【技术】内燃式热风炉大修改造及生产实践

国内某钢厂4号高炉配有4座内燃式热风炉，现已无法满足高炉生产时的风温需求，

主要问题是：1）墙两侧温差大，尤其下部温差很大，炉底部温差送风末期可达700℃，另外，金属套筒燃烧器的燃烧火焰垂直冲击和振动大墙，引起燃烧室产生裂缝、掉砖、短路现象。

2）拱顶坐落在热风炉大墙上的结构不合理，主要是受到大墙不均匀涨落与自身热膨胀影响而产生拱顶裂缝、损坏、掉砖。

3）高温烟气进入蓄热室后，气流分布不均匀，局部过热和高温区所用高铝砖抗高温性能差，造成火井向蓄热室倾斜，引起格子砖错位、扭曲。针对以上问题，决定利用大修机会对热风炉进行技术改造，以适应高风温和长寿的需要。

主要改造内容如下。

1提高风温和寿命的技术

1.1提高废气温度

该厂4号高炉热风炉的废气温度一般控制在400℃左右。根据实际情况，在提高热风温度的过程中，适当提高废气温度。在提高废气温度的同时，将废气余热用于喷煤系统及用来预热助燃空气和煤气，取得了一定的效果。

提高废气温度，可以增加热风炉的蓄热量(尤其是中、下部)，因此通过增加单位时间内的燃烧煤气量来适当地提高废气温度，可以减少周期风温降落，是提高风温的一种措施。理论上，在废气温度为200-400℃的范围内，每提高100℃废气温度，约可提高风温40℃。但单纯采用这种措施会影响热风炉的热效率。4号高炉热风炉原来废气温度一般控制在400℃左右，为了进一步提高风温，根据热风炉的条件，生产中将废气温度分阶段逐渐提高到了480℃左右。生产实践表明，采取提高废气温度措施后，在单烧高炉煤气的情况下，废气温度提高80℃，相应的拱顶温度提高了20℃左右，热风温度提高了大约40℃。

预热煤气及助燃空气从理论上讲，提高废气温度会降低热风炉的热效率。因此设计中加强烟气管道的绝热保温，并回收烟气余热。综合考虑煤气以及助燃空气预热的需要，提高废气温度是合算的。提高废气温度的技术关键是炉箅子材质，支柱应当具有良好的耐高温性能。采用了含铬、钼合金的铸铁炉箅子支柱，它能够在600℃的温度下长期稳定工作，使提高废气温度成为可能，使煤气及助燃空气达到预定的预热温度有了保证。

1.2煤气空气双预热

改造过程中新上了煤气空气双预热系统。热风炉空气、煤气自身双预热系统见图1。该顶燃式热风炉设有高温旁通烟道，如果需要，一部分高温烟气可以通过高温旁通烟道直接排入总烟道，以提高总烟道烟气的温度，总烟道中设有空气、煤气预热器，这样可以提高空气、煤气的预热温度，以提高热风炉燃烧时火焰的温度，如果不需要则高温旁通烟道关闭。

当热风炉处于燃烧状态时，冷空气、冷煤气经过空气预热器、煤气预热器后被预热，被预热的空气、煤气进入热风炉的燃烧器，在燃烧室内混合燃烧，燃烧产生的高温烟气大部分通过热风炉内的蓄热体，将其大部分热量留在蓄热体后，排入低温烟道2，燃烧产生的高温烟气的另一部分，通过高温旁通烟道1 直接排到低温烟道，高温烟气同低温烟气在总烟道3 中混合成为600℃左右的烟气，混合烟气通过设在烟道内的空气预热器4、煤气预热器5 后，进入烟囱排入大气。热风炉燃烧用的空气、煤气通过空气预热器、煤气预热器后，将冷空气、冷煤气预热成300℃左右的热空气、热煤气后进入燃烧器，所以火焰温度大大提高，热风炉拱顶温度可达到1300-1350℃，从而使热风炉向高炉送风的温度达到1200℃以上。

2提高辽宁热风炉的工作寿命措施

影响热风炉寿命的关键因素除了拱顶和高温区炉壳的晶间应力腐蚀以外，还有热风炉炉体的耐火材料结构，包括拱顶、热风出口、热风管道以及蓄热室格子砖砌体。

2.1耐火材料和保温材料的选用

选用耐高温和热稳定性好的低蠕变高铝砖砌筑，并通过传热计算选用不同材质的多层保温材料。针对燃烧器的使用特点，在不同的燃烧部位采用不同的耐火材料，既保证燃烧器使用寿命及稳定性，又减少投资。同时，在燃烧器周围不便砌筑的地方使用了刚玉纤维浇注料。为进一步提高热风炉的热效率，采用了多种轻质砖和耐火纤维毡并配合炉壳内表面喷涂。内燃式热风炉的蓄热室总高度为20.6m，共采用了5种格子砖。

2.2格子砖的选择

实践表明，采用高效格子砖可以强化蓄热室格子砖与气体之间的热交换，有效降低拱顶温度与风温的差值，显著提高风温。在维持格子砖活面积或格子砖重量恒定时，合理减小格子砖格孔直径，可以增加格子砖的加热面积，有效改善气体与格子砖之间的传热过程，从而增加格子砖的换热量。

目前热风炉所用的格子砖通常为7孔格子砖，由于7孔格子砖的通孔少，存在加热面积有限的缺点，又因其孔大，同时存在填充系数较小的缺点。改造后的热风炉采用新型的19 孔格子砖，该格子砖的体积3.845×10-3m3。在不同的炉体部位采用合适耐火材质的格子砖，按受热温度由高到低分布，形成低蠕变高铝砖-RL65高铝砖-RL42高铝砖-低蠕变黏土砖的组合砌筑方式。

3辽宁热风炉的控制及检测

热风炉控制系统包括换炉顺序控制、仪表控制和计算机控制系统。热风炉操作方式以全自动换炉和半自动换炉为主。考虑到热风炉的检修，单体设备的检修以及调试，分别设置单炉自动换炉、手动联锁换炉和解锁手动换炉。热风炉的燃烧制度采用助燃空气和煤气的双调节方式。热风炉控制实现计算机控制，并与高炉本体联网，构成分布集散系统。其具体功能为：根据自动化仪表检测的拱顶温度和废气温度自动换炉，按高炉要求热风温度进行平稳送风，按温度原则和时间原则进行四炉交错并联送风，按时间原则进行“三烧一送”和“二烧一送”的自动工作，实现各种工作制的转换。

4结语

热风炉改造完成后在工艺技术参数和经济指标上有了大幅提升，主要体现在以下几个方面（见表1）：大修后热风炉的送风温度提高了165℃，焦比下降了39kg/t，同时送风周期缩短；其次，由于隔墙温差的降低，对于抑制隔墙周期震动及不均匀膨胀有良好效果，在合理选用炉箅子材质基础上，将废气温度提升到420℃，起到了节能降本增效的效果。