安耐克錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐在鄂鋼5#高爐的應(yīng)用實(shí)踐
2021-03-31 08:49:59
1、前言
寶武集團(tuán)鄂城鋼鐵有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鄂鋼）5#高爐，有效爐容2600m³，原配置三座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，2010年1月建成投產(chǎn)，2014年3月，其中兩座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐出現(xiàn)燒爐困難、煙道升溫快等現(xiàn)象，導(dǎo)致送風(fēng)溫度只有1000℃左右，通過(guò)分析熱風(fēng)爐實(shí)際運(yùn)行情況，考察現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地后，決定新增加一座頂燃式熱風(fēng)爐。新建熱風(fēng)爐期間高爐不停爐，建成后利用高爐休風(fēng)期間進(jìn)行各管道接口作業(yè)，新建4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐和三座內(nèi)燃熱風(fēng)爐配套運(yùn)行后，送風(fēng)溫度提高了150℃，近5年的實(shí)踐運(yùn)行取得了良好的效果。
2、項(xiàng)目概述
新增的4號(hào)熱風(fēng)爐系統(tǒng)由中冶南方工程技術(shù)有限公司總設(shè)計(jì)，熱風(fēng)爐為錐柱旋切頂燃式，燃燒器由安耐克公司獨(dú)立設(shè)計(jì)并供貨，采用三維混合燃燒器技術(shù)，蓄熱室設(shè)計(jì)為37孔d=20mm高效格子磚。熱風(fēng)爐燃料為高爐煤氣＋焦?fàn)t煤氣，熱風(fēng)溫度≥1250℃。
2.1熱風(fēng)爐詳細(xì)設(shè)計(jì)方案
本項(xiàng)目考慮了原有內(nèi)燃式熱風(fēng)爐風(fēng)的實(shí)際運(yùn)行情況，新建4#熱風(fēng)爐采用大功率三維混合燃燒器，前期通過(guò)大量的CFD流體仿真計(jì)算，建立多個(gè)幾何模型，進(jìn)行非預(yù)混燃燒計(jì)算，研究了空煤氣入口溫度、空煤氣噴口角度設(shè)置、喉口直徑等對(duì)熱風(fēng)爐流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及CO濃度分布的影響，得出燃燒效果最佳、最適合實(shí)際工況的熱風(fēng)爐模型，以此確定了新增4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)。
表1 熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)條件
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序號(hào)
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項(xiàng)目名稱(chēng)
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單位
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數(shù)值
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1
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熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)形式
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錐柱旋切頂燃
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2
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新增熱風(fēng)爐座數(shù)
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座
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1
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3
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加熱風(fēng)量
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Nm3/min
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5200
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4
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冷風(fēng)壓力
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MPa
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~0.4
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5
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冷風(fēng)溫度
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℃
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~200
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6
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熱風(fēng)溫度
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℃
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≥1250
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7
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助燃空氣預(yù)熱前溫度
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℃
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~20
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8
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助燃空氣預(yù)熱后溫度
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℃
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≥180
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9
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高爐煤氣預(yù)熱前溫度
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℃
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~100
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10
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焦?fàn)t煤氣預(yù)熱前溫度
|
℃
|
~35
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11
|
混合煤氣預(yù)熱溫度
|
℃
|
≥180
|
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12
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熱風(fēng)爐燃料
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高爐煤氣+焦?fàn)t煤氣
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13
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高爐煤氣發(fā)熱值
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KJ/Nm3
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≥3200
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14
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熱風(fēng)爐工作制度
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兩燒兩送/交叉并聯(lián)
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15
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送風(fēng)周期
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min
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60
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表2 熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)參數(shù)
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序號(hào)
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技術(shù)性能
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單位
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數(shù)值
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1
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熱風(fēng)爐座數(shù)
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座
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1
