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        內燃式熱風爐頂燃式技術改造探索 ——廣東韶鋼3200m3高爐內燃式熱風爐改造案例

        內燃式熱風爐頂燃式技術改造探索 ——廣東韶鋼3200m3高爐內燃式熱風爐改造案例

        • 分類:懸鏈線技術
        • 作者:
        • 來源:
        • 發布時間:2021-06-08 14:57
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        【概要描述】

        內燃式熱風爐頂燃式技術改造探索 ——廣東韶鋼3200m3高爐內燃式熱風爐改造案例

        【概要描述】

        • 分類:懸鏈線技術
        • 作者:
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        • 發布時間:2021-06-08 14:57
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        詳情

        1號、3號熱風爐改造后照片

         

                2020年6月,河南省豫興熱風爐工程技術有限公司(以下簡稱豫興公司)對廣東韶鋼松山股份有限公司(以下簡稱韶鋼)8號3200m3高爐配套的4座內燃式熱風爐中的1號、3號2座實施懸鏈線頂燃式優化改造。此改造工程是在盡量保持韶鋼原內燃式熱風爐送風管道、爐箅子、火井墻和蓄熱室大墻、蓄熱室和部分拱頂爐殼等熱風爐主體及框架結構不變的前提下實施的,歷時120天。首先對1號熱風爐實施在線改造,改造后的熱風爐自2020年11月投產以來,風溫一直保持在1200℃以上穩定運行6個月有余,達到了預期改造目的,3號熱風爐已經完成改造,進入烘爐階段。韶鋼內燃式熱風爐改為懸鏈線頂燃式熱風爐案例擁有改動小、投資少、耗時短、效果好等突出優點,具有極佳的示范和引領效應。

         

         

        熱風爐改造前照片

         

                1韶鋼內燃式熱風爐改造前的基本情況

                 韶鋼8號高爐配置4座內燃式熱風爐,蓄熱體采用單位換熱面積40.3㎡的7孔(孔徑40mm)格子磚,使用單一高爐煤氣,并利用煙氣余熱對空氣、煤氣雙預熱至180-200℃。該熱風爐自投產到被改造前的11年時間里,風溫僅維持在1150-1200℃之間。經檢測,改造前的韶鋼內燃式熱風爐熱風出口溫度約為200℃,主支管三岔口灌漿后溫度約為150℃,而拱頂爐殼溫度卻高達200℃以上,其中單座熱風爐煙道支管煙氣中CO為6000-20000ppm(排出量高達1.93%)。這些數據表明,對該熱風爐進行技術改造,刻不容緩。

                  改造前,韶鋼對熱風爐整體進行了較為全面的紅外探測分析,發現熱風爐隔墻中部鼓包、隔墻磚凸位、隔墻下部及燃燒器上部均有孔洞及縫隙,煤氣和空氣從火井通道隔墻孔洞及縫隙處短路燃燒,導致上部蓄熱室失去了蓄熱換熱作用,風溫降低,煤氣、空氣混合變差,廢氣中CO含量超高。

                  基于以上情況,韶鋼希望在熱風爐原管網不動、外部主體結構少做改動的前提下對內燃式熱風爐實施頂燃式技術改造,并要求改造后的熱風爐送風溫度能穩定在1200℃以上。

                    2韶鋼內燃式熱風爐實施頂燃式技術改造方案

                    韶鋼從國內外諸多廠商中篩選出3家資質、業績和口碑達到此次改造工程要求的冶金工程技術公司,參與此次2座內燃式熱風爐頂燃式技術改造工程競標。最終,豫興公司提出的改造方案以投資少、耗時短、壽命長、風溫高、性能優等特點獲得了韶鋼評標委員會的一致認可。豫興公司提出的改造方案如下:

        1)火井優化改造

                   按照韶鋼提出的目的和要求,豫興公司對熱風爐蓄熱體換熱面積和重量進行了重新計算。計算結果確定,此次改造需將火井和蓄熱室大墻同步拆除至標高17m處;同時為確?;鹁慕Y構穩定和使用壽命,使用穩定耐高溫的硅磚將火井隔墻端部加厚至計算厚度,使用略薄的加固硅磚砌筑火井內部靠近蓄熱室大墻一端,使用高鋁系列耐火磚砌筑熱風出口對應部位的火井。經此改造后,火井完全可以適應高達1300℃風溫的輸送需求,并可實現至少20年的使用壽命。

        2)蓄熱室優化改造

                   拆除熱風爐相應標高后,豫興公司將蓄熱室格子磚由原來的標高37m降至23m,并將原7孔40mm格子磚更換為具有豫興公司獨家專利技術的孔孔相通、能調節煙氣流場和冷風流場高效的19孔25mm格子磚,使得蓄熱室換熱面積由原來的40.3m2提升到55.29m2,換熱效率提高37.2%,格孔通氣率達到100%,大大提高了蓄熱換熱能力,有效提高了熱風爐風溫。

        3)爐箅子優化改造

                   因原熱風爐梅花孔結構的爐箅子及支柱橫梁沒有損壞變形跡象,豫興公司在保持原爐箅子結構基本不變的前提下,設計了一套過渡鑄鐵格子磚,使得上部19孔耐火格子磚能夠與下部的原7孔格子磚爐箅子實現科學調整使用,此舉既利用了原爐箅子和支柱節約了資金,又可充分發揮19孔格子磚的優異性能,一舉兩得。

        4)燃燒器結構優化設計

                   內燃式熱風爐改造成為頂燃式熱風爐,燃燒器的優化設計是整個工程的難點和關鍵點。豫興公司充分考慮了韶鋼熱風爐的特定情況,對標準結構的豫興頂燃式環形燃燒器進行了適當技術改造。通過采用將煤氣環道設計在下部、空氣環道設計在上部和直接插入的方式,優化設計了燃燒器煤氣、空氣環道,以便充分利用原熱風爐的獨特結構和管網系統,減少資金投入。與此同時,豫興公司為該燃燒器設計了煤氣與空氣交錯的上升噴管,使其能夠連接煤氣噴嘴和空氣噴嘴并引導混合氣流進入一個帶上翹角度和旋流角度的燃燒噴嘴內。這樣的結構設計使得煤氣、空氣能夠實現充分混合后燃燒噴出,從而實現高效、均勻、完全燃燒的火焰。為保證燃燒器結構的穩定安全,豫興公司采用高溫抗熱震性能良好的紅柱石高鋁耐火磚砌筑燃燒器,使其設計使用壽命滿足20年。

        5)懸鏈線拱頂結構優化設計

                    改造后的韶鋼熱風爐采用了帶有鮮明豫興技術特色的標準懸鏈線拱頂結構,這種懸鏈線拱頂結構因其自身良好的穩定性和優良的氣流流場分布特性,為改造后的熱風爐實現高溫長壽奠定了堅實的基礎。與此同時,豫興公司采用紅柱石高鋁磚砌筑熱風爐直段和懸鏈線拱頂下部直段,采用耐高溫硅磚砌筑懸鏈線上部至拱頂塞頭部位,使得改造后的懸鏈線拱頂結構可實現拱頂燃燒溫度與送風溫度之間的溫差波動在50℃左右,降低了拱頂溫度,減少了氮氧化物排放,延長了拱頂結構和使用壽命。

        6)外部管網對接

                   此次改造的特點是充分利舊,韶鋼在改造前已確認需保持原熱風主管和熱風出口結構不變,但改造后熱風爐煤氣和空氣入口由低位變為高位,以便其能夠與燃燒器的空氣、煤氣入口順利對接。

