內(nèi)燃式熱風(fēng)爐改造方案優(yōu)化

黃筠　李澤群

摘 要：某1000m3高爐內(nèi)燃式熱風(fēng)爐內(nèi)襯出現(xiàn)問(wèn)題，擬對(duì)其進(jìn)行改造。通過(guò)對(duì)改造方案、布置形式、熱風(fēng)爐形式、燃燒器等幾方面進(jìn)行分析對(duì)比，綜合考慮投資、占地、生產(chǎn)操作、檢修維護(hù)、對(duì)生產(chǎn)的影響、不利因素等方面的情況，最終優(yōu)選方案為：新增一座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，采用“一列式”布置，對(duì)原有兩座熱風(fēng)爐內(nèi)襯進(jìn)行改造，燃燒器采用矩形燃燒器。同時(shí)對(duì)現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的砌筑結(jié)構(gòu)、耐火材料材質(zhì)等方面做了改進(jìn)，增強(qiáng)隔墻的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃式熱風(fēng)爐 改造 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TF578 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）006-070-02

1 前言

某1000m3高爐配3座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，采用懸鏈線拱頂、“蘋果形”燃燒室、格柵式陶瓷燃燒器，設(shè)置分離式熱管換熱器回收煙氣余熱，將煤氣和助燃空氣預(yù)熱到180℃，設(shè)計(jì)風(fēng)溫1170℃。

該高爐于2004年投產(chǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中，由于除塵效率不好，格子磚堵塞、渣化情況較嚴(yán)重，于2008年更換了燃燒器、格子磚及燃燒室火井墻，開(kāi)爐后熱風(fēng)溫度在1050～1100℃。2011年底發(fā)現(xiàn)隔墻開(kāi)裂，2013年由于火井隔墻向內(nèi)傾斜倒塌、堵塞燃燒器，燒爐不順，熱風(fēng)溫度僅在900～1000℃，導(dǎo)致焦比升高，能耗增高。因此熱風(fēng)爐需要大修改造，改造后要求風(fēng)溫提高到1200℃，熱風(fēng)爐壽命提高到10年以上。

針對(duì)該高爐熱風(fēng)爐現(xiàn)狀，同時(shí)結(jié)合國(guó)內(nèi)部分800～2600m3高爐內(nèi)燃式熱風(fēng)爐改造后的情況，提出了3種改造方案，通過(guò)對(duì)改造方案、布置形式、熱風(fēng)爐形式、燃燒器等方面的分析對(duì)比，最終優(yōu)選出了1套改造方案，同時(shí)也對(duì)現(xiàn)有熱風(fēng)爐的薄弱環(huán)節(jié)提出了改進(jìn)措施。

2 方案優(yōu)化

2.1 熱風(fēng)爐改造主體方案的對(duì)比

目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的類似的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐改造主要有3種方案：方案一，對(duì)原有3座熱風(fēng)爐內(nèi)部耐火材料進(jìn)行改造；方案二，增加1座熱風(fēng)爐，對(duì)原有2座熱風(fēng)爐內(nèi)部耐火材料進(jìn)行改造；方案三，新建3座熱風(fēng)爐。

方案一沒(méi)有增加熱風(fēng)爐，占地最小，投資也最低，總工期較短，但是對(duì)高爐生產(chǎn)的影響最大，高爐停爐時(shí)間最長(zhǎng)。因?yàn)楝F(xiàn)有熱風(fēng)溫度僅為900～1000℃，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)風(fēng)溫，若一座熱風(fēng)爐中修，僅2座熱風(fēng)爐無(wú)法維持生產(chǎn)，高爐必須停爐直至3座熱風(fēng)爐全部中修完，因此采用該方案是不利的。

方案二新增1座熱風(fēng)爐，占地、投資、總工期適中，新增熱風(fēng)爐投產(chǎn)后，原有3座熱風(fēng)爐可以逐一停爐中修，這樣始終有3座熱風(fēng)爐處于生產(chǎn)狀態(tài)，僅新老管道對(duì)接時(shí)高爐停爐幾天，影響較小。

方案三新建3座熱風(fēng)爐，高爐停爐時(shí)間也較短，但是占地、投資最高，總工期最長(zhǎng)，也較為不利。

為保證熱風(fēng)爐改造時(shí)高爐能正常生產(chǎn)，減小今后熱風(fēng)爐維修對(duì)高爐造成的不利影響，進(jìn)一步提高和穩(wěn)定風(fēng)溫，擬選擇方案二，即新增1座熱風(fēng)爐，并對(duì)其中兩座熱風(fēng)爐輪流中修。今后如果高爐擴(kuò)容，還可以將現(xiàn)有第3座熱風(fēng)爐中修后投入生產(chǎn)。

