安全長壽的頂燃式熱風爐短焰燃燒技術

劉世聚

（河南省豫興熱風爐工程技術有限公司  河南  鄭州 450008）

摘要：豫興旋流交錯短焰無爆震燃燒頂燃式熱風爐技術于2005年成功申報并獲得為期20年的國家發明專利，是河南省豫興熱風爐工程技術有限公司與中冶賽迪聯合研發的獲得國際領先熱風爐技術的重大科技成果，已在全國450m³--2500m³高爐配套的160多座頂燃式熱風爐上得到應用，并取得良好的使用效果，受到用戶歡迎。

關鍵詞：豫興熱風爐  旋流交錯  短焰燃燒  氮氣吹掃

1、前言

頂燃式熱風爐已成為我國煉鐵高爐配套的主流熱風爐技術。通過大量高爐換代大修以及對其配套的熱風爐的停爐檢修、大修實踐，發現頂燃式熱風爐預燃室燃燒器的損壞成為高發案例。其危害主要有：使煤氣和空氣混合更差、混合燃燒火焰更長、燃燒和送風預燃室溫差更大、結構穩定性更差、排放污染更嚴重、風溫降低更多。由于預燃室燃燒器噴嘴的移位、斷裂、剝落，造成煤氣吃進量減少，嚴重影響風溫和熱風爐的整體壽命。

2、安全控制的氮氣吹掃程序不可停用或關閉

頂燃式熱風爐預燃室設置有煤氣、空氣噴射集管和輸送煤氣、空氣的環道綜合混合燃燒的腔室結構，其主要目的是將煤氣和空氣輸送進在預燃室瞬間實現快速著火燃燒。當設定的煤氣，空氣混合燃燒時段結束轉換為送風模式時，預燃室燃燒器煤氣環道還殘存大量未燃煤氣，在送風壓力作用下，假如煤氣閥門關閉不嚴漏風，就會有大量的高溫高壓空氣進入環道，導致未燃煤氣與壓進煤氣環道中在高溫空氣快速點燃爆炸。因此，當關閉閥門時就必須啟動惰性的氮氣氣體對環道殘存的未燃煤氣實施稀釋和沖壓吹掃，才可開啟安全送風。在送風轉換為燃燒時，煤氣環道內又殘存大量高溫高壓空氣，仍然必須啟動氮氣吹掃程序進行稀釋和沖壓吹掃，才可開始安全輸送煤氣燃燒。這個程序謂之安全操作程序，其氮氣量不足或壓力不夠都存在安全隱患。無論如何，安全操作是頂燃式熱風爐一切工作的重中之重。除此之外，燃燒器的混合燃燒設置結構是決定是否存在爆震燃燒的技術關鍵，本節著重通過三種混合燃燒技術特征說明爆震燃燒成因。

3、三種燃燒技術的特征比較

目前，頂燃式熱風爐有長焰混合燃燒、短焰混合燃燒、無焰混合燃燒三種形式。下面具體分析爆震燃燒與這3種燃燒技術的關系。

   1）長焰混合燃燒器特征

預燃室腔壁面煤氣，空氣上單排下單排分層設置或上兩排下兩排數層分層設置，預混旋流混合燃燒，混合均勻程度一般，燃燒火焰長，廢氣成分中一氧化碳排放含量高、空氣過剩系數大、一般為1.1-1.2，風溫相對應低。缺點是預燃室燃燒和送風溫差大，預燃室結構穩定性差。由于混合不好，造成點火濃度延時而爆震燃燒，頻繁損壞煤氣噴嘴的事實說明較大破壞力的爆震燃燒存在。

   2）短焰混合燃燒特征

預燃室腔壁面設置有煤氣，空氣左右交錯設置旋流混合燃燒，混合相對均勻，火焰較短、燃燒相對較完全、風溫相對較高、空氣過剩系數小，一般為1.05-1.06，廢氣氣量小，排放比較環保。設置特點為煤氣和空氣細分為多股小股流按一比一比例噴入燃燒室后，實現交錯混合燃燒，弱化了爆震強度，具有不回火，不爆震，預燃室燃燒和送風溫差小，預燃室結構就穩定長壽。與長焰混合燃燒技術相比較，其優越特性突出。

   3）無焰混合燃燒特征

在預燃室腔腔室壁面設置有煤氣和空氣共用混合預混燃燒噴嘴，形成預混燃燒火焰從同一個共用噴嘴噴出，再繼續混合燃燒結構，煤氣、空氣混合均勻、燃燒完全，通過預燃室頂部窺視孔觀察其混合燃燒無火焰焰苗，風溫較高、空氣過量系數為1.02，排放環保。一般把煤氣和空氣分為多股小股流的一對一先預混合燃燒再噴出火焰的燃燒技術。缺點是控制不好，易回火，造成燃燒室崩塌，預燃室燃燒和送風溫差大，預燃室結構穩定性差。

4、短焰燃燒技術優勢凸顯

實踐證明，介于長焰和無焰之間的短焰混合燃燒技術，是相對安全，且環保、節能、無爆震、無回火條件發生的高效混合燃燒技術。

該技術是按照1：1噴孔數量比例在預燃室腔壁面設置煤氣、空氣在同一水平高度壁面設置交錯旋流混合噴嘴噴出就立即混合燃燒技術?？朔碎L焰和無焰兩種燃燒器混合燃燒的弊端，燃燒無爆震，不回火，預燃室溫差小，介于高溫和低溫之間的預燃室溫度結構穩定，不易損壞。其煤氣、空氣噴出就立即進入旋流混合高濃度燃燒著火狀態。由于其將煤氣和空氣采用多孔細股流切割細分，可使爆震燃燒強度減弱，穩定煤氣噴嘴結構，使頂燃式熱風爐結構完美，達到真正的長期穩定、高風溫運行的目的。

豫興公司參與150多座450-2500m³高爐配套煤氣、空氣分層設置預混旋流長焰燃燒頂燃式熱風爐煤氣噴嘴損壞大修案例研究，以及160多座短焰燃燒技術的頂燃式熱風爐設計、建造應用實踐，取得良好的優化使用效果。實踐表明：短焰燃燒技術是綜合了長焰和無焰技術的優點，并克服了兩者的缺陷，徹底減弱和避免爆震和回火爆炸的安全節能燃燒技術，是現階段和今后一段時期應大力推廣的節能、環保、高效、高風溫長壽前沿技術和發展方向。

5、結論

分層預混長焰旋流混合燃燒，風溫低、廢氣量大，不環保，存在延時點火著火爆震燃燒缺陷，不符合高效、環保、高風溫燃燒器的政策要求，是目前進一步優化革新的技術。

值得一提的是，就目前我國熱風爐技術研究的狀態，采用介于無焰和長焰燃燒技術之間的短焰燃燒技術符合目前煉鐵的高風溫和節能、減排、高效、長壽熱風爐的需求。

雖然無焰燃燒技術具有環保、高效、高風溫、無爆震，燃燒功率大等諸多優越特性，但其就控制不好易回火這一缺陷，存在潛在的回火安全隱患。繼續深入研究探討，優化其缺陷，無焰燃燒技術就會成為頂燃式熱風爐最理想的節能環保主流發展技術。