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内燃式热风炉顶燃式技术改造探索 ——广东韶钢3200m3高炉内燃式热风炉改造案例

内燃式热风炉顶燃式技术改造探索 ——广东韶钢3200m3高炉内燃式热风炉改造案例

  • 分类:悬链线技术
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2021-06-08 14:57
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【概要描述】

内燃式热风炉顶燃式技术改造探索 ——广东韶钢3200m3高炉内燃式热风炉改造案例

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1号、3号热风炉改造后照片

 

        2020年6月,河南省豫兴热风炉工程技术有限公司(以下简称豫兴公司)对广东韶钢松山股份有限公司(以下简称韶钢)8号3200m3高炉配套的4座内燃式热风炉中的1号、3号2座实施悬链线顶燃式优化改造。此改造工程是在尽量保持韶钢原内燃式热风炉送风管道、炉箅子、火井墙和蓄热室大墙、蓄热室和部分拱顶炉壳等热风炉主体及框架结构不变的前提下实施的,历时120天。首先对1号热风炉实施在线改造,改造后的热风炉自2020年11月投产以来,风温一直保持在1200℃以上稳定运行6个月有余,达到了预期改造目的,3号热风炉已经完成改造,进入烘炉阶段。韶钢内燃式热风炉改为悬链线顶燃式热风炉案例拥有改动小、投资少、耗时短、效果好等突出优点,具有极佳的示范和引领效应。

 

 

热风炉改造前照片

 

        1韶钢内燃式热风炉改造前的基本情况

         韶钢8号高炉配置4座内燃式热风炉,蓄热体采用单位换热面积40.3㎡的7孔(孔径40mm)格子砖,使用单一高炉煤气,并利用烟气余热对空气、煤气双预热至180-200℃。该热风炉自投产到被改造前的11年时间里,风温仅维持在1150-1200℃之间。经检测,改造前的韶钢内燃式热风炉热风出口温度约为200℃,主支管三岔口灌浆后温度约为150℃,而拱顶炉壳温度却高达200℃以上,其中单座热风炉烟道支管烟气中CO为6000-20000ppm(排出量高达1.93%)。这些数据表明,对该热风炉进行技术改造,刻不容缓。

          改造前,韶钢对热风炉整体进行了较为全面的红外探测分析,发现热风炉隔墙中部鼓包、隔墙砖凸位、隔墙下部及燃烧器上部均有孔洞及缝隙,煤气和空气从火井通道隔墙孔洞及缝隙处短路燃烧,导致上部蓄热室失去了蓄热换热作用,风温降低,煤气、空气混合变差,废气中CO含量超高。

          基于以上情况,韶钢希望在热风炉原管网不动、外部主体结构少做改动的前提下对内燃式热风炉实施顶燃式技术改造,并要求改造后的热风炉送风温度能稳定在1200℃以上。

            2韶钢内燃式热风炉实施顶燃式技术改造方案

            韶钢从国内外诸多厂商中筛选出3家资质、业绩和口碑达到此次改造工程要求的冶金工程技术公司,参与此次2座内燃式热风炉顶燃式技术改造工程竞标。最终,豫兴公司提出的改造方案以投资少、耗时短、寿命长、风温高、性能优等特点获得了韶钢评标委员会的一致认可。豫兴公司提出的改造方案如下:

1)火井优化改造

           按照韶钢提出的目的和要求,豫兴公司对热风炉蓄热体换热面积和重量进行了重新计算。计算结果确定,此次改造需将火井和蓄热室大墙同步拆除至标高17m处;同时为确保火井的结构稳定和使用寿命,使用稳定耐高温的硅砖将火井隔墙端部加厚至计算厚度,使用略薄的加固硅砖砌筑火井内部靠近蓄热室大墙一端,使用高铝系列耐火砖砌筑热风出口对应部位的火井。经此改造后,火井完全可以适应高达1300℃风温的输送需求,并可实现至少20年的使用寿命。

2)蓄热室优化改造

           拆除热风炉相应标高后,豫兴公司将蓄热室格子砖由原来的标高37m降至23m,并将原7孔40mm格子砖更换为具有豫兴公司专利技术的孔孔相通、能调节烟气流场和冷风流场高效的19孔25mm均压均流蜂窝格子砖(专利号:ZL201110352083.7),使得蓄热室换热面积由原来的40.3m2提升到55.29m2,换热效率提高37.2%,格孔通气率达到100%,大大提高了蓄热换热能力,有效提高了热风炉风温。

3)炉箅子优化改造

           因原热风炉梅花孔结构的炉箅子及支柱横梁没有损坏变形迹象,豫兴公司在保持原炉箅子结构基本不变的前提下,设计了一套过渡铸铁格子砖,使得上部19孔耐火格子砖能够与下部的原7孔格子砖炉箅子实现科学调整使用,此举既利用了原炉箅子和支柱节约了资金,又可充分发挥19孔格子砖的优异性能,一举两得。

