八鋼2500m3高爐熱風(fēng)爐設(shè)計

馮燕波

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司煉鐵工程技術(shù)所,北京 100176)

八鋼2500m3高爐熱風(fēng)爐設(shè)計

馮燕波

(中冶京誠工程技術(shù)有限公司煉鐵工程技術(shù)所,北京 100176)

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

頂燃式 熱風(fēng)爐 高風(fēng)溫

1 設(shè)計概況

新疆八一鋼鐵股份有限責(zé)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(fēng)爐。該熱風(fēng)爐系統(tǒng)包含了中冶京誠工程技術(shù)有限公司6項專利和3項專有技術(shù)，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。三座熱風(fēng)爐按一列式布置，主要由以下幾個部分組成：熱風(fēng)爐本體、管道系統(tǒng)、煙氣余熱回收系統(tǒng)、助燃風(fēng)機系統(tǒng)、液壓及潤滑系統(tǒng)、煙囪。熱風(fēng)爐設(shè)計條件參數(shù)和主要尺寸參數(shù)分別見表1、表2。

表1 熱風(fēng)爐設(shè)計條件參數(shù)

表2 熱風(fēng)爐主要尺寸參數(shù)

2 熱風(fēng)爐設(shè)計特點

2.1 耐火材料

跟據(jù)熱風(fēng)爐不穩(wěn)態(tài)傳熱模擬計算結(jié)果，熱風(fēng)爐燃燒室及蓄熱室上部高溫區(qū)采用硅磚RG95，下部低溫區(qū)根據(jù)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(zhì)相匹配。燃燒器內(nèi)墻喉口部位選用抗溫度沖擊較好的莫來石磚。熱風(fēng)管道內(nèi)襯為低蠕變高鋁磚，隔層為輕質(zhì)高鋁磚和輕質(zhì)噴涂料。主要耐火材料的理化性能見表3。

2.2 熱風(fēng)爐本體

2.2.1 爐殼

熱風(fēng)爐爐殼材質(zhì)選用Q345C，由直筒殼體、拱頂殼體及燃燒器殼體三部分構(gòu)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(chǔ)上。爐殼的主要直徑變化處采用曲線過渡結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中。上部高溫區(qū)爐殼內(nèi)表面涂抹YJ-250耐熱耐酸防腐涂料，防止晶間應(yīng)力腐蝕。

2.2.2 旋切式頂燃熱風(fēng)爐燃燒器

本設(shè)計采用中冶京誠工程技術(shù)有限公司的專利技術(shù)——旋切式頂燃熱風(fēng)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(huán)道、助燃空氣入口及環(huán)道和空煤氣噴口組成。煤氣與空氣采用渦流噴射進(jìn)入燃燒器，煤氣流與空氣流在燃燒器內(nèi)旋流，從喉口噴出后進(jìn)入燃燒室燃燒，實現(xiàn)高爐煤氣在進(jìn)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(wěn)定性，熱風(fēng)爐上部采用雙鎖扣拱頂。拱頂內(nèi)襯直接支撐在熱風(fēng)爐爐殼上，與大墻砌體分開，兩者之間設(shè)迷宮式滑移縫，消除了大墻不均勻膨脹對拱頂?shù)挠绊?。另外，該拱頂結(jié)構(gòu)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(fēng)爐拱頂形式[1]。

2.2.4 組合磚及高效格子磚

在上部高溫區(qū)砌體開孔部位均采用組合磚，以提高易破損部位的砌體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和氣密性。組合磚內(nèi)外兩環(huán)之間以及組合磚與熱風(fēng)管道砌體之間設(shè)置膨脹縫，使各層砌體間能自由膨脹、滑動。

根據(jù)傳熱計算結(jié)果和蓄熱面積的要求，蓄熱室上部高溫區(qū)采用抗高溫蠕變性能好的硅質(zhì)格子磚，中部采用低蠕變粘土質(zhì)格子磚，下部采用粘土質(zhì)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(tǒng)

