韋世召
（唐鋼中厚板材有限公司， 河北 唐山 063611）
摘 要：對(duì)三座熱風(fēng)爐燃燒器以及爐頂部分進(jìn)行了工藝改造，燃燒器更換第三代內(nèi)置頂燃旋切式燃燒器，燃燒器用耐火磚砌筑而成，不僅解決了設(shè)備維護(hù)問(wèn)題，提高了燃燒效率，節(jié)約了煤氣，而且為提升風(fēng)溫打下了基礎(chǔ)，進(jìn)而優(yōu)化了高爐指標(biāo)，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：高爐；熱風(fēng)爐；燃燒器改造； 第三代旋切式燃燒器
熱風(fēng)爐是當(dāng)今高爐煉鐵中提供熱風(fēng)的主體設(shè)備，在高爐煉鐵生產(chǎn)中占有至關(guān)重要的地位。一般要求熱風(fēng)爐能夠高效、穩(wěn)定地將鼓入的冷風(fēng)通過(guò)與蓄熱格子磚熱能傳導(dǎo)，變成熱風(fēng)后鼓入高爐。熱風(fēng)爐燃燒器是用來(lái)將煤氣和空氣混雜，并送入燃燒室內(nèi)燃燒的裝備，頂燃式熱風(fēng)爐套筒燃燒器是當(dāng)前熱風(fēng)爐使用的主要燃燒器形式，中厚板 2 號(hào)高爐正是使用了這一燃燒器，隨著煉鐵技術(shù)的發(fā)展，這一燃燒器的弊端逐步顯現(xiàn)，本文主要闡述了唐鋼中厚板材有限公司（全文簡(jiǎn)稱(chēng)唐鋼）2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐燃燒器改造的必要性，改造過(guò)程和改造后的優(yōu)勢(shì)。
1 2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐簡(jiǎn)介
2 號(hào)高爐三座熱風(fēng)爐為頂燃蓄熱式熱風(fēng)爐。每個(gè)熱風(fēng)爐工作周期為 3 h，燒爐時(shí)間 105 min，充壓時(shí)間 15 min，送風(fēng)時(shí)間為 60 min。燒爐時(shí)，使用高爐煤氣為熱源，煤氣管道和助燃風(fēng)管道通至拱頂，煤氣和助燃風(fēng)以一定比例通過(guò)燃燒器混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的熱量加熱格子磚蓄熱，廢氣從下部煙道排出，燃燒室溫度控制在 1 250 ℃，下部廢氣溫度控制在 350 ℃。
燒爐完成后進(jìn)行充壓換爐，熱風(fēng)爐蓄熱格子磚使用的是九孔格子磚。
2 熱風(fēng)爐燃燒器改造
2.1原金屬套筒燃燒器特點(diǎn)和實(shí)際狀況
原來(lái)每座熱風(fēng)爐設(shè) 9 金屬套筒式燃燒器，這種燃燒器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，煤氣道與空氣道為一套筒構(gòu)造，燃燒時(shí)，空氣從一側(cè)進(jìn)入到外面的環(huán)形套筒內(nèi)，從頂部的環(huán)狀圈空氣分配帽上的狹窄噴口中噴射出來(lái)。煤氣從另一側(cè)進(jìn)入到中心管道內(nèi)，并從其頂部出口噴出，由于空氣噴口中心線與煤氣中性線成一定交角，空氣與煤氣在進(jìn)入燃燒室時(shí)混合燃燒。
