内燃式改为顶燃式  热风炉更添活力

——豫兴公司董事长刘世聚一席谈

夏杰生

    河南省豫兴热风炉工程技术有限公司（以下简称豫兴公司）对建龙集团山西建龙钢铁6号高炉配套的内燃式热风炉结构在炉壳、送风管道、炉箅子、火井墙和蓄热室大墙不变的条件下，实施顶燃式悬链线拱顶优化改造后，自2017年3月15日再次投产以来，至今已经稳定运行16个多月，风温最高达到1280℃，取得优良的改造效果。

将传统热风炉改造成顶燃式乃大势所趋

    据豫兴公司董事长刘世聚介绍，目前国内运行的外燃式和内燃式热风炉虽有很多优点，但也有各自的缺陷：外燃式热风炉投资大、占地面积大，内燃式热风炉易发生火井短路、炉壁剥落、穿洞、火井上部掉砖。顶燃式热风炉与上述外燃式和内燃式相比较，具有投资省、风温高、结构相对稳定等优点，从而受到钢铁企业青睐。很多炼铁厂都将其非顶燃式热风炉改造成顶燃式热风炉。这一发展趋势导致目前国内顶燃式热风炉所占比例已达到60%~80%。

    国内顶燃式热风炉大致可分为国外型、仿国外型、赛迪豫兴旋流交错型和豫兴悬链线型等四大主流技术。前3种顶燃式热风炉的外形如保龄球状。其内部结构分为预燃室、燃烧室、蓄热室三大段。与国外型和仿国外型一样，豫兴悬链线顶燃式热风炉依然采用三段式结构，并采用环形燃烧器上喷混合燃烧技术，燃烧器设置在拱顶拱角之下，与蓄热室平行。此型热风炉目前在国内运行数百座。豫兴旋流交错型顶燃式热风炉，外形虽然也和国外型差不多，但其内部采用预燃室、燃烧室拱顶、燃烧室大墙和热风出口、蓄热室四段式结构。

    建龙集团山西建龙6号高炉设计有效炉容为1380m3，配置了3座内燃式热风炉，采用纯高炉煤气，利用烟气余热对空气、煤气双预热各150℃，蓄热体采用单位换热面积40m2的7孔（?准40mm）格子砖。该热风炉自投产至改造前，长达9年运行风温在1130℃~1150℃。由于热风炉的火井频繁出现短路，风温较低，与目前强化炼铁、提高风温和节能环保低成本高效率运行的目标相差甚远。因此，山西建龙经报请集团公司批准，确定以招投标方式对该热风炉进行顶燃式技术优化改造，并最终筛选具有资质和业绩的3家国内外冶金工程技术公司参与竞标。

改造方案省时、省力、降本增效

    招标结果揭晓，豫兴公司提出的改造方案一举中标。

    招标方建龙集团专家经过详细的技术交流、沟通对比后认为，豫兴公司中标的方案具有以下优点：一是改造总投资只需2500万元，比未中标单位的改造方案节省38%~49%，具有绝对性价比的优势；二是改造工期超短，可以很快实现投产见效，比其他两家的工期分别缩短40天、20天；三是改造后的热风炉结构稳定，使用寿命长，可以满足节能环保要求；四是风温高，改造后风温比改造前风温可提高100℃~150℃。

    其具体的改造方案如下：

    一是火井的优化改造。经过进炉考察，豫兴发现该热风炉眼睛型板框状结构的火井墙有多条1cm~3cm的裂缝，除了火井上部有歪倒变形、眼睛角部位有缝隙外，其结构基本处于完好状态，火井总标高为35m。豫兴依据热风炉优化设计改造以及蓄热换热面积和重量计算，确定火井和蓄热室大墙只须同步拆除至标高26米处。其26米处蓄热室端继续往下拆除一部分，用硅质耐火砖进行补砌，相应的蓄热室大墙与火井墙外端按一样的方式进行补砌。火井内部，将火井隔墙端部加厚至稳定的厚度，采用稳定耐高温的硅砖砌筑，火井内部靠近蓄热室大墙端采用稍微薄一点的加固硅砖砌筑。其热风出口对应部位的火井采用高铝系列耐火砖砌筑。至此，火井结构优化改造完成。改造后的火井可以适应1200℃~1300℃风温的输送需求，并完全可以实现20年的使用寿命。

    二是蓄热室的优化改造。在该热风炉拆除相应的标高后，豫兴对火井蓄热室端的墙体裂缝采用耐火纤维棉进行压实填充，使蓄热室格子砖由原来的标高35m降至24m；将原来41m2换热面积的40mm孔径7孔格子砖优化设计为换热面积为55.69m2的孔孔互通高效19孔25mm格子砖，使格子砖单位换热面积提高了35.8%，大大提高了蓄热换热能力和风温；格子砖采用三段式，上部采用硅质耐火格子砖，中部采用红柱石高铝格子砖过渡，下部采用红柱石黏土格子砖。格子砖的综合使用寿命将达到20年。

