蓄熱式鐵水罐烘烤裝置改造實(shí)踐

陳德華

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司煉鐵廠，湖南 湘潭 411101）

湘鋼有2580m3和1800m3各兩座高爐，年產(chǎn)鐵820萬噸，每年需要近11萬次個(gè)100噸鐵水罐周轉(zhuǎn)鐵水，煉鐵廠共有127個(gè)鐵水罐，其耐火內(nèi)襯采用三層平半枚粘土磚作永久層，鋁-碳化硅炭免燒磚作工作層的修筑方式。烘烤罐種類有大修罐和補(bǔ)底罐，年烘烤罐量約600罐次，用三套100噸蓄熱式鐵水罐烘烤裝置進(jìn)行烘烤干燥，烘烤一個(gè)大修罐的合格時(shí)間大于需要72小時(shí)，使用的是配比為6∶4的高焦混合煤氣作燃料。三套烘烤罐裝置全部由揚(yáng)州宏誠冶金生產(chǎn)制造，采用的是HTAC燃燒系統(tǒng)技術(shù)于2009年投入使用，隨著使用年限增加時(shí)常發(fā)生燒嘴的煤氣管道結(jié)焦堵塞現(xiàn)象，每半年要進(jìn)行一次清理或更換，設(shè)備維護(hù)成本逐年增高，而且烘烤效果維持時(shí)間較短，增加了安全隱患。自從2013年投入100噸鴨嘴形鐵水罐后，原有的烘烤裝置作業(yè)時(shí)包蓋不能全部包容鴨嘴形鐵水罐，導(dǎo)致烤距拉長火力不集中，烘烤合格時(shí)間增長待烤罐積壓和煤氣消耗量增加情況。因此結(jié)合兩種不同形狀的鐵水罐，對三套100噸蓄熱式鐵水罐烘烤裝置中的二套進(jìn)行了?？靖脑臁８脑旌髮?shí)踐表明操作一樣靈活、不再堵塞不易斷火使用安全、燃燒充分火焰集中，烘烤速度加快有明顯的節(jié)能降耗作用。

1 HTAC技術(shù)蓄熱式烘烤裝置的原理和特點(diǎn)

原有鐵水罐烘烤裝置采用的是HTAC技術(shù)蓄熱體，主要由F型燒嘴燃燒器，蓄熱體及切換系統(tǒng)三者組合而成，其中切換系統(tǒng)包括空氣煙氣自動(dòng)換向閥、調(diào)節(jié)閥、自動(dòng)控制系統(tǒng)等組成。F型燒嘴燃燒器作周期性交換運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)F型燒嘴燃燒器A進(jìn)行燃燒時(shí)，F(xiàn)型燒嘴燃燒器B作為爐氣排放的通道。爐氣采用引風(fēng)機(jī)強(qiáng)制排煙，如果引風(fēng)機(jī)不參與強(qiáng)制排煙，煙氣從烘烤器蓋與鐵水罐的縫隙溢出，其煙氣的熱量就不能得到利用，節(jié)能效果體現(xiàn)不出來，HTAC技術(shù)烤罐裝置此時(shí)成為常規(guī)烘烤器。此時(shí)空氣（空氣由鼓風(fēng)機(jī)強(qiáng)制鼓入）經(jīng)蓄熱體得到預(yù)熱后進(jìn)入燃燒器A，而高溫?zé)煔馔ㄟ^燃燒器B由蓄熱體吸入其熱量后排出；在進(jìn)入下一個(gè)周期（設(shè)置為60秒）時(shí)，切換閥動(dòng)作將兩個(gè)燒嘴的工作狀態(tài)自動(dòng)交換，燃燒器B開始運(yùn)轉(zhuǎn)燃燒，原先的燃燒器A反過來作為高溫?zé)煔馀欧磐ǖ溃晒娘L(fēng)機(jī)送出的20℃助燃空氣則利用原先蓄熱體吸收的熱量得到預(yù)熱到低于爐溫150℃后進(jìn)入燃燒器B，并與燃料邊混合邊燃燒，周而復(fù)始進(jìn)行切換運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)作，將高溫?zé)煔獾臒崃坑煽諝庵匦聨霠t內(nèi)，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的[1]。其工作原理如圖1所示。