熱風(fēng)管道受熱以后必然會出現(xiàn)膨脹，對熱風(fēng)管道限制過死或者不加限制都是不行的[2]。為了使熱風(fēng)管道系統(tǒng)更加合理，本設(shè)計在熱風(fēng)支管兩側(cè)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(fēng)出口位置較高，在圍管與熱風(fēng)出口之間的主管道間設(shè)計垂直聯(lián)絡(luò)管，并在聯(lián)絡(luò)管兩側(cè)的熱風(fēng)主管上分別設(shè)置連續(xù)一體的大拉桿。熱風(fēng)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(shè)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(fēng)支管的破壞，在每個支管上設(shè)置復(fù)式補償器，并在熱風(fēng)閥和補償器之間設(shè)置彈簧支座。

冷風(fēng)管、煤氣管、助燃空氣管和煙道管按不同的標(biāo)高布置在熱風(fēng)主管同側(cè)。各管道根據(jù)介質(zhì)溫度和管道走向設(shè)置不同形式的補償器，各種閥門均布置在管道與熱風(fēng)爐之間，便于操作。采用地上煙道，煙道管內(nèi)噴涂耐熱噴涂料，其他管道用硅酸鋁纖維氈進(jìn)行外部保溫。

2.4 熱風(fēng)爐主要設(shè)備

(1)爐箅子及支柱。與19孔格子磚相匹配，設(shè)計采用我公司開發(fā)的新型梅花孔形爐箅子，使煙氣和冷風(fēng)氣流分布更加均勻。根據(jù)熱風(fēng)爐控制廢氣溫度要求，設(shè)計最高使用溫度≤450℃。爐箅子及支柱采用橫梁式結(jié)構(gòu)，材質(zhì)選用耐熱鑄鐵，可滿足高溫工作條件下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

(2)主要閥門。

熱風(fēng)爐系統(tǒng)主要閥門見表4。

熱風(fēng)閥、倒流休風(fēng)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(huán)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(qū)動，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有液壓站和潤滑站。冷風(fēng)放風(fēng)閥安裝在鼓風(fēng)機與熱風(fēng)爐之間的冷風(fēng)總管上，配有消音器。

(3)煤氣、助燃空氣雙預(yù)熱系統(tǒng)。本工程設(shè)計采用熱管換熱器，利用廢煙氣預(yù)熱助燃空氣和煤氣?？?、煤氣換熱器參數(shù)如表5所示。

2.5 熱風(fēng)爐操作和控制系統(tǒng)

熱風(fēng)爐操作采用兩燒一送工作制度。操作系統(tǒng)分全自動、半自動兩種方式，為方便設(shè)備檢修和開、停爐控制，另設(shè)有手動操作和事故操作(機旁操作)等方式。

熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用PLC控制，設(shè)置自動換爐和自動燃燒系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以縮短送風(fēng)時間和實現(xiàn)燃燒最優(yōu)化，從而提高熱風(fēng)溫度。

3 結(jié)語

(1)新疆八一鋼鐵股份有限責(zé)任公司新建的兩座2500m3高爐采用了中冶京誠工程技術(shù)有限公司開發(fā)的旋切式頂燃熱風(fēng)爐，該技術(shù)在國內(nèi)外處于領(lǐng)先地位。

(2)該旋切式頂燃熱風(fēng)爐工藝設(shè)計科學(xué)合理，通過優(yōu)化熱風(fēng)爐主要設(shè)計參數(shù)，結(jié)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(fēng)溫可達(dá)到1200℃以上的水平。(3)通過選用合理的耐火材料和先進(jìn)的砌筑方式，結(jié)合穩(wěn)定的管道系統(tǒng)和空、煤氣雙預(yù)熱系統(tǒng)，熱風(fēng)爐的壽命可達(dá)到兩代高爐爐齡，實現(xiàn)長壽的要求。

表3 主要耐材理化指標(biāo)

表4 熱風(fēng)爐系統(tǒng)主要閥門

表5 空、煤氣換熱器參數(shù)

[1]郭向東,許秋慧.唐鋼25603高爐增產(chǎn)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(fēng)爐的現(xiàn)狀及提高風(fēng)溫的對策[J].煉鐵,2002,21(5):1-4.