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錐柱旋切頂燃式熱風爐在鄂鋼5#高爐的應用實踐
發布時間：
2021-03-30
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1、前言
寶武集團鄂城鋼鐵有限公司（以下簡稱鄂鋼）5#高爐，有效爐容2600m³，原配置三座內燃式熱風爐，2010年1月建成投產，2014年3月，其中兩座內燃式熱風爐出現燒爐困難、煙道升溫快等現象，導致送風溫度只有1000℃左右，通過分析熱風爐實際運行情況，考察現場場地后，決定新增加一座頂燃式熱風爐。新建熱風爐期間高爐不停爐，建成后利用高爐休風期間進行各管道接口作業，新建4#錐柱旋切頂燃式熱風爐和三座內燃熱風爐配套運行后，送風溫度提高了150℃，近5年的實踐運行取得了良好的效果。
2、項目概述
新增的4號熱風爐系統由中冶南方工程技術有限公司總設計，熱風爐為錐柱旋切頂燃式，燃燒器由安耐克公司獨立設計并供貨，采用三維混合燃燒器技術，蓄熱室設計為37孔d=20mm高效格子磚。熱風爐燃料為高爐煤氣＋焦爐煤氣，熱風溫度≥1250℃。
2.1熱風爐詳細設計方案
本項目考慮了原有內燃式熱風爐風的實際運行情況，新建4#熱風爐采用大功率三維混合燃燒器，前期通過大量的CFD流體仿真計算，建立多個幾何模型，進行非預混燃燒計算，研究了空煤氣入口溫度、空煤氣噴口角度設置、喉口直徑等對熱風爐流場、溫度場及CO濃度分布的影響，得出燃燒效果最佳、最適合實際工況的熱風爐模型，以此確定了新增4#錐柱旋切頂燃式熱風爐的各項設計參數。
表1：熱風爐系統設計條件
表2：熱風爐設計參數
2.2熱風爐本體布置
由于新建熱風爐期間高爐不停爐，新建4#熱風爐不能干涉原有熱風爐系統，通過對現場的考察，多方案對比，選擇在現有熱風爐與高爐橋架之間新建4#熱風爐系統，4#熱風爐與舊3座熱風爐為90°夾角布置，見圖1所示。
3、熱風爐本體耐材設計
針對原內燃式熱風爐燃燒器功率下降、拱頂溫度低、隔墻傾斜、格子磚下沉、煙道升溫快等問題，新建4#錐柱旋切頂燃式熱風爐采用三維混合燃燒器、燃燒器無移位防微爆噴口結構、拱頂（燃燒室）平砌結構、致密型硅質格子磚等多項專利和專有技術。
3.1三維混合燃燒器
燃燒器為錐柱復合型結構，不僅降低了熱風爐高度，更主要的是把傳統頂燃爐燃燒器的平面旋流混合流場，改進為三維空間渦旋流場，空煤氣混合后燃燒完全，火焰短,混合氣流在經過喉口整流后形成的負壓區域面積小，保證煙氣進入格子磚分布均勻，格子磚截面積利用充分，更利于格子磚儲存熱量、放出熱量獲得高風溫。
3.2燃燒器易吹掃防微爆無移位結構
燃燒器混合室煤氣段施工采用鋼模支撐整體澆注，煤氣環道、煤氣噴口位于錐段，頂部空間小，有利于氮氣吹掃。規避了傳統頂燃式熱風爐因爆燃導致的噴口磚移位，避免了煤氣環道氮氣吹掃的煤氣殘余，避免了煤氣噴口的爆燃。此項設計使熱風爐送風、燒爐的轉換更加安全高效。
3.3互鎖式燃燒室平砌結構
燃燒器燃燒室為平砌結構，使砌體載荷均勻分布在水平面上，施工方便。采用四面子母扣咬合砌筑，上下左右單磚互鎖，增強了耐火材料砌體的整體性和穩定性。
4、新增4#熱風爐運行后使用效果
4#錐柱旋切頂燃式熱風爐自2016年投產后，拱頂溫度達到了1330℃-1350℃，4#熱風支管上溫度監測點測得送風溫度可達1250℃，取得了理想的設計效果。
新建4#熱風爐投產后，對原2#、3#內燃式熱風爐損壞的耐材進行了搶修，并重點對隔墻用陶瓷耐磨澆注料進行澆注施工，搶修后三座內燃式熱風爐拱頂溫度達到了1280℃-1300℃以上，為保證高爐穩定順行，目前4#熱風爐拱頂溫度控制在1300℃左右。熱風爐系統采用“兩燒兩送”交錯并聯的工作制度，由4#熱風爐做主送風爐子，送風溫度維持1160℃-1200℃，比改造前風溫提高了150℃以上。
5、結論
(1)新增4#頂燃式熱風爐技術改造實現了既定目標，4座熱風爐交錯并聯運行，送風溫度比改造前提高了150℃以上，后續1#~3#內燃式改造為頂燃式后，完全可以達到1250℃風溫。
(2)通過本項目錐柱旋切頂燃式熱風爐近5年的良好運行效果，驗證了三維混合燃燒器具備大功率特點，負荷調節比大，適應工況范圍廣。
(3)本工程為今后內燃式熱風爐維修改造提供了一個可行方案，對今后類似熱風爐工程有一定的指導意義，為鋼鐵工業老舊設備實施節能、降耗、高效技術改造，提供了可借鑒的實踐經驗。