2 本次改造的特點(diǎn)

（1）F型燒嘴燃燒器改造。改造前根據(jù)原F型燒嘴燃燒器圖紙，自行設(shè)計(jì)了一種A型燒嘴，通過壓力測試A型燒嘴噴射壓力集中度要高于F型噴嘴。 F型燒嘴交替工作過程中因混合煤氣切換閥閉合時(shí)管內(nèi)積存煤氣雜質(zhì)有結(jié)焦的情況發(fā)生，使用長久不清理導(dǎo)致管道變窄致使供氣壓力過低火焰變小現(xiàn)象，F(xiàn)型燒嘴停燒關(guān)閉時(shí)間過長時(shí)在燒嘴處的余熱作業(yè)下有焦油渣結(jié)塊堵塞管道現(xiàn)象，清理也十分艱難。改造中將兩個(gè)蓄熱F型燃燒嘴改造成一個(gè)A型燒嘴，A型燒嘴的混合煤氣不再換向直接供入， A型燒嘴未經(jīng)轉(zhuǎn)彎直接不間斷集中供入混合煤氣，燒嘴自身實(shí)現(xiàn)了空氣、煙氣交替蓄熱的功能，且空氣與燃料夾持邊混合邊燃燒，并實(shí)現(xiàn)了適量煙氣再循環(huán)式燃燒，使用中通過調(diào)節(jié)空氣供入量來調(diào)節(jié)空燃比，調(diào)節(jié)燃燒器內(nèi)混合煤氣的溫度，滿足高、低溫鐵水罐的烘烤溫度的均勻性。

不換向的A型蓄熱燒嘴主要優(yōu)點(diǎn)是：相比改造前末端的煤氣流壓力不衰減，噴射火焰高度高，遇大風(fēng)氣候不易回火導(dǎo)致熄火，燃燒的安全可靠性要優(yōu)于一般的切換式蓄熱式F型燒嘴，燒嘴前端不結(jié)焦能確?；旌厦簹庵须s質(zhì)完全燃燒，日常維修量小。其結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡單，具備了傳統(tǒng)燒嘴的一切功能，可隨時(shí)啟閉與調(diào)節(jié)。它有二個(gè)蓄熱腔，內(nèi)置蓄熱體，其中一對蓄熱腔排出煙氣蓄熱時(shí)，另一對蓄熱腔加熱助燃空氣參與燃燒，空氣、廢氣的交替均由二通換向閥自動(dòng)控制，高溫?zé)煔馔ㄟ^蓄熱體后，變成150℃或更低的低溫廢氣由引風(fēng)機(jī)排入大氣，助燃空氣經(jīng)蓄熱體后被加熱至低于包溫150℃左右，將熱量帶回鐵水罐包，如此反復(fù)進(jìn)行，最大限度回收煙氣余熱，達(dá)到提高鐵水罐溫度和節(jié)能的目的[2]。

（2）烘烤裝置包蓋的改造。原烘烤裝置包蓋內(nèi)襯是由低密度普通粘土澆注料整體澆注成型，其耐高溫相對偏低，顯氣孔率高不耐煙氣中含s和p等雜質(zhì)的侵蝕，在高溫下收縮造成開裂，經(jīng)常發(fā)生局部開裂誘發(fā)大面積脫落，導(dǎo)致烘烤裝置包蓋鋼體材料直接受熱變形報(bào)廢，改造后的烘烤裝置包蓋采用含鋯質(zhì)硅酸鋁纖維毯，這種鋯質(zhì)硅酸鋁纖維毯采用專門壓縮工藝，使用壓縮率高達(dá)1.5-1.6，耐高溫達(dá)1350℃，具有高強(qiáng)度、導(dǎo)熱率低、熱容低，柔韌性好維修施工更換容易，而且包蓋重量大大減輕，同時(shí)改進(jìn)了包蓋的裙邊，按照鴨嘴形鐵水罐的特點(diǎn)將原有裙邊改造成上鴨嘴形，增大了包容性減少熱能輻射擴(kuò)散現(xiàn)象。如圖2所示。

