(diǎn)監(jiān)控風(fēng)溫趨勢(shì)（ _X 圖的現(xiàn)代化管理方法，控制風(fēng)溫波動(dòng)。 充分利用熱風(fēng)爐廢煙氣溫度，把廢氣余熱利用率提高到最佳的水平 ，發(fā)揮空、煤氣雙預(yù)熱設(shè)施的作用 。預(yù)熱后高爐煤氣長(zhǎng)期控制在 160 ；采用前置加熱爐二次預(yù)熱助燃空氣，預(yù)熱后助燃空氣長(zhǎng)期控制在 300 左右，可提高煙氣理論燃燒溫度和拱頂 溫度，同時(shí)增大燃燒強(qiáng)度。有效地保證入爐風(fēng)溫。2008 年 3 月 2009 年 6 月份 熱風(fēng)爐 操作 參數(shù) 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 見(jiàn)表 2（表中數(shù)值為年平均值） 。 表 2 改進(jìn)型頂燃式 熱風(fēng)爐操作參數(shù)統(tǒng)計(jì) 平均風(fēng) 溫 / 拱頂溫 度 / 燒爐時(shí) 間 / 風(fēng)時(shí) 間 / 氣溫 度 / 助燃空 氣量 / (h ) 高爐煤 氣量 / (h ) 空氣預(yù) 熱溫度 / 煤氣預(yù) 熱溫度 / 廢氣排放溫度 / 前置加熱爐煤 氣 量 / (h ) 1 192 1 377 114 75 400 39 995 50 000 298 165 154 2 965 攀 鋼 技 術(shù) 35 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐 生產(chǎn)實(shí)績(jī) 2007 年 12 月 18 日 2 號(hào)高爐 第三次 大修 投產(chǎn)，投產(chǎn)后一直使用 3 座 熱風(fēng) 爐生產(chǎn)。 改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐 由于工藝技術(shù)裝備和自動(dòng)化水平高，投產(chǎn) 2 個(gè)多月操作人員就熟練掌握了新型熱風(fēng)爐操作 。 采用旋流式陶瓷預(yù)燃燒 器 ，易加大燃燒量 ；加之 燃燒室利用拱頂空間使燃燒處于高溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；采用帶前置加熱爐的雙預(yù)熱配置 特點(diǎn) ； 拱頂升溫快 ，易于操作調(diào)劑。在生產(chǎn)中不斷優(yōu)化操作，并實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定熱風(fēng)爐操作參數(shù)。 2 號(hào)高爐大修前 2007 年 19 月 平均風(fēng)溫 1 118 （使用 4 座熱風(fēng)爐） 。 大修后 按 2008 年 全年產(chǎn)量、風(fēng)溫統(tǒng)計(jì)，高爐年平均利用系數(shù) t/(m3d)，全年平均風(fēng)溫 1 190 ， 平均風(fēng)溫提高 72 。 有 2個(gè)月平均風(fēng)溫達(dá)到了 1 212 ， 按目前熱風(fēng)爐燒爐情況，熱風(fēng)爐已具備風(fēng)溫 1 200 的條件。 2009 年16 月平均風(fēng) 溫 1 195 ， 入爐風(fēng)溫達(dá)到 了 1 200 的設(shè)計(jì)指標(biāo)。 因此， 熱風(fēng)爐通過(guò)技 術(shù)改造，為今后高爐生產(chǎn)提 供 高風(fēng)溫創(chuàng)造了條件，熱風(fēng)爐砌體無(wú)檢修壽命有望達(dá) 15 年以上。 按 全年平均風(fēng)溫提高 50 計(jì)， 年 可增加鐵產(chǎn)量 2 萬(wàn) t，節(jié)省冶金焦 1 萬(wàn) t，年創(chuàng) 經(jīng)濟(jì)效