外置金屬套筒式燃燒器屬于陳舊技術(shù)，燃燒能力較小，煤氣和助燃空氣混合不均勻，燃燒效率偏低。因燃燒器為外置形式，爐頂開(kāi)孔多，需要鋪設(shè)空氣環(huán)管、煤氣環(huán)管、燒嘴冷卻風(fēng)環(huán)管等輔助設(shè)備，且都與燃燒器通過(guò)焊接的形式連接，這樣不僅設(shè)備繁瑣冗雜，而且整體焊接點(diǎn)較多，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差，密封性較差（燃燒器改造前外部結(jié)構(gòu)如圖 1 所示）。隨著時(shí)間的推移，設(shè)備腐蝕老化，時(shí)有燒嘴或煤氣進(jìn)口環(huán)管漏煤氣、漏風(fēng)現(xiàn)象，這些給設(shè)備維護(hù)帶來(lái)一定困難，且嚴(yán)重制約了風(fēng)溫的提升。2013 年 12 月 31 日，因 3 號(hào)熱風(fēng)爐管道漏風(fēng)導(dǎo)致燒嘴燒出，造成 2 號(hào)高爐緊急休風(fēng)，風(fēng)口灌渣的惡性事故。
2.2內(nèi)置旋切燃燒器改造
由于套筒式燃燒器設(shè)備老化，工藝落后，嚴(yán)重制約了熱風(fēng)爐的使用效率，因此各級(jí)人員不斷研討熱風(fēng)爐工藝改造的可行性。2016 年經(jīng)研究決定，利用 2號(hào)高爐大修機(jī)會(huì)對(duì)熱風(fēng)爐燃燒器進(jìn)行改造，改造為砌筑式第三代頂燃旋切式燃燒器（見(jiàn)圖 1）。
2016 年 1—3 月份，2 號(hào)高爐進(jìn)行熱風(fēng)爐改造施工，將熱風(fēng)爐蓄熱室以上所有結(jié)構(gòu)包括爐殼鋼結(jié)構(gòu)全部拆除改造。具體過(guò)程如下：
1 月 8 日高爐停爐后開(kāi)始安裝涼爐管道涼爐，1 月 15 日涼爐結(jié)束，開(kāi)始從上向下逐步拆除。首先拆除燃燒器冷卻風(fēng)環(huán)管、燃燒器、助燃風(fēng)和煤氣環(huán)管及各平臺(tái)，然后拆除整個(gè)拱頂。拆除完畢后上部重新制作新的爐殼及入孔，然后內(nèi)部砌磚，燃燒器用耐火磚砌出來(lái)，空氣和煤氣為兩個(gè)隔斷的空腔，砌出燃燒器煤氣和空氣噴口，煤氣在上空氣在下。利用本次改造機(jī)會(huì)，三座熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口及熱風(fēng)支管與主管交叉處重新砌磚加固，增加了耐火強(qiáng)度。3 月 15 日熱風(fēng)爐改造基本完工，共用時(shí)59 d。改造后的熱風(fēng)爐頂部外部如圖 1-2 所示。
2.3第三代頂燃旋切式燃燒器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
旋切式頂燃燃燒器由圓柱和半球頂組成，燃燒器主要包括煤氣環(huán)道、煤氣噴口、空氣環(huán)道、空氣噴口、混合室、喉口等幾部分。煤氣噴口和空氣噴口均分布在圓柱體上。2 號(hào)高爐每個(gè)熱風(fēng)爐旋切式燃燒器設(shè)空氣噴口 2 層，共 34 個(gè)，為水平布置，沒(méi)有向上 傾斜，空氣噴口與半徑同向；煤氣噴口 2 層，共 48個(gè)，切向角度 26.5毅。煤氣噴口距離喉口遠(yuǎn)而空氣噴口距喉口很近，由于煤氣噴口與空氣噴口距離較大，保證煤氣管狀旋流形成，煤氣管狀旋流中心氣壓低，有利于空氣穿透。
2.4第三代頂燃旋切式燃燒器的技術(shù)特點(diǎn)
旋切式燃燒器空氣噴口距離喉口很近，保證了煤氣與空氣混合的瞬間從喉口噴出，并進(jìn)入燃燒室燃燒。旋切式頂燃熱風(fēng)爐燃燒器只起到組織氣流的作用，煤氣和空氣在燃燒器喉口部位一次完成混合，并瞬間從喉口噴出進(jìn)入燃燒室燃燒，燃燒器內(nèi)部并無(wú)火焰，這是旋切式頂燃熱風(fēng)爐燃燒器的顯著特點(diǎn)，也是與其他類(lèi)型頂燃式熱風(fēng)爐燃燒器根本區(qū)別。旋切式燃燒器煤氣和空氣無(wú)預(yù)混，混合燃燒一次完成，避免了預(yù)混預(yù)燃產(chǎn)生的煙氣與未燃煤氣和空氣摻混而阻礙煤氣與空氣進(jìn)一步混合，避免了未燃煤氣和空氣燃燒條件惡化。
