对内燃式热风炉改造的探索与成功

——访河南豫兴公司董事长刘世聚

本报记者 夏杰生

集高炉热风炉的研发、设计、制造于一体的河南省豫兴热风炉工程技术有限公司（下文简称“豫兴公司”）以新型高风温豫兴热风炉技术为发展中心，走自主热风炉知识产权的技术路线，以国家与炼铁行业的节能减排为己任，配合相关设计院所，在国内内燃式热风炉的改造中取得了骄人业绩，并赢得了广阔的市场和用户的青睐。

谈到对国内内燃式热风炉改造的前因后果，豫兴公司董事长刘世聚滔滔不绝地对记者打开了话匣子。

改造带来机遇与挑战

目前采用的内燃式热风炉主要有传统（普通）内燃式热风炉和改造型内燃式热风炉两种。传统内燃式热风炉常用于1000m³以下高炉，改造型内燃式热风炉常用于3200m³以下高炉，而用于3200m³以上高炉的情况较少。

传统内燃式热风炉的内部结构比较简单，装备和自动化程度不高，因而投资较为节省，并且操作、维护简单。

改造型内燃式热风炉是以西方某知名公司为代表，对传统内燃式热风炉的缺点进行改造后研发出来的热风炉。这种热风炉虽然具有燃烧功率大、燃烧效率高，使用寿命长。且占地少，投资比外燃式热风炉低等优点。但依然存在下列主要缺点：

一是在大型和超大型高炉的热风炉直径较大时，保持拱顶结构的稳定性十分困难，尤其不适用于配备3座热风炉的情况。因此其在大型和特大型高炉上的使用受到限制。

二是大型和超大型高炉的热风炉直径较大时，气流分布的均匀性相对其他形式热风炉偏差。

三是由于这种改造型内燃式热风炉的最大的结构特征在于蓄热室平行的火井燃烧室，其间由一道隔墙分开。由于蓄热室与燃烧室在运行中处在不同的温度状态，因而存在较大的热应力差异，这就会导致隔墙结构的损坏。另外，通道型的燃烧室是引起气流脉动的根源，在燃烧状态下会导致燃烧震荡；向上的燃烧气流折返后因结构特征导致的不均匀分布，又会影响蓄热室中的传热效果和格子砖的利用率；火井燃烧室与蓄热室之间的隔墙长期处在大温差的条件下，易于损毁而导致出现气流短路问题。上述原因使得改造型内燃式热风炉的燃烧状态始终不佳、传热效果不尽人意、热风温度很难提高。

因此，如何改进内燃式热风炉的结构以获得混合良好的燃烧器和气流稳定且有回流稳焰的燃烧室，以及气流分布均匀的蓄热室，从中得到燃烧强度大且传热-蓄热效果好的热风炉，是从事热风炉设计、制造和安装的科技工作者一直努力追求的目标。这一市场态势也给豫兴公司研究开发、设计制造人员带来了机遇和挑战。

豫兴公司的科研设计人员经过更深入细致的研究观察，进一步认识到，火井设置并平行于蓄热室的内燃式热风炉，其主要特征在于火井下部设置有煤气、空气混合燃烧器，煤气、空气混合燃烧形成集中的高强度高温烟气通过火井通道上行至燃烧室折返进入蓄热室的燃烧、蓄热特征。多年的使用验证：内燃热风炉炉体高，投资大，内置的燃烧室与蓄热室隔墙易短路，蓄热室截面积小、有死区，烟气、冷风流场分布不均匀，格砖利用率低，蓄热换热能力不足，效率低。风温1100-1250℃，拱顶温度高达1420-1450℃，易受高温冲刷，拱顶温度和送风温度差在200℃左右。影响热风炉结构稳定。热风炉热效率只能达到60%-70%。

有的放矢 对症下药

根据以上研究和观察结果，豫兴公司的科研设计人员提出了下列内燃式热风炉的改造方案。

一是对热风炉技术参数的重新设计与优化。即将原有的内热风炉的各个部位（或结构）尺寸测量之后，参照原有的技术参数对热风炉进行重新设计，其目的在于，一则检测新炉型是否满足原有高炉的送风量与送风温度的要求，二则确定采用豫兴热风炉后的燃烧室与燃烧器的结构尺寸以及蓄热体的大小，三则是基于现有炉子的结构尺寸利用计算程序来优化热风炉的技术参数，使其能够提供更高质量与数量的热风。一般而言，内燃式热风炉炉身普遍较高，炉体内直径也偏大（这是燃烧器火井占据了一部分蓄热体容积所致），这为采用豫兴热风炉炉型和进行技术参数优化提供了回旋余地。比如：就其炉身较高，且在取消火井墙之后换热-蓄热面积就会增加很多，设计中可以在内层砌筑一圈承载墙减小直径以减少换热-蓄热面积，可为新炉子增加蓄热体的设计高度，以降低排烟温度，也能在换热-蓄热面积不变条件下延长送风时间或者保持送风时间不变而减小热风温度波动。经过计算程序的计算一定可以寻找到用户满意的优化的技术参数。