使得余留間隙均勻受控，烘烤時(shí)不跑火、不偏燒、火向得到有效控制直接噴向罐體中心位，不易受外圍風(fēng)力影響而發(fā)生熄火、偏燒現(xiàn)象。

（3）管路系統(tǒng)改造。本次改造繼續(xù)沿用原烘烤裝置的煤氣、空氣、煙氣管道上設(shè)置的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、煤氣輸入管上的低壓自動(dòng)切斷閥和煤氣輸入管道的手動(dòng)閘閥。繼續(xù)使用原烘烤裝置的鼓風(fēng)機(jī)，空氣排煙機(jī)，煤氣排煙機(jī)，改造中將煤氣管道進(jìn)入燒嘴前的3處拐彎變徑中2處重新進(jìn)行加工拉直直通，減少管道變徑拐彎處積留煤焦渣等雜質(zhì)堵塞管道現(xiàn)象，從而解決煤氣燃燒出口壓力偏低火力欠弱情況，加長A型噴嘴管道30cm使其燃燒火焰能直噴射鐵水罐的罐腰以下部位，增強(qiáng)了罐底部的烘烤效果，從而達(dá)到縮短烘烤時(shí)間節(jié)能效果。

3 實(shí)際使用效果

（1）改造后的蓄熱式烘烤罐裝置，經(jīng)現(xiàn)場測溫鐵水罐最高烘烤溫度可以達(dá)到1100℃，相比原烘烤裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)最高烘烤溫度提高了300℃，在同種工況條件、煤氣壓力狀態(tài)下火焰高度相比未改造的F型燒嘴烘烤器要增長約20-30cm，保證了鐵水罐烘烤溫度要求，滿足了現(xiàn)有鴨嘴形鐵水罐罐嘴鋼纖維澆注料的烘烤工藝要求。改造后的烤包器在確保平均烘烤溫度達(dá)到1050℃的前提下，實(shí)現(xiàn)節(jié)約煤氣量15%以上，燃燒穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)滅火，能夠保證烘烤效率與均勻性、燃燒系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性，可以實(shí)現(xiàn)曲線烘烤和自動(dòng)保溫。烘烤曲線對比變化情況如圖3所示。

改造前烘烤曲線圖：

（2）使用混合煤氣烘烤鐵水罐，改造前1個(gè)大修罐烘烤時(shí)間需72小時(shí)消耗33000m3混合煤氣，改造后烘烤時(shí)間縮短至48小時(shí)消耗混合煤氣22000 m3，全年僅大修罐的烘烤可節(jié)約混合煤氣成本150個(gè)×（33000-22000）×0.42元/ m3＝69.3萬元。

4 結(jié)論

1）改造后的鐵水罐烘烤裝置，解決了煤氣管道經(jīng)常性堵塞燃燒波動(dòng)大不穩(wěn)定的問題，增加火焰高度能將火力直接噴向鐵水罐的底部從而縮短了烘烤時(shí)間而且縮短了鐵水罐烘烤時(shí)間提高煤氣利用率，降低了煤氣消耗生產(chǎn)成本。2）改造后的烘烤鐵水罐包裝置使用中不易熄火，減少了烘烤裝置故障時(shí)間提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率具有很好的安全可靠性和使用持續(xù)性，改變了烘烤時(shí)對周邊環(huán)境和安全的影響。