2.2 熱風(fēng)爐的布置方式的對(duì)比

根據(jù)現(xiàn)有總圖布置狀況以及工藝特點(diǎn)，新增熱風(fēng)爐的布置形式可采用“一列式”和“并列式”?！耙涣惺健薄略鰺犸L(fēng)爐布置在原有3座熱風(fēng)爐同一中心線上，占據(jù)了原有換熱器區(qū)域。“并列式”——新增熱風(fēng)爐布置在原有3座熱風(fēng)爐南側(cè)預(yù)留綠化帶。兩種布置方式對(duì)比分析如下：

（1）操作維護(hù)。新增熱風(fēng)爐采用“一列式”布置，與現(xiàn)有熱風(fēng)爐一致，有利于操作控制；采用“并列式”布置，與現(xiàn)有熱風(fēng)爐不一致，由于管道走向、長(zhǎng)度變化較大，阻損不同，對(duì)燒爐操作控制造成一定影響。

（2）占地、投資?！耙涣惺健闭嫉匦?，投資低；“并列式”占地大，新增管道較長(zhǎng)，投資約增加400～500萬(wàn)元。但是由于采用“一列式”布置時(shí)，原有換熱器需移地大修，考慮該費(fèi)用以后，二者基本相當(dāng)。

（3）施工難易程度及工期?！耙涣惺健眻?chǎng)地受限，施工困難，工期略長(zhǎng)，施工成本略高；“并列式”不受場(chǎng)地限制，施工方便。

（4）不利因素?！耙涣惺健闭加迷袚Q熱器區(qū)域，須對(duì)換熱器系統(tǒng)設(shè)備、管道等進(jìn)行移地改造；而“并列式”不占用原換熱器區(qū)域，換熱器設(shè)施可以根據(jù)其運(yùn)行狀況確定何時(shí)更新，相對(duì)有利。“并列式”熱風(fēng)管道較長(zhǎng)，“一列式”熱風(fēng)管道較短，熱風(fēng)管道越長(zhǎng)，散熱損失越大，投資也就越高，也就越不利。

因此，采用“一列式”布置，與現(xiàn)有熱風(fēng)爐基本一致，便于以后生產(chǎn)操作、維護(hù)，而且占地較小，更有利。

2.3 熱風(fēng)爐形式比較

目前，由于頂燃式熱風(fēng)爐取消了隔墻，減少了一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，所以在新建高爐中得到廣泛應(yīng)用。因此，新增熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)了2種形式：內(nèi)燃式熱風(fēng)爐或者頂燃式熱風(fēng)爐。對(duì)其對(duì)比分析如下：

（1）操作控制。內(nèi)燃式熱風(fēng)爐與現(xiàn)有熱風(fēng)爐一致，更有利于操作控制。

（2）占地、投資。占地二者相當(dāng)。頂燃式熱風(fēng)爐本體投資低于內(nèi)燃式熱風(fēng)爐。但是頂燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口標(biāo)高與現(xiàn)熱風(fēng)主管標(biāo)高不一致，需要設(shè)置熱風(fēng)豎管將其連接起來(lái)，而且頂燃式熱風(fēng)爐的熱風(fēng)、煤氣、助燃空氣管道中心標(biāo)高較高，框架、平臺(tái)及走梯等相對(duì)投資也高，以致單座頂燃式熱風(fēng)爐投資高于單座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐。

（3）檢修維護(hù)。內(nèi)燃式熱風(fēng)爐煤氣、助燃空氣、熱風(fēng)閥門的位置比頂燃式熱風(fēng)爐低得多，檢修。維護(hù)相對(duì)容易。

（4）不利因素。內(nèi)燃式熱風(fēng)爐固有的隔墻結(jié)構(gòu)是其薄弱環(huán)節(jié)，穩(wěn)定性較差，但是國(guó)內(nèi)外均有成功應(yīng)用的實(shí)例，如武鋼所有高爐均采用內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，其本體內(nèi)襯均經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期、高溫的實(shí)踐檢驗(yàn)，未發(fā)生隔墻開(kāi)裂倒塌的問(wèn)題，證明采用內(nèi)燃式熱風(fēng)爐也是可靠的選擇。頂燃式熱風(fēng)爐沒(méi)有隔墻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定；但是連接熱風(fēng)出口與熱風(fēng)總管的熱風(fēng)豎管的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)襯的穩(wěn)定性較差。

目前兩種形式技術(shù)都很成熟，均可實(shí)現(xiàn)最高1200℃以上高風(fēng)溫，且有長(zhǎng)期成功的運(yùn)行實(shí)踐。對(duì)本高爐而言，采用內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，更有利于生產(chǎn)操作、檢修維護(hù)，投資略低，對(duì)現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風(fēng)爐而言，通過(guò)優(yōu)化耐火砌體結(jié)構(gòu)和耐火材料材質(zhì)等措施，是能夠增強(qiáng)隔墻的穩(wěn)定性的。