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2
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熱風(fēng)爐直徑
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mm
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Ø11510/ Ø10000
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3
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熱風(fēng)爐總高度
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m
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~49.000
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4
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熱風(fēng)溫度
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℃
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1250
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5
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拱頂溫度
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℃
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~1450
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6
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廢氣平均溫度
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℃
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300
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7
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廢氣最高溫度
|
℃
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450
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8
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一座熱風(fēng)爐燃燒高爐煤氣流量
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Nm3/h
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80000
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9
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一座熱風(fēng)爐燃燒焦?fàn)t煤氣流量
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Nm3/h
|
1500
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10
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一座熱風(fēng)爐助燃空氣流量
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Nm3/h
|
70000
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11
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格子磚形式
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37孔高效蜂窩格子磚
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12
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格孔直徑
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mm
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Ø20
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13
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格子磚加熱面積
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㎡/m3
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64
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14
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格子磚活面積
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㎡/㎡
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0.32
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15
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每座熱風(fēng)爐加熱面積
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㎡
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820007
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2.2熱風(fēng)爐本體布置
由于新建熱風(fēng)爐期間高爐不停爐，新建4#熱風(fēng)爐不能干涉原有熱風(fēng)爐系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的考察，多方案對(duì)比，選擇在現(xiàn)有熱風(fēng)爐與高爐橋架之間新建4#熱風(fēng)爐系統(tǒng)，4#熱風(fēng)爐與舊3座熱風(fēng)爐為90°夾角布置，見(jiàn)圖1所示。
圖1 熱風(fēng)爐布置
3、熱風(fēng)爐本體耐材設(shè)計(jì)
針對(duì)原內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燃燒器功率下降、拱頂溫度低、隔墻傾斜、格子磚下沉、煙道升溫快等問(wèn)題，新建4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐采用三維混合燃燒器、燃燒器無(wú)移位防微爆噴口結(jié)構(gòu)、拱頂（燃燒室）平砌結(jié)構(gòu)、致密型硅質(zhì)格子磚等多項(xiàng)專(zhuān)利和專(zhuān)有技術(shù)。
3.1三維混合燃燒器
燃燒器為錐柱復(fù)合型結(jié)構(gòu)，不僅降低了熱風(fēng)爐高度，更主要的是把傳統(tǒng)頂燃爐燃燒器的平面旋流混合流場(chǎng)，改進(jìn)為三維空間渦旋流場(chǎng)，空煤氣混合后燃燒完全，火焰短,混合氣流在經(jīng)過(guò)喉口整流后形成的負(fù)壓區(qū)域面積小，保證煙氣進(jìn)入格子磚分布均勻，格子磚截面積利用充分，更利于格子磚儲(chǔ)存熱量、放出熱量獲得高風(fēng)溫。
3.2燃燒器易吹掃防微爆無(wú)移位結(jié)構(gòu)
燃燒器混合室煤氣段施工采用鋼模支撐整體澆注，煤氣環(huán)道、煤氣噴口位于錐段，頂部空間小，有利于氮?dú)獯祾�。�?guī)避了傳統(tǒng)頂燃式熱風(fēng)爐因爆燃導(dǎo)致的噴口磚移位，避免了煤氣環(huán)道氮?dú)獯祾叩拿簹鈿堄�，避免了煤氣噴口的爆燃。此�?xiàng)設(shè)計(jì)使熱風(fēng)爐送風(fēng)、燒爐的轉(zhuǎn)換更加安全高效。
3.3互鎖式燃燒室平砌結(jié)構(gòu)
燃燒器燃燒室為平砌結(jié)構(gòu)，使砌體載荷均勻分布在水平面上，施工方便。采用四面子母扣咬合砌筑，上下左右單磚互鎖，增強(qiáng)了耐火材料砌體的整體性和穩(wěn)定性。
4、新增4#熱風(fēng)爐運(yùn)行后使用效果
4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐自2016年投產(chǎn)后，拱頂溫度達(dá)到了1330℃-1350℃，4#熱風(fēng)支管上溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)得送風(fēng)溫度可達(dá)1250℃，取得了理想的設(shè)計(jì)效果。
新建4#熱風(fēng)爐投產(chǎn)后，對(duì)原2#、3#內(nèi)燃式熱風(fēng)爐損壞的耐材進(jìn)行了搶修，并重點(diǎn)對(duì)隔墻用陶瓷耐磨澆注料進(jìn)行澆注施工，搶修后三座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐拱頂溫度達(dá)到了1280℃-1300℃以上，為保證高爐穩(wěn)定順行，目前4#熱風(fēng)爐拱頂溫度控制在1300℃左右。熱風(fēng)爐系統(tǒng)采用“兩燒兩送”交錯(cuò)并聯(lián)的工作制度，由4#熱風(fēng)爐做主送風(fēng)爐子，送風(fēng)溫度維持1160℃-1200℃，比改造前風(fēng)溫提高了150℃以上。
5、結(jié)論
(1)新增4#頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)，4座熱風(fēng)爐交錯(cuò)并聯(lián)運(yùn)行，送風(fēng)溫度比改造前提高了150℃以上，后續(xù)1#~3#內(nèi)燃式改造為頂燃式后，完全可以達(dá)到1250℃風(fēng)溫。
(2)通過(guò)本項(xiàng)目錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐近5年的良好運(yùn)行效果，驗(yàn)證了三維混合燃燒器具備大功率特點(diǎn)，負(fù)荷調(diào)節(jié)比大，適應(yīng)工況范圍廣。
(3)本工程為今后內(nèi)燃式熱風(fēng)爐維修改造提供了一個(gè)可行方案，對(duì)今后類(lèi)似熱風(fēng)爐工程有一定的指導(dǎo)意義，為鋼鐵工業(yè)老舊設(shè)備實(shí)施節(jié)能、降耗、高效技術(shù)改造，提供了可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
