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熱風爐技術

豫興懸鏈線頂燃式熱風爐高風溫、穩定運行的正確操作方法

發布時間:2019-11-05點擊量:137

 

迄今為止,頂燃式熱風爐已成為煉鐵行業投資與產出性價比最佳的節能、環保、高風溫技術。其中,豫興懸鏈線頂燃式熱風爐,由于具有高風溫、高效率、穩定的 NOx 超低排放和長壽等特點,越來越受到專家的肯定和用戶的青睞。

 

1 豫興懸鏈線頂燃式熱風爐發展現狀

 

2007 年 12 月 28 日 , 山西建邦集團通才公司 450m3 高爐配套的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐建成投產,它是世界上投產的第一座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐,標志著其成功走向工業化應用。該熱風爐設計空氣單預熱 200℃、設計熱風爐送風溫度 1150℃,采用孔徑40mm 7 孔高鋁格子磚,投入運行至今實現最高月平均風溫1246℃,比設計風溫高 96℃。截至目前,該熱風爐已經安全穩定運行 12 年,中途冷爐更換格子磚時進行了查看,結果顯示,燃燒器結構、拱頂結構、爐體結構、熱風出口結構沒有損壞,該爐沒有實施過中小修。由于使用風溫比設計風溫提高近 100℃,依據當時的設計風溫和用戶要求,格子磚采用了適應 1150℃的高鋁格子磚, 使用風溫的提高,導致高鋁格子磚出現了渣化和變形堵塞而更換為硅質格子磚,迄今該組熱風爐還在穩定高風溫運行。

首套豫興懸鏈線頂燃式熱風爐的高風溫特點和穩定結構,受到很多煉鐵用戶的關注和贊許,促進了豫興懸鏈線頂燃式熱風爐技術快速發展。

2012 年 7 月, 豫興公司承攬的、影響鋼鐵行業的山西通才 1860m3高爐 1300℃高風溫懸鏈線頂燃式熱風爐投產。該高爐設計配置為四座頂燃式熱風爐、兩座預熱爐,于當年10 月、11 月實現了月平均風溫 1314.7℃,創造了中國歷史最高風溫紀錄,并保持至今。2018 年 4 月,該高爐擴容改造時涼爐進爐查看,結果顯示,四座熱風爐除了一座拱頂有 1.5㎡ 大約 10cm 厚度剝落外,其他部位和其他熱風爐拱頂結構完好沒有損壞,四座熱風爐燃燒器和熱風出口仍舊保持建設初期的狀態沒有絲毫的損壞,格子磚床面沒有凸起和凹陷,這些說明煙氣流場分布均勻。實踐證明,豫興頂燃式熱風爐具有穩定、長壽、節能和高風溫的優點。

從 2007 年第一套懸鏈線頂燃式熱風爐投產至今, 在國內外已經擁有懸鏈線頂燃式熱風爐業績 400 余座(不含160 余座小拱頂豫興頂燃式熱風爐),配套的高爐爐容 450- 3200m3不等。豫興懸鏈線頂燃式熱風爐工程遍布中國、印度、越南、印尼,正通過歐洲冶金設計院合作聯合向歐美國家發展。

 

2 豫興懸鏈線頂燃式熱風爐特點

 

通過大量的實踐證明,豫興懸鏈線頂燃式熱風爐較其它熱風爐有著明顯的優勢,主要表現在以下幾個方面。

 

2.1 安全、穩定和長壽

 

合理的結構是懸鏈線頂燃式熱風爐具有安全、穩定和長壽優勢的基礎。懸鏈線頂燃式熱風爐的懸鏈線拱頂、預燃室燃燒器及直段熱風出口獨立支撐在爐殼之上,應力分散,結構合理;對煤氣環道和連接燃燒器的煤氣短管中殘存的一氧化碳進行安全處理,無爆震、無脈動、不回火,避免燃燒器損壞,安全無隱患;燃燒器空、煤氣噴嘴布置在預燃室上端呈環形交錯排列,采用垂直上噴短焰燃燒技術,形成環形氣幕,將燃燒室中心高溫燃燒區與燃燒室爐襯分隔開,煙氣形成旋流加渦流,混合均勻,燃燒完全。

