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        對內燃式熱風爐改造的探索與成功

        對內燃式熱風爐改造的探索與成功

        • 分類:懸鏈線技術
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2021-05-15 20:28
        • 訪問量:

        【概要描述】

        對內燃式熱風爐改造的探索與成功

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        • 分類:懸鏈線技術
        • 作者:
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        • 發布時間:2021-05-15 20:28
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        對內燃式熱風爐改造的探索與成功

        ——訪河南豫興公司董事長劉世聚

        本報記者 夏杰生

        集高爐熱風爐的研發、設計、制造于一體的高新技術企業——河南省豫興熱風爐工程技術有限公司(下文簡稱“豫興公司”)以新型高風溫豫興熱風爐技術為發展中心,走自主熱風爐知識產權的技術路線,以國家與煉鐵行業的節能減排為己任,配合相關設計院所,在國內內燃式熱風爐的改造中取得了驕人業績,并贏得了廣闊的市場和用戶的青睞。

        談到對國內內燃式熱風爐改造的前因后果,豫興公司董事長劉世聚滔滔不絕地對記者打開了話匣子。

        改造帶來機遇與挑戰

        目前采用的內燃式熱風爐主要有傳統(普通)內燃式熱風爐和改造型內燃式熱風爐兩種。傳統內燃式熱風爐常用于1000m3以下高爐,改造型內燃式熱風爐常用于3200m3以下高爐,而用于3200m3以上高爐的情況較少。

        傳統內燃式熱風爐的內部結構比較簡單,裝備和自動化程度不高,因而投資較為節省,并且操作、維護簡單。

        改造型內燃式熱風爐是以西方某知名公司為代表,對傳統內燃式熱風爐的缺點進行改造后研發出來的熱風爐。這種熱風爐雖然具有燃燒功率大、燃燒效率高,使用壽命長。且占地少,投資比外燃式熱風爐低等優點。但依然存在下列主要缺點:

        一是在大型和超大型高爐的熱風爐直徑較大時,保持拱頂結構的穩定性十分困難,尤其不適用于配備3座熱風爐的情況。因此其在大型和特大型高爐上的使用受到限制。

        二是大型和超大型高爐的熱風爐直徑較大時,氣流分布的均勻性相對其他形式熱風爐偏差。

        三是由于這種改造型內燃式熱風爐的最大的結構特征在于蓄熱室平行的火井燃燒室,其間由一道隔墻分開。由于蓄熱室與燃燒室在運行中處在不同的溫度狀態,因而存在較大的熱應力差異,這就會導致隔墻結構的損壞。另外,通道型的燃燒室是引起氣流脈動的根源,在燃燒狀態下會導致燃燒震蕩;向上的燃燒氣流折返后因結構特征導致的不均勻分布,又會影響蓄熱室中的傳熱效果和格子磚的利用率;火井燃燒室與蓄熱室之間的隔墻長期處在大溫差的條件下,易于損毀而導致出現氣流短路問題。上述原因使得改造型內燃式熱風爐的燃燒狀態始終不佳、傳熱效果不盡人意、熱風溫度很難提高。

        因此,如何改進內燃式熱風爐的結構以獲得混合良好的燃燒器和氣流穩定且有回流穩焰的燃燒室,以及氣流分布均勻的蓄熱室,從中得到燃燒強度大且傳熱-蓄熱效果好的熱風爐,是從事熱風爐設計、制造和安裝的科技工作者一直努力追求的目標。這一市場態勢也給豫興公司研究開發、設計制造人員帶來了機遇和挑戰。

        豫興公司的科研設計人員經過更深入細致的研究觀察,進一步認識到,火井設置并平行于蓄熱室的內燃式熱風爐,其主要特征在于火井下部設置有煤氣、空氣混合燃燒器,煤氣、空氣混合燃燒形成集中的高強度高溫煙氣通過火井通道上行至燃燒室折返進入蓄熱室的燃燒、蓄熱特征。多年的使用驗證:內燃熱風爐爐體高,投資大,內置的燃燒室與蓄熱室隔墻易短路,蓄熱室截面積小、有死區,煙氣、冷風流場分布不均勻,格磚利用率低,蓄熱換熱能力不足,效率低。風溫1100-1250℃,拱頂溫度高達1420-1450℃,易受高溫沖刷,拱頂溫度和送風溫度差在200℃左右。影響熱風爐結構穩定。熱風爐熱效率只能達到60%-70%。

        有的放矢 對癥下藥

        根據以上研究和觀察結果,豫興公司的科研設計人員提出了下列內燃式熱風爐的改造方案。

        一是對熱風爐技術參數的重新設計與優化。即將原有的內熱風爐的各個部位(或結構)尺寸測量之后,參照原有的技術參數對熱風爐進行重新設計,其目的在于,一則檢測新爐型是否滿足原有高爐的送風量與送風溫度的要求,二則確定采用豫興熱風爐后的燃燒室與燃燒器的結構尺寸以及蓄熱體的大小,三則是基于現有爐子的結構尺寸利用計算程序來優化熱風爐的技術參數,使其能夠提供更高質量與數量的熱風。一般而言,內燃式熱風爐爐身普遍較高,爐體內直徑也偏大(這是燃燒器火井占據了一部分蓄熱體容積所致),這為采用豫興熱風爐爐型和進行技術參數優化提供了回旋余地。比如:就其爐身較高,且在取消火井墻之后換熱-蓄熱面積就會增加很多,設計中可以在內層砌筑一圈承載墻減小直徑以減少換熱-蓄熱面積,可為新爐子增加蓄熱體的設計高度,以降低排煙溫度,也能在換熱-蓄熱面積不變條件下延長送風時間或者保持送風時間不變而減小熱風溫度波動。經過計算程序的計算一定可以尋找到用戶滿意的優化的技術參數。

