錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐在鄂鋼5#高爐的應用實(shí)踐
發(fā)布時(shí)間:
2021-03-30
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1、前言
寶武集團鄂城鋼鐵有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鄂鋼)5#高爐,有效爐容2600m³,原配置三座內燃式熱風(fēng)爐,2010年1月建成投產(chǎn),2014年3月,其中兩座內燃式熱風(fēng)爐出現燒爐困難、煙道升溫快等現象,導致送風(fēng)溫度只有1000℃左右,通過(guò)分析熱風(fēng)爐實(shí)際運行情況,考察現場(chǎng)場(chǎng)地后,決定新增加一座頂燃式熱風(fēng)爐。新建熱風(fēng)爐期間高爐不停爐,建成后利用高爐休風(fēng)期間進(jìn)行各管道接口作業(yè),新建4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐和三座內燃熱風(fēng)爐配套運行后,送風(fēng)溫度提高了150℃,近5年的實(shí)踐運行取得了良好的效果。
2、項目概述
新增的4號熱風(fēng)爐系統由中冶南方工程技術(shù)有限公司總設計,熱風(fēng)爐為錐柱旋切頂燃式,燃燒器由安耐克公司獨立設計并供貨,采用三維混合燃燒器技術(shù),蓄熱室設計為37孔d=20mm高效格子磚。熱風(fēng)爐燃料為高爐煤氣+焦爐煤氣,熱風(fēng)溫度≥1250℃。
2.1熱風(fēng)爐詳細設計方案
本項目考慮了原有內燃式熱風(fēng)爐風(fēng)的實(shí)際運行情況,新建4#熱風(fēng)爐采用大功率三維混合燃燒器,前期通過(guò)大量的CFD流體仿真計算,建立多個(gè)幾何模型,進(jìn)行非預混燃燒計算,研究了空煤氣入口溫度、空煤氣噴口角度設置、喉口直徑等對熱風(fēng)爐流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及CO濃度分布的影響,得出燃燒效果最佳、最適合實(shí)際工況的熱風(fēng)爐模型,以此確定了新增4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐的各項設計參數。
表1:熱風(fēng)爐系統設計條件
表2:熱風(fēng)爐設計參數
2.2熱風(fēng)爐本體布置
由于新建熱風(fēng)爐期間高爐不停爐,新建4#熱風(fēng)爐不能干涉原有熱風(fēng)爐系統,通過(guò)對現場(chǎng)的考察,多方案對比,選擇在現有熱風(fēng)爐與高爐橋架之間新建4#熱風(fēng)爐系統,4#熱風(fēng)爐與舊3座熱風(fēng)爐為90°夾角布置,見(jiàn)圖1所示。
3、熱風(fēng)爐本體耐材設計
針對原內燃式熱風(fēng)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(wèn)題,新建4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐采用三維混合燃燒器、燃燒器無(wú)移位防微爆噴口結構、拱頂(燃燒室)平砌結構、致密型硅質(zhì)格子磚等多項專(zhuān)利和專(zhuān)有技術(shù)。
3.1三維混合燃燒器
燃燒器為錐柱復合型結構,不僅降低了熱風(fēng)爐高度,更主要的是把傳統頂燃爐燃燒器的平面旋流混合流場(chǎng),改進(jìn)為三維空間渦旋流場(chǎng),空煤氣混合后燃燒完全,火焰短,混合氣流在經(jīng)過(guò)喉口整流后形成的負壓區域面積小,保證煙氣進(jìn)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(fēng)溫。
3.2燃燒器易吹掃防微爆無(wú)移位結構
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。規避了傳統頂燃式熱風(fēng)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。此項設計使熱風(fēng)爐送風(fēng)、燒爐的轉換更加安全高效。
3.3互鎖式燃燒室平砌結構
燃燒器燃燒室為平砌結構,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定性。
4、新增4#熱風(fēng)爐運行后使用效果
4#錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)爐自2016年投產(chǎn)后,拱頂溫度達到了1330℃-1350℃,4#熱風(fēng)支管上溫度監測點(diǎn)測得送風(fēng)溫度可達1250℃,取得了理想的設計效果。
新建4#熱風(fēng)爐投產(chǎn)后,對原2#、3#內燃式熱風(fēng)爐損壞的耐材進(jìn)行了搶修,并重點(diǎn)對隔墻用陶瓷耐磨澆注料進(jìn)行澆注施工,搶修后三座內燃式熱風(fēng)爐拱頂溫度達到了1280℃-1300℃以上,為保證高爐穩定順行,目前4#熱風(fēng)爐拱頂溫度控制在1300℃左右。熱風(fēng)爐系統采用“兩燒兩送”交錯并聯(lián)的工作制度,由4#熱風(fēng)爐做主送風(fēng)爐子,送風(fēng)溫度維持1160℃-1200℃,比改造前風(fēng)溫提高了150℃以上。
5、結論
(1)新增4#頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù)改造實(shí)現了既定目標,4座熱風(fēng)爐交錯并聯(lián)運行,送風(fēng)溫度比改造前提高了150℃以上,后續1#~3#內燃式改造為頂燃式后,完全可以達到1250℃風(fēng)溫。
(2)通過(guò)本項目錐柱旋切頂燃式熱風(fēng)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(diǎn),負荷調節比大,適應工況范圍廣。
(3)本工程為今后內燃式熱風(fēng)爐維修改造提供了一個(gè)可行方案,對今后類(lèi)似熱風(fēng)爐工程有一定的指導意義,為鋼鐵工業(yè)老舊設備實(shí)施節能、降耗、高效技術(shù)改造,提供了可借鑒的實(shí)踐經(jīng)驗。