二是对原热风炉改造提出了具体方案：

当新设计热风炉的技术参数确定之后，就可进行热风炉结构设计，确定其形状与大小，特别是燃烧室的尺寸、燃烧器的大小、蓄热体的高度与直径、以及热风管等管口尺寸等。按照结构尺寸选择对原有热风炉结构进行恰当处理，并提出了如下三种改造方案：

方案1（整体改造）：保留热风炉的外壳与蓄热室的大部分墙体，拆除拱顶之下到蓄热室的某个位置，为砌筑新型燃烧器和燃烧室留出空间；拆除原来的燃烧室火井与燃烧器；采用蓄热室内墙再砌筑一圈耐火砖的办法减小蓄热室的内直径；增加蓄热体格子砖或调整（也可能更换）格子砖，这要由设计数据确定；补充或更换炉箅子（依照蓄热体直径和格子砖砖型情况而定），并补充炉箅子支撑；去掉原热风炉的热风出口、煤气进口、助燃空气进口，而冷风入口与烟气出口不动；由此需要更改一些热风管、煤气管、助燃空气管的管路；操作平台以及控制系统可能会相应进行一些调整性的改变。

方案2（不完整改造）：保留热风炉的外壳与蓄热室的大部分墙体，拆除拱顶之下到蓄热室的某个位置，为砌筑新型燃烧器和燃烧室留出空间；拆除原来的燃烧室火井与燃烧器，新建热风通道火井；增加蓄热体格子砖或调整（也可能更换）格子砖，这要由设计数据确定；补充或更换炉箅子（依照蓄热体直径和格子砖砖型情况而定），并补充炉箅子支撑；仍然利用原热风炉的热风出口，仅改变煤气进口、助燃空气进口，而冷风入口与烟气出口不动；由此需要更改煤气管、助燃空气管的管路；操作平台以及控制系统可能会相应进行一些小的调整。

方案3（简单改造）：保留热风炉的外壳与蓄热室的大部分墙体，拆除拱顶之下到蓄热室的某个位置，为砌筑新型燃烧器和燃烧室留出空间；不拆除原来的燃烧室火井与燃烧器，仅对隔墙做加固和防串风处理；蓄热体格子砖不需进行调整，炉箅子也不必更换；原热风炉的热风出口不变，但煤气进口、助燃空气进口要改动，而冷风入口与烟气出口不动；由此，仅需要更改煤气管、助燃空气管的管路走向；操作平台以及控制系统基本不用调整。

在三个方案中第一个方案是最佳的技术方案，它能完整地体现出豫兴热风炉的主要结构特征和性能指标，因为改造后的热风炉与新建的豫兴热风炉没有任何差别。它具有良好的流动特征与燃烧性能，且进入蓄热室的气流速度与温度分布双均匀，具有传热效果好和蓄热体利用率高，且能保证蓄热体格子砖的长期安全运行。但是投入的经费需要量最大，炉子的改动也是最大的。

第三个方案是最差的方案，虽然能节省大量的费用，对系统也只是做不多的改动，但所得到的改造效果却不能令人满意。改动后的炉子在燃烧室中流场特性与燃烧性能得到了极大改善，但进入蓄热体的流场因为有原来燃烧室火井存在而分布不均匀，致使传热效果欠佳，且格子砖利用率也不高。由于原来的火井没有拆除，蓄热面积没法进行调整，要进行整个的技术参数的优化几乎是不可能的。但是，这个方案的特点就在于节省投资，避免了对热风管道的改动，且改造过程时间较短。

比较而言，采用第二个方案是一个折中的方案，蓄热室流场特性有了一定改善，且不用改动热风管路。整体效果虽不如第一方案，也好于第三方案。从时间与经费节省的角度考虑，应该是能够让更多人接受的方案。

改造效果 立竿见影

豫兴公司对国内内燃式热风炉的改造，可在原有炉壳不变的情况下进行，算得上是一种极为便利的改造方法。

利用豫兴顶燃式热风炉技术改造现有的内燃式热风炉，热风温度由改造前的1050℃提高到1200℃以上。将原来的隔墙不稳定结构进行优化改造，已承接了酒钢集团榆钢、翼钢山西立恒、太钢临钢、江苏永钢等22座热风炉进行改造，原内燃式热风炉在燃烧、送风频繁转换过程中，使火井及火井墙处在较大的温差变化工作环境，致使火井墙掉砖剥落，穿洞、短路、影响风温、影响寿命，利用豫兴热风炉技术将火井下部混合燃烧转移集中在顶部，废除了火井内引起温差变化的燃烧过程，火井只起到输送热风作用，保持了火井温度稳定，同时豫兴公司改造时加厚加固了火井墙，改变了火井和热风出口结构，达到了长寿高风温效果。当然，也在改造中接受了很多的很残酷的教训。教训使豫兴人更加谨慎，经验更加丰富。

经计算改造后的热风炉，其热风温度将从1050℃提高到1200℃以上、降低排烟温度到250～300℃之间、延长稳定送风时间到1～1.5小时之间，且通过实际运行调整到烟气中不含CO成分，而O₂成分在0.2%左右，并保证炉体与燃烧室寿命20年不大修。