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锥柱旋切顶燃式热风炉在鄂钢5#高炉的应用实践

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【摘要】:
宝武集团鄂城钢铁有限公司(以下简称鄂钢)5#高炉,有效炉容2600m³,原配置三座内燃式热风炉,2010年1月建成投产,2014年3月,其中两座内燃式热风炉出现烧炉困难、烟道升温快等现象,导致送风温度只有1000℃左右,通过分析热风炉实际运行情况,考察现场场地后,决定新增加一座顶燃式热风炉。新建热风炉期间高炉不停炉,建成后利用高炉休风期间进行各管道接口作业,新建4#锥柱旋切顶燃式热风炉和三座内燃热风炉配套运行后,送风温度提高了150℃,近5年的实践运行取得了良好的效果。

1、前言

宝武集团鄂城钢铁有限公司(以下简称鄂钢)5#高炉,有效炉容2600m³,原配置三座内燃式热风炉,2010年1月建成投产,2014年3月,其中两座内燃式热风炉出现烧炉困难、烟道升温快等现象,导致送风温度只有1000℃左右,通过分析热风炉实际运行情况,考察现场场地后,决定新增加一座顶燃式热风炉。新建热风炉期间高炉不停炉,建成后利用高炉休风期间进行各管道接口作业,新建4#锥柱旋切顶燃式热风炉和三座内燃热风炉配套运行后,送风温度提高了150℃,近5年的实践运行取得了良好的效果。

2、项目概述

新增的4号热风炉系统由中冶南方工程技术有限公司总设计,热风炉为锥柱旋切顶燃式,燃烧器由安耐克公司独立设计并供货,采用三维混合燃烧器技术,蓄热室设计为37孔d=20mm高效格子砖。热风炉燃料为高炉煤气+焦炉煤气,热风温度≥1250℃。

2.1热风炉详细设计方案

本项目考虑了原有内燃式热风炉风的实际运行情况,新建4#热风炉采用大功率三维混合燃烧器,前期通过大量的CFD流体仿真计算,建立多个几何模型,进行非预混燃烧计算,研究了空煤气入口温度、空煤气喷口角度设置、喉口直径等对热风炉流场、温度场及CO浓度分布的影响,得出燃烧效果最佳、最适合实际工况的热风炉模型,以此确定了新增4#锥柱旋切顶燃式热风炉的各项设计参数。

表1:热风炉系统设计条件

表2:热风炉设计参数

2.2热风炉本体布置

由于新建热风炉期间高炉不停炉,新建4#热风炉不能干涉原有热风炉系统,通过对现场的考察,多方案对比,选择在现有热风炉与高炉桥架之间新建4#热风炉系统,4#热风炉与旧3座热风炉为90°夹角布置,见图1所示。

3、热风炉本体耐材设计

针对原内燃式热风炉燃烧器功率下降、拱顶温度低、隔墙倾斜、格子砖下沉、烟道升温快等问题,新建4#锥柱旋切顶燃式热风炉采用三维混合燃烧器、燃烧器无移位防微爆喷口结构、拱顶(燃烧室)平砌结构、致密型硅质格子砖等多项专利和专有技术。

3.1三维混合燃烧器

燃烧器为锥柱复合型结构,不仅降低了热风炉高度,更主要的是把传统顶燃炉燃烧器的平面旋流混合流场,改进为三维空间涡旋流场,空煤气混合后燃烧完全,火焰短,混合气流在经过喉口整流后形成的负压区域面积小,保证烟气进入格子砖分布均匀,格子砖截面积利用充分,更利于格子砖储存热量、放出热量获得高风温。

3.2燃烧器易吹扫防微爆无移位结构

燃烧器混合室煤气段施工采用钢模支撑整体浇注,煤气环道、煤气喷口位于锥段,顶部空间小,有利于氮气吹扫。规避了传统顶燃式热风炉因爆燃导致的喷口砖移位,避免了煤气环道氮气吹扫的煤气残余,避免了煤气喷口的爆燃。此项设计使热风炉送风、烧炉的转换更加安全高效。

3.3互锁式燃烧室平砌结构

燃烧器燃烧室为平砌结构,使砌体载荷均匀分布在水平面上,施工方便。采用四面子母扣咬合砌筑,上下左右单砖互锁,增强了耐火材料砌体的整体性和稳定性。

4、新增4#热风炉运行后使用效果

4#锥柱旋切顶燃式热风炉自2016年投产后,拱顶温度达到了1330℃-1350℃,4#热风支管上温度监测点测得送风温度可达1250℃,取得了理想的设计效果。

新建4#热风炉投产后,对原2#、3#内燃式热风炉损坏的耐材进行了抢修,并重点对隔墙用陶瓷耐磨浇注料进行浇注施工,抢修后三座内燃式热风炉拱顶温度达到了1280℃-1300℃以上,为保证高炉稳定顺行,目前4#热风炉拱顶温度控制在1300℃左右。热风炉系统采用“两烧两送”交错并联的工作制度,由4#热风炉做主送风炉子,送风温度维持1160℃-1200℃,比改造前风温提高了150℃以上。

5、结论

(1)新增4#顶燃式热风炉技术改造实现了既定目标,4座热风炉交错并联运行,送风温度比改造前提高了150℃以上,后续1#~3#内燃式改造为顶燃式后,完全可以达到1250℃风温。

(2)通过本项目锥柱旋切顶燃式热风炉近5年的良好运行效果,验证了三维混合燃烧器具备大功率特点,负荷调节比大,适应工况范围广。

(3)本工程为今后内燃式热风炉维修改造提供了一个可行方案,对今后类似热风炉工程有一定的指导意义,为钢铁工业老旧设备实施节能、降耗、高效技术改造,提供了可借鉴的实践经验。