旋切式燃燒器煤氣與空氣混合充分，保證很小空 氣過(guò)剩系數(shù)下煤氣燃燒完全。從這一角度出發(fā)，在熱風(fēng)爐燒爐時(shí)，同樣的蓄熱條件下，能節(jié)約一定的煤氣。
3 燃燒器改造后應(yīng)用效果
3.1設(shè)備易于維護(hù)
改造后的內(nèi)置燃燒器是由耐火磚砌筑而成，外面是整體的鋼結(jié)構(gòu)爐殼，相比原來(lái)的外置套筒式燃燒器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，嚴(yán)密性好，設(shè)備維護(hù)問(wèn)題得以解決。原來(lái)因設(shè)備老化，經(jīng)常出現(xiàn)燒嘴、管道等漏風(fēng)、漏煤氣現(xiàn)象，需要崗位工頻繁點(diǎn)檢叫修，浪費(fèi)了大量的人力、物力。改造后減少煤氣泄露，有利于安全生產(chǎn)，且節(jié)約了煤氣，降低了能源消耗。另外改造后現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施簡(jiǎn)單美觀，利于現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化管理。
3.2提高燃燒效率及熱風(fēng)爐熱效率
使用頂燃旋切式燃燒器，煤氣與助燃空氣能充分混合，提高了煤氣的燃燒效率，在相同的熱能需求下降低了煤氣使用量，從而達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。
這在當(dāng)前國(guó)家節(jié)能降耗的號(hào)召下，有著至關(guān)重要的意義。熱風(fēng)爐改造后在鼓風(fēng)量大幅增加的情況下，風(fēng)溫扔比原來(lái)略由升高，且煤氣消耗量明顯降低，說(shuō)明熱風(fēng)爐燃燒效率及熱效率都有一定提升。改造后，風(fēng)溫提高，有助于降低燃料消耗，提高煉鐵經(jīng)濟(jì)效益。
4 結(jié)語(yǔ)
設(shè)備工藝改進(jìn)是現(xiàn)代冶金企業(yè)中面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)，淘汰落后工藝，使用先進(jìn)技術(shù)，是增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)有效途徑。在當(dāng)前節(jié)能降耗的大背景下，通過(guò)設(shè)備工藝技術(shù)改造，達(dá)到有效節(jié)約能源，增加設(shè)備安全穩(wěn)定性的目的，對(duì)鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)有著至關(guān)重要的意義。中厚板 2 號(hào)高爐通過(guò)對(duì)熱風(fēng)爐燃燒器燃燒結(jié)構(gòu)形式的改造，消除了設(shè)備隱患，節(jié)約了能源，為提高風(fēng)溫，優(yōu)化高爐指標(biāo)，提高經(jīng)濟(jì)效益，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次熱風(fēng)爐燃燒器改造為今后類(lèi)似條件的熱風(fēng)爐技術(shù)改造提供了寶貴了經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M]北京：冶金工業(yè)出版社，2002.
[2] 步佼哲.頂燃式熱風(fēng)爐用燃燒器的試驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D].鞍山：遼寧科技大學(xué)，2008.
[3] 姜鳳山.旋切式頂燃熱風(fēng)爐技術(shù)特點(diǎn)[J].煉鐵，2010，29（4）：11-14.