        二是對原熱風爐改造提出了具體方案:

        當新設計熱風爐的技術參數確定之后,就可進行熱風爐結構設計,確定其形狀與大小,特別是燃燒室的尺寸、燃燒器的大小、蓄熱體的高度與直徑、以及熱風管等管口尺寸等。按照結構尺寸選擇對原有熱風爐結構進行恰當處理,并提出了如下三種改造方案:

        方案1(整體改造):保留熱風爐的外殼與蓄熱室的大部分墻體,拆除拱頂之下到蓄熱室的某個位置,為砌筑新型燃燒器和燃燒室留出空間;拆除原來的燃燒室火井與燃燒器;采用蓄熱室內墻再砌筑一圈耐火磚的辦法減小蓄熱室的內直徑;增加蓄熱體格子磚或調整(也可能更換)格子磚,這要由設計數據確定;補充或更換爐箅子(依照蓄熱體直徑和格子磚磚型情況而定),并補充爐箅子支撐;去掉原熱風爐的熱風出口、煤氣進口、助燃空氣進口,而冷風入口與煙氣出口不動;由此需要更改一些熱風管、煤氣管、助燃空氣管的管路;操作平臺以及控制系統可能會相應進行一些調整性的改變。

        方案2(不完整改造):保留熱風爐的外殼與蓄熱室的大部分墻體,拆除拱頂之下到蓄熱室的某個位置,為砌筑新型燃燒器和燃燒室留出空間;拆除原來的燃燒室火井與燃燒器,新建熱風通道火井;增加蓄熱體格子磚或調整(也可能更換)格子磚,這要由設計數據確定;補充或更換爐箅子(依照蓄熱體直徑和格子磚磚型情況而定),并補充爐箅子支撐;仍然利用原熱風爐的熱風出口,僅改變煤氣進口、助燃空氣進口,而冷風入口與煙氣出口不動;由此需要更改煤氣管、助燃空氣管的管路;操作平臺以及控制系統可能會相應進行一些小的調整。

        方案3(簡單改造):保留熱風爐的外殼與蓄熱室的大部分墻體,拆除拱頂之下到蓄熱室的某個位置,為砌筑新型燃燒器和燃燒室留出空間;不拆除原來的燃燒室火井與燃燒器,僅對隔墻做加固和防串風處理;蓄熱體格子磚不需進行調整,爐箅子也不必更換;原熱風爐的熱風出口不變,但煤氣進口、助燃空氣進口要改動,而冷風入口與煙氣出口不動;由此,僅需要更改煤氣管、助燃空氣管的管路走向;操作平臺以及控制系統基本不用調整。

        在三個方案中第一個方案是最佳的技術方案,他能完整地體現出豫興熱風爐的主要結構特征和性能指標,因為改造后的熱風爐與新建的豫興熱風爐沒有任何差別。它具有良好的流動特征與燃燒性能,且進入蓄熱室的氣流速度與溫度分布雙均勻,具有傳熱效果好和蓄熱體利用率高,且能保證蓄熱體格子磚的長期安全運行。但是投入的經費需要量最大,爐子的改動也是最大的。

        第三個方案是最差的方案,雖然能節省大量的費用,對系統也只是做不多的改動,但所得到的改造效果卻不能令人滿意。改動后的爐子在燃燒室中流場特性與燃燒性能得到了極大改善,但進入蓄熱體的流場因為有原來燃燒室火井存在而分布不均勻,致使傳熱效果欠佳,且格子磚利用率也不高。由于原來的火井沒有拆除,蓄熱面積沒法進行調整,要進行整個的技術參數的優化幾乎是不可能的。但是,這個方案的特點就在于節省投資,避免了對熱風管道的改動,且改造過程時間較短。

        比較而言,采用第二個方案是一個折中的方案,蓄熱室流場特性有了一定改善,且不用改動熱風管路。整體效果雖不如第一方案,也好于第三方案。從時間與經費節省的角度考慮,應該是能夠讓更多人接受的方案。

        改造效果 立竿見影

        豫興公司對國內內燃式熱風爐的改造,可在原有爐殼不變的情況下進行,算得上是一種極為便利的改造方法。

        利用豫興頂燃式熱風爐技術改造現有的內燃式熱風爐,熱風溫度由改造前的1050℃提高到1200℃以上。將原來的隔墻不穩定結構進行優化改造,已承接了酒鋼集團榆鋼、翼鋼山西立恒、太鋼臨鋼、江蘇永鋼等22座熱風爐進行改造,原內燃式熱風爐在燃燒、送風頻繁轉換過程中,使火井及火井墻處在較大的溫差變化工作環境,致使火井墻掉磚剝落,穿洞、短路、影響風溫、影響壽命,利用豫興熱風爐技術將火井下部混合燃燒轉移集中在頂部,廢除了火井內引起溫差變化的燃燒過程,火井只起到輸送熱風作用,保持了火井溫度穩定,同時豫興公司改造時加厚加固了火井墻,改變了火井和熱風出口結構,達到了長壽高風溫效果。當然,也在改造中接受了很多的很殘酷的教訓。教訓使豫興人更加謹慎,經驗更加豐富。

        經計算改造后的熱風爐,其熱風溫度將從1050℃提高到1200℃以上、降低排煙溫度到250300℃之間、延長穩定送風時間到11.5小時之間,且通過實際運行調整到煙氣中不含CO成分,而O2成分在0.2%左右,并保證爐體與燃燒室壽命20年不大修。

         

        河南省豫興熱風爐工程技術有限公司

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