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錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐在鄂鋼5#高爐的應(yīng)用實(shí)踐

發(fā)布時(shí)間：

2021-03-30

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1、前言

寶武集團(tuán)鄂城鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱鄂鋼）5#高爐，有效爐容2600m³，原配置三座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，2010年1月建成投產(chǎn)，2014年3月，其中兩座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐出現(xiàn)燒爐困難、煙道升溫快等現(xiàn)象，導(dǎo)致送風(fēng)溫度只有1000℃左右，通過分析熱風(fēng)爐實(shí)際運(yùn)行情況，考察現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地后，決定新增加一座頂燃式熱風(fēng)爐。新建熱風(fēng)爐期間高爐不停爐，建成后利用高爐休風(fēng)期間進(jìn)行各管道接口作業(yè)，新建4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐和三座內(nèi)燃熱風(fēng)爐配套運(yùn)行后，送風(fēng)溫度提高了150℃，近5年的實(shí)踐運(yùn)行取得了良好的效果。

2、項(xiàng)目概述

新增的4號(hào)熱風(fēng)爐系統(tǒng)由中冶南方工程技術(shù)有限公司總設(shè)計(jì)，熱風(fēng)爐為錐柱旋切頂燃式，燃燒器由安耐克公司獨(dú)立設(shè)計(jì)并供貨，采用三維混合燃燒器技術(shù)，蓄熱室設(shè)計(jì)為37孔d=20mm高效格子磚。熱風(fēng)爐燃料為高爐煤氣＋焦?fàn)t煤氣，熱風(fēng)溫度≥1250℃。

2.1熱風(fēng)爐詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

本項(xiàng)目考慮了原有內(nèi)燃式熱風(fēng)爐風(fēng)的實(shí)際運(yùn)行情況，新建4#熱風(fēng)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(jì)算，建立多個(gè)幾何模型，進(jìn)行非預(yù)混燃燒計(jì)算，研究了空煤氣入口溫度、空煤氣噴口角度設(shè)置、喉口直徑等對(duì)熱風(fēng)爐流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及CO濃度分布的影響，得出燃燒效果最佳、最適合實(shí)際工況的熱風(fēng)爐模型，以此確定了新增4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

表1：熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件

表2：熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2熱風(fēng)爐本體布置

由于新建熱風(fēng)爐期間高爐不停爐，新建4#熱風(fēng)爐不能干涉原有熱風(fēng)爐系統(tǒng)，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的考察，多方案對(duì)比，選擇在現(xiàn)有熱風(fēng)爐與高爐橋架之間新建4#熱風(fēng)爐系統(tǒng)，4#熱風(fēng)爐與舊3座熱風(fēng)爐為90°夾角布置，見圖1所示。

3、熱風(fēng)爐本體耐材設(shè)計(jì)

針對(duì)原內(nèi)燃式熱風(fēng)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(fēng)爐采用三維混合燃燒器、燃燒器無移位防微爆噴口結(jié)構(gòu)、拱頂（燃燒室）平砌結(jié)構(gòu)、致密型硅質(zhì)格子磚等多項(xiàng)專利和專有技術(shù)。

3.1三維混合燃燒器

燃燒器為錐柱復(fù)合型結(jié)構(gòu)，不僅降低了熱風(fēng)爐高度，更主要的是把傳統(tǒng)頂燃爐燃燒器的平面旋流混合流場(chǎng)，改進(jìn)為三維空間渦旋流場(chǎng)，空煤氣混合后燃燒完全，火焰短,混合氣流在經(jīng)過喉口整流后形成的負(fù)壓區(qū)域面積小，保證煙氣進(jìn)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(chǔ)存熱量、放出熱量獲得高風(fēng)溫。

3.2燃燒器易吹掃防微爆無移位結(jié)構(gòu)

燃燒器混合室煤氣段施工采用鋼模支撐整體澆注，煤氣環(huán)道、煤氣噴口位于錐段，頂部空間小，有利于氮?dú)獯祾摺Ｒ?guī)避了傳統(tǒng)頂燃式熱風(fēng)爐因爆燃導(dǎo)致的噴口磚移位，避免了煤氣環(huán)道氮?dú)獯祾叩拿簹鈿堄?，避免了煤氣噴口的爆燃。此?xiàng)設(shè)計(jì)使熱風(fēng)爐送風(fēng)、燒爐的轉(zhuǎn)換更加安全高效。

3.3互鎖式燃燒室平砌結(jié)構(gòu)

燃燒器燃燒室為平砌結(jié)構(gòu)，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(qiáng)了耐火材料砌體的整體性和穩(wěn)定性。

4、新增4#熱風(fēng)爐運(yùn)行后使用效果

4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐自2016年投產(chǎn)后，拱頂溫度達(dá)到了1330℃-1350℃，4#熱風(fēng)支管上溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)得送風(fēng)溫度可達(dá)1250℃，取得了理想的設(shè)計(jì)效果。

新建4#熱風(fēng)爐投產(chǎn)后，對(duì)原2#、3#內(nèi)燃式熱風(fēng)爐損壞的耐材進(jìn)行了搶修，并重點(diǎn)對(duì)隔墻用陶瓷耐磨澆注料進(jìn)行澆注施工，搶修后三座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐拱頂溫度達(dá)到了1280℃-1300℃以上，為保證高爐穩(wěn)定順行，目前4#熱風(fēng)爐拱頂溫度控制在1300℃左右。熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用“兩燒兩送”交錯(cuò)并聯(lián)的工作制度，由4#熱風(fēng)爐做主送風(fēng)爐子，送風(fēng)溫度維持1160℃-1200℃，比改造前風(fēng)溫提高了150℃以上。

5、結(jié)論

(1)新增4#頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)，4座熱風(fēng)爐交錯(cuò)并聯(lián)運(yùn)行，送風(fēng)溫度比改造前提高了150℃以上，后續(xù)1#~3#內(nèi)燃式改造為頂燃式后，完全可以達(dá)到1250℃風(fēng)溫。

(2)通過本項(xiàng)目錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐近5年的良好運(yùn)行效果，驗(yàn)證了三維混合燃燒器具備大功率特點(diǎn)，負(fù)荷調(diào)節(jié)比大，適應(yīng)工況范圍廣。

(3)本工程為今后內(nèi)燃式熱風(fēng)爐維修改造提供了一個(gè)可行方案，對(duì)今后類似熱風(fēng)爐工程有一定的指導(dǎo)意義，為鋼鐵工業(yè)老舊設(shè)備實(shí)施節(jié)能、降耗、高效技術(shù)改造，提供了可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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