济源钢铁公司5# 高炉球式热风炉技术改造的实践

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1、2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集济源钢铁公司5#高炉球式热风炉技术改造的实践段金周侯士亮陈维汉（济源钢铁公司炼铁厂、豫兴热风炉工程技术公司）摘要：对济源钢铁公司球式热风炉进行技术改造，将套筒燃烧器改为旋流交错喷射短焰燃烧器（预燃室），将球床蓄热体改为格子砖蓄热体，从而改善燃烧与传热效果，克服了球是热风炉球床粘结、灰堵、阻力大、使用周期短等弱点，热风温度提高50℃以上，带来明显的经济效益。关键词：球式热风炉技术改造耐火球格子砖套筒燃烧器预燃室1、概述济源钢铁公司炼铁厂在2009年11月至2010年2月期间，利用高炉大修机会对5#高炉1#热风炉进行技术改造，将带套筒燃烧器的球式热风炉（

2、见图1）改造成为带预燃室的采用交错预混燃烧模式的顶燃式热风炉（见图2），并将耐火球蓄热体改为小孔径格子砖。这一工程是在济源钢铁公司和豫兴热风炉工程技术公司共同努力下完成的。虽然从技术角度上讲，预燃室结构与格子砖作为蓄热体都是成熟技术，在可行性上都没有问题。但在实际应用上，将两者应用在球式热风炉基础上还是第一次，不失为是一种较为大胆的尝试。最终确定技术改造方案是济源钢铁公司与豫兴热风炉工程技术公司反复论证的结果。在具体实施过程中又遇到了一些设计上、技术上、以及砌筑上的诸多问题，经双方充分交换意见后都逐一进行了合理的处理。最终于2010年1月底点火烘炉并在2月中旬成功投入使用。运行结果表明，

3、所有的技术参数均满足设计要求，拱顶温度和热风温度明显好于原球式热风炉。这是热风炉改造上的一次成功的尝试。2、技术改造方案的论证5#高炉1#热风炉的技术改造方案是在济源钢铁公司与豫兴热风炉工程技术公司经过多次技术交流后的产物。具体而言，对采用不改动拱顶形状的喷嘴垂直上喷的燃烧模式，还是改动过拱顶增加预燃室结构的燃烧模式；对采用类似于卡卢金形式的喷嘴分层喷射旋流混合的燃烧器结构，还是采用豫兴技术的喷嘴交错喷射混合的燃烧器结；对采用什么规格的小孔径格子砖，以及原有的拱形炉箅子是否更换、不更换的技术措施等问题都进行了充分的论征。最终确定了改动炉壳增加预燃室并采用豫兴技术的燃烧器结构，蓄热体采用小

4、孔格子砖，在采用耐火球铺设在拱形炉箅子上作为过度之后，将其堆砌在蓄热室中的技术方案。在燃烧器的选择上，彻底摒弃基于套筒燃烧器的长焰燃烧模式。因为套筒燃烧器是边混合边燃烧，火焰长度长，过量空气系数高，燃烧温度低，进而热利用效率就低，是既不节能、又不能获得高风温、且不环保的气体燃料的燃烧方式。同时，从拱脚上喷的方式使得流场结构非常不均匀，蓄热体的利用率极低。采用带预燃室的顶燃式热风炉，在预燃室中煤气与空气喷嘴环形交错布置，煤气与空气喷射进入预燃室后能快速且均匀混合，并实现完全且充分的燃烧。这是一种获得高燃烧效率、高热风温度、环保且节能的热风炉性能的必然选择。这也是在比较几种带预燃室热风炉燃烧

5、器喷嘴结构之后的选择。采用小孔径格子砖是为了在原有球式热风炉蓄热体高度改变不大的前提下的技术方案。格子砖用于热风炉作为蓄热体已有半个世纪的使用历史，本身是十分成熟的应用技术。随着人们对热风炉传热技术认识的深入和对除尘技术掌握程度的提高，格子砖使用的孔径越来越小，直至20毫米小孔径格子砖已经在曹妃甸5500高炉热风炉配置的预热炉上使用。采用小孔径格子砖能使格子砖的堆积高度明显下降，有的热风炉蓄热体已经达到11.2米的高度。从不同规格的格子砖与不同直径的耐火球的面体比参数可以发现，12.6mm～40mm孔径格子砖的特征几乎与40mm～90mm耐火球是一致的。由于格子砖是有序堆放而耐火球是随机

6、的堆砌，故格子砖是通孔型的活面积，而球床是不定自由型的活面积。显然，后者的积灰堵塞要大于前者，相互间的无序作用力也大于前者，进而易损坏的程度也就大于前者。因此，在性能相当的基础上进行互换，格子砖就能显现出其突出的优势。这样采用合适的小孔格子砖去取代球床蓄热体，就成为球式热风炉改造的一种有效办法。这也就有效地克服了球式热风炉易积灰、易堵塞、易粘结、易损坏、流阻大的缺陷，以及克服由此带来的球床使用寿命短、运行费用高的致命弱点。基于上述分析，准备对济源钢铁公司5#高炉的四座球式热风炉进行改造，采用小孔格子砖蓄热体去取代耐火球；采用带预燃室的燃烧器代替套筒燃烧器。具体做法是:小孔格子砖采用Ф16

7、～Ф18mm格孔而孔间距为1.8～1.7的小孔径格子砖，以对应平均直径为Ф50mm耐火球的空隙率和体面比的几何特征，于是蓄热体的高度在相同工况下变化不大；燃烧器采用豫兴Ⅱ型燃烧器结构，其煤气与空气的交错混合、旋切喷射，能实现煤气与空气快速混合与完全充分的燃烧。2011年全国炼铁低碳技术研讨会论文集3、热风炉技术改造的设计与实施按照上述方案，由豫兴公司进行设计计算确定性能与结构参数，并提供全套的设计图纸。设计计算是在原有运行参数的基础