    三是炉箅子的优化改造。该热风炉炉箅子为梅花孔结构，炉子拆后，其炉箅子和支柱横梁均保持完好，没有变形损坏迹象。因此，豫兴设计一套过渡铸铁格子砖，将下部的大孔径炉箅子和上部25mm19孔耐火格子砖科学搭配，使之起到承上启下的过渡作用。此举既利用了炉箅子和支柱，又达到利旧且采用高效格子砖的目的。

四是燃烧器结构的优化设计。豫兴对该热风炉燃烧器结构进行设计时，将煤气环道设计在下部、空气环道设计在上部。由于该热风炉拱顶直段是直接支撑在炉壳之上，拱顶直段大墙太短，无法设计足够高足够流量的煤气环道和空气环道，因此，豫兴采用低矮煤气环道，也为了煤气的进气量更加均匀，设置外部煤气环管，采用3个煤气入口的方式连接煤气环道，这样既可使煤气环道降低高度而稳定，又使煤气在环道内分布均匀。豫兴采用直接插入的方式设置空气环道，在煤气环道和空气环道中间采用交错的上升喷管和下降喷管，连接煤气喷嘴和空气喷嘴并进入一个带上翘角度和旋流角度的燃烧喷嘴内，煤气空气混合燃烧喷出，即实现高效、均匀、完全燃烧火焰。燃烧器采用红柱石高铝耐火砖，具有一定的高温抗热震性能。燃烧器设计结构稳定，安全，使用寿命可以达到20年。

五是悬链线拱顶结构的优化设计。利用较有优势的悬链线拱顶炉壳，进行悬链线拱顶结构设计，是保证热风炉稳定高风温的前提。豫兴对该热风炉直段和悬链线拱顶下部采用了红柱石高铝砖，上部至拱顶塞头部位采用耐高温的硅砖。墙体设计厚度根据原炉壳和燃烧器结构灵活确定。改造后的拱顶燃烧和送风温差低于100℃，该结构是稳定寿命可达20年以上的最佳结构。

六是外部管网的对接。由于该内燃式热风炉的炉壳和火井利旧，热风主管和热风出口结构没有改变，但改造后其煤气和空气入口就由低位变为高位，因此，必须将煤气管道和空气管道加高20多米来对接对应的入口。其煤气和空气管道基本不采用耐火砖砌筑，因此，优化改造非常方便。改造后的煤气和空气流量能满足1300℃高风温的输送。

    七是氮气安全吹扫。豫兴热风炉的燃烧器的直径较大，燃烧功率也大，是实现高效高风温的最佳技术。但由于煤气环道直径较大，环道空间较大，煤气在环道中残存量增大，当煤气阀门关闭时，环道处于零压力状态，空气在正压作用下易通过较多的煤气喷嘴孔均匀地被压进煤气环道，造成快速混合燃烧急剧膨胀而发生重大事故。因此，当煤气阀门关闭时，以最快最短时间将氮气吹进煤气环道来快速稀释残存的煤气，实现安全吹扫。需要说明的是，不能为了节省氮气、节约成本而减少氮气喷吹量和吹扫时间，更不能停止使用氮气吹扫。安全操作就是完全按照设计的程序进行操作，热风炉长寿稳定才能有保障。

    八是烟道废气预热的节能利用。豫兴在改造该热风炉的时候，不管煤气热值高低对风温的影响有多大，都利用烟道余热进行空气、煤气双预热，这也是提高风温、节能降耗的一个重要步骤。经验证明，煤气温度每提高100℃，理论燃烧温度可以提高48℃；空气温度每提高100℃，理论燃烧温度可以提高33℃。豫兴通过预热换热，可使理论燃烧温度自动提高107℃左右（煤气温度提高100℃，空气温度提高180℃），扣除热风炉自然散热率损失，提高100℃双气预热可使风温有效提高70℃~80℃。

实践证明用户的选择正确

    该热风炉最终改造工期约为100天（与高炉同步同工期改造，单就热风炉正常改造仅需50天~60天），自2016年12月中旬进驻开始施工，于2017年3月15日点火烘炉投产，经过16个多月的稳定运行，其最高操作风温达到1280℃。后经过豫兴和建龙的商讨，由于建龙保留原热风管道耐火砖利旧没有更换和改造，无法保障长期1250℃以上风温的输送和安全操作，因此，其风温基本控制在1220℃~1240℃。

    豫兴公司上述成功改造的实例充分证明：利用内燃式热风炉的外壳、蓄热室大墙、火井墙、炉箅子，采用高效格子砖，对其进行技术改造，可提高风温，稳定结构，实现高风温且长寿，降低投资，还可使企业快速优化大修实现投产见效。上述实例是炼铁企业今后内燃式热风炉改造为稳定高风温顶燃式热风炉的成功典范。