4)燃烧器结构优化设计

           内燃式热风炉改造成为顶燃式热风炉,燃烧器的优化设计是整个工程的难点和关键点。豫兴公司充分考虑了韶钢热风炉的特定情况,对标准结构的豫兴顶燃式环形燃烧器进行了适当技术改造。通过采用将煤气环道设计在下部、空气环道设计在上部和直接插入的方式,优化设计了燃烧器煤气、空气环道,以便充分利用原热风炉的独特结构和管网系统,减少资金投入。与此同时,豫兴公司为该燃烧器设计了煤气与空气交错的上升喷管,使其能够连接煤气喷嘴和空气喷嘴并引导混合气流进入一个带上翘角度和旋流角度的燃烧喷嘴内。这样的结构设计使得煤气、空气能够实现充分混合后燃烧喷出,从而实现高效、均匀、完全燃烧的火焰。为保证燃烧器结构的稳定安全,豫兴公司采用高温抗热震性能良好的红柱石高铝耐火砖砌筑燃烧器,使其设计使用寿命满足20年。

5)悬链线拱顶结构优化设计

            改造后的韶钢热风炉采用了带有鲜明豫兴技术特色的标准悬链线拱顶结构,这种悬链线拱顶结构因其自身良好的稳定性和优良的气流流场分布特性,为改造后的热风炉实现高温长寿奠定了坚实的基础。与此同时,豫兴公司采用红柱石高铝砖砌筑热风炉直段和悬链线拱顶下部直段,采用耐高温硅砖砌筑悬链线上部至拱顶塞头部位,使得改造后的悬链线拱顶结构可实现拱顶燃烧温度与送风温度之间的温差波动在50℃左右,降低了拱顶温度,减少了氮氧化物排放,延长了拱顶结构和使用寿命。

6)外部管网对接

           此次改造的特点是充分利旧,韶钢在改造前已确认需保持原热风主管和热风出口结构不变,但改造后热风炉煤气和空气入口由低位变为高位,以便其能够与燃烧器的空气、煤气入口顺利对接。

7)氮气安全吹扫

            改造后的热风炉燃烧器具有直径大、燃烧功率大的特点,是实现热风炉高风温性能的重要保障。但燃烧器直径大,会导致煤气在环道中残存量较大,当煤气阀门关闭时,有时燃烧室会成正压,导致高温烟气由煤气喷嘴孔进入煤气环道,并与其中残留的煤气快速混合燃烧,急剧膨胀爆燃,损坏喷嘴及煤气入口管。因此,必须增加安全氮气吹扫装备,确保当煤气阀门关闭时,能以最快速度、最短时间将氮气吹进煤气环道,快速稀释残存煤气,以保障安全生产。需要特别说明的是,这一操作关乎企业的安全运营。

8)烟道废气预热的节能利用

          生产实践表明,双气预热提高100℃,可使热风炉理论燃烧温度提高约80℃。基于以上经验,豫兴公司对原热风炉预热系统进行改造升级,使用烟道余热对空气、煤气进行双预热,以达到提高风温、降低能耗的目的。

3韶钢内燃式热风炉成功改造成顶燃式热风炉的意义

             改造后投入使用的1号顶燃式热风炉输出风温一直稳定保持在1200℃以上,烟道中CO降低至0-318ppm,氮氧化物正在委托测试机构测试,热风炉各处结构安全稳定,充分展现了悬链线顶燃式热风炉高风温、低排放、高效率、低能耗、长寿命等优异性能。

           豫兴公司对韶钢内燃式热风炉实施顶燃式改造工程是一次有益的技术创新尝试,改造工程的成功充分证明了:利用原内燃式热风炉局部外壳、蓄热室大墙、火井墙、炉箅子及管网系统对内燃式热风炉实施悬链线顶燃式改造的技术路线是可行的;通过对内燃式热风炉燃烧器、蓄热室等部分结构实施悬链线顶燃式技术改造,既能完美保留原内燃式热风炉的可用结构,又能充分发挥顶燃式热风炉的技术优势,可以节约投资、缩短工期、提高性能。此举最大程度避免了企业资金资源的浪费,有效维护了企业的经济利益。韶钢热风炉改造单座工程投资3300万元,比以往同等类型热风炉改造工程节省了40%的投资额;2座改造工程历时120天,比以往同等类型热风炉改造工程缩短了近1个月,减少了企业损失。

4韶钢内燃式热风炉顶燃式技术改造案例推广前景广阔

         目前,国内钢铁企业内燃式热风炉存量比较多,内燃式热风炉结构复杂、建设费高,而且易发生火井墙短路、炉壁剥落、穿洞、火井上部掉砖等问题,较大地影响了钢铁企业的经济效益,需要对这些内燃式热风炉进行技术改造。而与内燃式热风炉相比,顶燃式热风炉具有风温高、结构稳、能效高的突出优势,越来越受到钢铁企业的青睐。

          我国市场上顶燃式热风炉大致可以分为卡鲁金式、仿卡鲁金式、豫兴四段式和豫兴悬链线式四大主流技术。其中,豫兴悬链线顶燃式热风炉以其独特的外部形状,迥异于其他3类热风炉,并以其领先于其他3类热风炉的高风温、低拱顶和送风风温温差、高效能、低氮氧化物排放、使用寿命长等突出优点赢得了市场的广泛赞誉。自2006年第一座豫兴悬链线顶燃式热风炉在山西通才点火运行至今,已有641座豫兴热风炉矗立在全球各地。

          此次韶钢内燃式热风炉改造为豫兴悬链线顶燃式热风炉的成功案例,较好地解决了内燃式热风炉顶燃式改造投资大、耗时长的问题,为国内钢铁企业内燃式热风炉实施顶燃式改造提供了更佳的技术方案,能更好地助力国内钢铁企业实现产业升级改造。

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