2.4 熱風(fēng)爐燃燒器比較

內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燃燒器也有2種方案：矩形燃燒器和格柵式燃燒器，現(xiàn)在對(duì)這兩種燃燒器進(jìn)行分析對(duì)比。

從燃燒器特點(diǎn)來(lái)比較，矩形燃燒器，燃燒火焰較長(zhǎng)；與之相配合的“眼睛形”燃燒室，蓄熱室的死角小，有利于氣流在格子磚中的均勻分布。格柵式燃燒器，燃燒火焰較短，燃燒完全；與之相配合的“蘋果形”燃燒室，蓄熱室的死角大，氣流在格子磚中分布的均勻性稍差。

從操作維護(hù)來(lái)比較，采用格柵式燃燒器與現(xiàn)有熱風(fēng)爐一致，更加有利于操作控制。

對(duì)新建熱風(fēng)爐而言選用這兩種燃燒器投資相當(dāng)?，F(xiàn)有熱風(fēng)爐改造采用矩形燃燒器必須更換全部隔墻，燃燒器及部分爐篦子，投資較高。采用格柵式燃燒器則可酌情更換部分火井墻，燃燒器及爐篦子視破損情況看能否保留，投資相對(duì)較低。

同時(shí)，采用矩形燃燒器燒爐時(shí)，由于火焰較長(zhǎng)，高溫區(qū)相對(duì)分散并趨于燃燒室中、上部，有利于燃燒室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。格柵式燃燒器燒爐時(shí)高溫區(qū)相對(duì)集中在燃燒室下部，對(duì)該部位燃燒室的耐火材料要求相對(duì)要高，因此燃燒室中下部耐火材料要選用性能指標(biāo)較高的材料；而且在燃燒室中下部燃燒以后會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，對(duì)隔墻沖擊較大。

目前兩種燃燒器均能滿足生產(chǎn)需求，但是采用矩形燃燒器更為合理、可靠。

3 改進(jìn)措施

現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風(fēng)爐隔墻出現(xiàn)開(kāi)裂、倒塌的現(xiàn)象，因此需要采取措施增強(qiáng)隔墻的穩(wěn)定性。主要在砌筑結(jié)構(gòu)和耐火材料的材質(zhì)、性能指標(biāo)等方面進(jìn)行了改進(jìn)。

3.1熱風(fēng)爐隔墻砌筑結(jié)構(gòu)

（1）采用自立式隔墻，內(nèi)襯設(shè)置合理的滑動(dòng)結(jié)構(gòu)和膨脹結(jié)構(gòu)，這樣隔墻能夠自由的膨脹和滑動(dòng)，不會(huì)因?yàn)榕蛎洘o(wú)法吸收導(dǎo)致變形、倒塌。

（2）隔墻略加厚。隔墻越厚，隔墻磚溫度梯度越小，那么產(chǎn)生的變形就均勻，隔墻就越穩(wěn)定。但是隔墻越厚，蓄熱室斷面積就越小，綜合考慮隔墻只能加厚約30mm。

3.2 熱風(fēng)爐本體用耐火材料

（1）燃燒器上部溫度變化比較劇烈，更宜采用耐火度和荷重軟化溫度高，具有良好高溫穩(wěn)定性和抗熱震性的紅柱石磚，有利于延長(zhǎng)隔墻壽命。

（2）提高低蠕變高鋁磚的性能指標(biāo)，使之與爐內(nèi)溫度、應(yīng)力分布、化學(xué)侵蝕特點(diǎn)相適應(yīng)。

（3）嚴(yán)格控制耐火材料性能和施工質(zhì)量，才能保證隔墻的壽命。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)國(guó)內(nèi)已經(jīng)投產(chǎn)的類似的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐改造項(xiàng)目的3種方案進(jìn)行分析對(duì)比，并針對(duì)該1000m3高爐內(nèi)燃式熱風(fēng)爐目前生產(chǎn)情況，綜合考慮了投資占地、生產(chǎn)操作、檢修維護(hù)、對(duì)生產(chǎn)的影響、不利因素等方面情況，最終優(yōu)選設(shè)計(jì)方案為：新增1座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，采用“一列式”布置，對(duì)原有2座熱風(fēng)爐內(nèi)襯進(jìn)行改造，燃燒器采用矩形燃燒器。

同時(shí)為增強(qiáng)現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的隔墻的穩(wěn)定性，在其砌筑結(jié)構(gòu)、耐火材料的材質(zhì)和性能指標(biāo)等方面做了改進(jìn)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，可以滿足送風(fēng)溫度提高到1200℃和熱風(fēng)爐壽命>10年的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 舒軍.高溫內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的發(fā)展及特征[J].煉鐵，1998（2）：12-15.