安耐克錐柱旋切頂燃式熱風爐在鄂鋼5#高爐的應(yīng)用實踐
2021-03-31 08:49:59
1、前言
寶武集團鄂城鋼鐵有限公司（以下簡稱鄂鋼）5#高爐，有效爐容2600m³，原配置三座內(nèi)燃式熱風爐，2010年1月建成投產(chǎn)，2014年3月，其中兩座內(nèi)燃式熱風爐出現(xiàn)燒爐困難、煙道升溫快等現(xiàn)象，導致送風溫度只有1000℃左右，通過分析熱風爐實際運行情況，考察現(xiàn)場場地后，決定新增加一座頂燃式熱風爐。新建熱風爐期間高爐不停爐，建成后利用高爐休風期間進行各管道接口作業(yè)，新建4#錐柱旋切頂燃式熱風爐和三座內(nèi)燃熱風爐配套運行后，送風溫度提高了150℃，近5年的實踐運行取得了良好的效果。
2、項目概述
新增的4號熱風爐系統(tǒng)由中冶南方工程技術(shù)有限公司總設(shè)計，熱風爐為錐柱旋切頂燃式，燃燒器由安耐克公司獨立設(shè)計并供貨，采用三維混合燃燒器技術(shù)，蓄熱室設(shè)計為37孔d=20mm高效格子磚。熱風爐燃料為高爐煤氣＋焦爐煤氣，熱風溫度≥1250℃。
2.1熱風爐詳細設(shè)計方案
本項目考慮了原有內(nèi)燃式熱風爐風的實際運行情況，新建4#熱風爐采用大功率三維混合燃燒器，前期通過大量的CFD流體仿真計算，建立多個幾何模型，進行非預(yù)混燃燒計算，研究了空煤氣入口溫度、空煤氣噴口角度設(shè)置、喉口直徑等對熱風爐流場、溫度場及CO濃度分布的影響，得出燃燒效果最佳、最適合實際工況的熱風爐模型，以此確定了新增4#錐柱旋切頂燃式熱風爐的各項設(shè)計參數(shù)。
表1 熱風爐系統(tǒng)設(shè)計條件
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序號
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項目名稱
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單位
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數(shù)值
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1
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熱風爐結(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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加熱風量
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Nm3/min
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5200
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4
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冷風壓力
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MPa
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~0.4
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5
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冷風溫度
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℃
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~200
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6
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熱風溫度
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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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焦爐煤氣預(yù)熱前溫度
|
℃
|
~35
|
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11
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混合煤氣預(yù)熱溫度
|
℃
|
≥180
|
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12
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熱風爐燃料
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高爐煤氣+焦爐煤氣
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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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送風周期
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min
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60
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表2 熱風爐設(shè)計參數(shù)
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序號
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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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熱風爐座數(shù)
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座
|
1
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2
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熱風爐直徑
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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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熱風溫度
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℃
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1250
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5
|
拱頂溫度
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℃
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~1450
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6
|
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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一座熱風爐燃燒焦爐煤氣流量
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Nm3/h
|
1500
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10
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一座熱風爐助燃空氣流量
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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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每座熱風爐加熱面積
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㎡
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820007
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2.2熱風爐本體布置
由于新建熱風爐期間高爐不停爐，新建4#熱風爐不能干涉原有熱風爐系統(tǒng)，通過對現(xiàn)場的考察，多方案對比，選擇在現(xiàn)有熱風爐與高爐橋架之間新建4#熱風爐系統(tǒng)，4#熱風爐與舊3座熱風爐為90°夾角布置，見圖1所示。
圖1 熱風爐布置
3、熱風爐本體耐材設(shè)計
針對原內(nèi)燃式熱風爐燃燒器功率下降、拱頂溫度低、隔墻傾斜、格子磚下沉、煙道升溫快等問題，新建4#錐柱旋切頂燃式熱風爐采用三維混合燃燒器、燃燒器無移位防微爆噴口結(jié)構(gòu)、拱頂（燃燒室）平砌結(jié)構(gòu)、致密型硅質(zhì)格子磚等多項專利和專有技術(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，改進為三維空間渦旋流場，空煤氣混合后燃燒完全，火焰短,混合氣流在經(jīng)過喉口整流后形成的負壓區(qū)域面積小，保證煙氣進入格子磚分布均勻，格子磚截面積利用充分，更利于格子磚儲存熱量、放出熱量獲得高風溫。
3.2燃燒器易吹掃防微爆無移位結(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，有利于氮氣吹掃。規(guī)避了傳統(tǒng)頂燃式熱風爐因爆燃導致的噴口磚移位，避免了煤氣環(huán)道氮氣吹掃的煤氣殘余，避免了煤氣噴口的爆燃。此項設(shè)計使熱風爐送風、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，增強了耐火材料砌體的整體性和穩(wěn)定性。
4、新增4#熱風爐運行后使用效果
4#錐柱旋切頂燃式熱風爐自2016年投產(chǎn)后，拱頂溫度達到了1330℃-1350℃，4#熱風支管上溫度監(jiān)測點測得送風溫度可達1250℃，取得了理想的設(shè)計效果。
新建4#熱風爐投產(chǎn)后，對原2#、3#內(nèi)燃式熱風爐損壞的耐材進行了搶修，并重點對隔墻用陶瓷耐磨澆注料進行澆注施工，搶修后三座內(nèi)燃式熱風爐拱頂溫度達到了1280℃-1300℃以上，為保證高爐穩(wěn)定順行，目前4#熱風爐拱頂溫度控制在1300℃左右。熱風爐系統(tǒng)采用“兩燒兩送”交錯并聯(lián)的工作制度，由4#熱風爐做主送風爐子，送風溫度維持1160℃-1200℃，比改造前風溫提高了150℃以上。
5、結(jié)論
(1)新增4#頂燃式熱風爐技術(shù)改造實現(xiàn)了既定目標，4座熱風爐交錯并聯(lián)運行，送風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，完全可以達到1250℃風溫。
(2)通過本項目錐柱旋切頂燃式熱風爐近5年的良好運行效果，驗證了三維混合燃燒器具備大功率特點，負荷調(diào)節(jié)比大，適應(yīng)工況范圍廣。
(3)本工程為今后內(nèi)燃式熱風爐維修改造提供了一個可行方案，對今后類似熱風爐工程有一定的指導意義，為鋼鐵工業(yè)老舊設(shè)備實施節(jié)能、降耗、高效技術(shù)改造，提供了可借鑒的實踐經(jīng)驗。