        7)氮氣安全吹掃

                    改造后的熱風爐燃燒器具有直徑大、燃燒功率大的特點,是實現熱風爐高風溫性能的重要保障。但燃燒器直徑大,會導致煤氣在環道中殘存量較大,當煤氣閥門關閉時,有時燃燒室會成正壓,導致高溫煙氣由煤氣噴嘴孔進入煤氣環道,并與其中殘留的煤氣快速混合燃燒,急劇膨脹爆燃,損壞噴嘴及煤氣入口管。因此,必須增加安全氮氣吹掃裝備,確保當煤氣閥門關閉時,能以最快速度、最短時間將氮氣吹進煤氣環道,快速稀釋殘存煤氣,以保障安全生產。需要特別說明的是,這一操作關乎企業的安全運營。

        8)煙道廢氣預熱的節能利用

                  生產實踐表明,雙氣預熱提高100℃,可使熱風爐理論燃燒溫度提高約80℃?;谝陨辖涷?,豫興公司對原熱風爐預熱系統進行改造升級,使用煙道余熱對空氣、煤氣進行雙預熱,以達到提高風溫、降低能耗的目的。

        3韶鋼內燃式熱風爐成功改造成頂燃式熱風爐的意義

                     改造后投入使用的1號頂燃式熱風爐輸出風溫一直穩定保持在1200℃以上,煙道中CO降低至0-318ppm,氮氧化物正在委托測試機構測試,熱風爐各處結構安全穩定,充分展現了懸鏈線頂燃式熱風爐高風溫、低排放、高效率、低能耗、長壽命等優異性能。

                   豫興公司對韶鋼內燃式熱風爐實施頂燃式改造工程是一次有益的技術創新嘗試,改造工程的成功充分證明了:利用原內燃式熱風爐局部外殼、蓄熱室大墻、火井墻、爐箅子及管網系統對內燃式熱風爐實施懸鏈線頂燃式改造的技術路線是可行的;通過對內燃式熱風爐燃燒器、蓄熱室等部分結構實施懸鏈線頂燃式技術改造,既能完美保留原內燃式熱風爐的可用結構,又能充分發揮頂燃式熱風爐的技術優勢,可以節約投資、縮短工期、提高性能。此舉最大程度避免了企業資金資源的浪費,有效維護了企業的經濟利益。韶鋼熱風爐改造單座工程投資3300萬元,比以往同等類型熱風爐改造工程節省了40%的投資額;2座改造工程歷時120天,比以往同等類型熱風爐改造工程縮短了近1個月,減少了企業損失。

        4韶鋼內燃式熱風爐頂燃式技術改造案例推廣前景廣闊

                 目前,國內鋼鐵企業內燃式熱風爐存量比較多,內燃式熱風爐結構復雜、建設費高,而且易發生火井墻短路、爐壁剝落、穿洞、火井上部掉磚等問題,較大地影響了鋼鐵企業的經濟效益,需要對這些內燃式熱風爐進行技術改造。而與內燃式熱風爐相比,頂燃式熱風爐具有風溫高、結構穩、能效高的突出優勢,越來越受到鋼鐵企業的青睞。

                  我國市場上頂燃式熱風爐大致可以分為卡魯金式、仿卡魯金式、豫興四段式和豫興懸鏈線式四大主流技術。其中,豫興懸鏈線頂燃式熱風爐以其獨特的外部形狀,迥異于其他3類熱風爐,并以其領先于其他3類熱風爐的高風溫、低拱頂和送風風溫溫差、高效能、低氮氧化物排放、使用壽命長等突出優點贏得了市場的廣泛贊譽。自2006年第一座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐在山西通才點火運行至今,已有641座豫興熱風爐矗立在全球各地。

                  此次韶鋼內燃式熱風爐改造為豫興懸鏈線頂燃式熱風爐的成功案例,較好地解決了內燃式熱風爐頂燃式改造投資大、耗時長的問題,為國內鋼鐵企業內燃式熱風爐實施頂燃式改造提供了更佳的技術方案,能更好地助力國內鋼鐵企業實現產業升級改造。

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