 

2.2 風溫高、熱效率高

 

豫興懸鏈線頂燃式熱風爐熱效率高,為83.5%-88.41%, 空氣過剩系數為 1.02-1.06時將煤氣完全燃盡,提高了風溫、節約了煤氣,創月平均風溫1314.7℃的中國歷史紀錄。

 

2.3 拱頂與送風溫差小

 

拱頂溫度與送風溫差在30-50℃。拱頂溫度與送風溫差小,提升風溫潛力大,在提高風溫的同時,降低了拱頂溫度,大大降低了氮氧化物的生成,符合環保政策、又避免了爐殼晶間腐蝕的產生。

 

2.4 環保

 

豫興懸鏈線頂燃式熱風爐可以實現超低氮氧化物排放。2019 年 6 月至 7 月, 豫興公司委托兩個權威環保監測部門對河北省敬業鋼鐵公司、澳森鋼鐵公司、中鐵裝備制造、唐山瑞豐鋼鐵公司、秦皇島安豐鋼鐵公司、縱橫豐南鋼鐵公司等 14 座1000-3000m3級別高爐配套的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐隨機測試,結果顯示,每立方米煙氣成分中 NOx 排放在20-40mg。

 

2.5 自行調節煙氣、冷風流場

 

均壓均流格子磚能夠自行調節煙氣、冷風流場分布,能夠大大提高格子磚的利用率,提高風溫,節能降耗。

 

豫興懸鏈線頂燃式熱風爐技術不是照搬復制,而是根據生產實踐,不斷調查、研究和分析,進行靈活多樣的創新和改進。通過長期實踐總結和不斷的優化改進,使豫興熱風爐熱效率比其它頂燃式高出 3.5%-8.5%、風溫突破 1314.7℃至今未被行業其他技術所超越、排放的氮氧化物比國家制定的標準低 81.25%、煙氣成分中的一氧化碳成分低于100ppm、拱頂溫度和送風溫差小于50℃、尤其是與豫興頂燃式熱風爐配套的孔孔互通格子磚可以有效的提高格子磚的利用率從而提高風溫。近20年的深入研究、調查實踐、不斷改進優化成就了豫興頂燃式熱風爐成為主流領先的國際技術。

 

3 典型損壞案例分析及正確操作方法

 

目前,豫興熱風爐已經遍布中國乃至世界。但是,豫興熱風爐技術在完善、發展的過程中,也出現了一些問題。統計數據顯示,由于操作不當、管理不到位、安全操作程序的改動等因素,造成一些豫興頂燃式熱風爐損壞,損壞率為2.18%。為此,公司針對 550 座豫興頂燃式熱風爐在高風溫運行中出現的一些典型損壞案例,做了調查研究并制定了對應的技術措施。

 

典型案例一

 

2010年建成投產的某1200mm3高爐配套的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐,投產后風溫維持在 1200-1280℃之間,熱風爐懸鏈線拱頂采用高鋁質耐材砌筑,該組熱風爐穩定高風溫運行至2015年時出現了拱頂塞頭及相鄰周邊耐火磚脫落、其中一座熱風爐的拱頂中部出現了一米見方的孔洞,而三座頂燃式熱風爐的熱風出口、燃燒器噴嘴、格子磚保持完好。針對漢中頂燃式熱風爐出現的問題,豫興公司進行了認真地調查分析,認為其主要原因如下:

(1)設計教訓

設計的熱風爐入爐風溫要求大于 1200℃(實際使用風溫有時大于1250℃)。對于燃燒室拱頂高溫區域,豫興擬采用優質硅磚材料,但用戶堅持采用熱縮性能的低蠕變高鋁耐材,導致拱頂局部損壞的結果。此后,公司對高風溫熱風爐均堅持采用硅磚,這樣的案例再無發生。堅持設計理念,才能徹底避免類似問題的發生,消除后續高風溫拱頂損壞的隱患。

(2)砌筑因素

由于懸鏈線拱頂具有一定的自然弧度,因此,必須選擇有砌筑懸鏈線拱頂經驗的砌筑師或隊伍砌筑,否則會因砌筑因素,導致熱風爐拱頂嚴重損壞或縮短壽命,圖 1 是拱頂塞頭加工后的砌筑照片。

(3)維護不當

熱風爐就像汽車一樣,在運行到一定時間時,由于耐材高鋁的線膨脹后熱縮性能導致爐殼與耐材之間形成了一定的空隙,這樣就需要灌漿維護處理。但由于用戶沒有保養維護意識,導致爐殼和耐材之間長期高溫,致使耐材脫落而持續損壞。因此,熱風爐從設計控制過程就必須淘汰高溫區域采用高鋁磚砌筑,爐殼和砌筑一定要使用有經驗的安裝施工隊伍進行砌筑,在使用過程中強調維護保養,熱風爐一定能夠穩定長壽。

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圖1 拱頂塞頭加工后砌筑照片

典型案例二

 

2012年建成投產的某1200m3高爐配套了豫興懸鏈線頂燃式熱風爐,熱風爐投產后實現了1230-1280℃高風溫。2015 年初,通過人孔和窺視孔清楚看到煤氣和空氣噴嘴有嚴重損壞的狀態,但同時欣慰地看到熱風爐拱頂完好無損、熱風出口完好無損、格子磚完好無損。根據噴嘴損壞的狀況,豫興專家判斷是安全氮氣吹掃存在問題,隨即到操作室了解情況,確認造成燃燒器噴嘴損壞的真正原因是氮氣吹掃被叫停或氮氣吹掃不足(見圖2)。類似這樣的案例在另一家單位也同樣出現過。所以,熱風爐的氮氣吹掃是保障熱風爐結構穩定、長壽、節能、高效、高風溫的重要條件,豫興在此也希望用戶尊重設計理念,不要隨便變更設計規范操作程序,避免類似事故發生。

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圖2 氮氣吹掃

典型案例三

 

某企業熱風爐出現大墻、格子磚嚴重損壞并導致爐箅子損壞的現象。由于目前的熱風爐風溫高,選擇的高溫區域耐火材料都是抗熱震性能很差,但耐高溫條件很好的優質硅磚,在高溫使用條件下,與大量的水相遇就會發生碎裂現象。這家單位的高溫水冷閥門嚴重損壞漏水,持續長時間漏出的水流進熱風爐內部,造成蓄熱室大墻嚴重碎裂倒塌,格子磚嚴重碎裂下沉(見圖3,熱風出口下端水流痕跡和損壞狀況),造成了熱風爐大修和重大經濟損失。切記水不能進入熱風爐,一旦進入除了損壞爐體結構外,還有可能產生瞬間水蒸氣無法釋放的大爆炸。因此,熱風爐穩定長壽的綜合責任管理非常重要,企業要加強管理,責任要落實到位。

經過多年的發展,豫興懸鏈線熱風爐已經大量配套應用于高爐。在實踐中,該熱風爐故障率非常低,僅因操作不當、變更操作程序造成的熱風爐損壞率也僅僅在 2% 左右,這是該熱風爐結構簡單、受力合理的體現。從典型損壞案例的調查研究中可以看出,它們不屬于設計問題。盡管如此,我們仍然需要深入研究影響熱風爐穩定、長壽、高風溫的各種因素,為我國鋼鐵工業的技術進步作出更大的貢獻。

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圖3 熱風出口下端水流痕跡和損壞情況

 

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