徐倩霏

（江蘇常熟龍騰特種鋼有限公司煉鐵分廠） 

 關(guān)鍵詞：煙氣爐；交叉混合；引射混合；廢氣預(yù)熱

煙氣爐作為干燥氣體制備設(shè)備，是噴煤制粉的重要環(huán)節(jié)。但由于其發(fā)生量較小，在煉鐵系統(tǒng)中并不被重視。隨著國(guó)內(nèi)鋼鐵形勢(shì)的急轉(zhuǎn)直下，各大鋼企紛紛自我加壓、放下身段，在細(xì)節(jié)之處下功夫。作者根據(jù)客觀數(shù)據(jù)，闡述了對(duì)噴煤煙氣爐系統(tǒng)的個(gè)人見解。

在使用熱風(fēng)爐爐廢氣作為主要干燥氣的高爐噴煤系統(tǒng)中，熱風(fēng)爐廢氣受熱風(fēng)爐自身降耗的要求下，熱量已經(jīng)不足以干燥原煤，必須使用噴煤煙氣爐進(jìn)行提溫。溫度的來源是煤氣的燃燒，但如何最大化的利用燃燒熱量達(dá)到節(jié)能效果則取決于以下幾個(gè)方面：爐型結(jié)構(gòu)、混合方式、預(yù)熱時(shí)間、余熱利用?，F(xiàn)逐一闡述：

1  爐型方面

噴煤制粉系統(tǒng)煙氣爐是提供熱量，惰化系統(tǒng)以及運(yùn)輸煤粉的干燥氣發(fā)生設(shè)備，其干燥氣的90%來自于熱風(fēng)爐廢氣，燃燒煤氣所產(chǎn)生的熱量是將150度廢氣提溫至300度左右，并與廢氣混合來達(dá)到滿足制粉條件的合格干燥氣。上述以說明溫度的來源是煤氣的燃燒，但提溫的關(guān)鍵在于混合均勻程度。煙氣爐煙氣與廢氣兩者混合的方式主要有三種：煙道混合、交叉混合、引射混合。其中，煙道混合類似與水管三通，混合不均勻，除受特別限制外基本不采用；交叉混合結(jié)構(gòu)比較均勻，爐體砌筑和場(chǎng)地要求不高，是最廣泛采用的形式；引射混合相對(duì)與以上兩種，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但混合均勻度最高，正在被越來越多的新項(xiàng)目采用。

了解到附近企業(yè)的煙氣爐形式，有針對(duì)性對(duì)引射混合和交叉混合進(jìn)行了實(shí)地考察，其主要指標(biāo)如下：

對(duì)比發(fā)現(xiàn)普通交叉混合煙氣爐型相對(duì)于引射混合爐型的煤氣消耗高出25%以上，排除儀表誤差，消耗差距還是非常明顯的。根據(jù)各方反饋和現(xiàn)場(chǎng)情況，了解發(fā)現(xiàn)三種爐型各自優(yōu)缺點(diǎn)還有以下幾個(gè)方面：

1、預(yù)熱廢氣：交叉混合沒有廢氣預(yù)熱區(qū)以及空氣預(yù)熱，熱風(fēng)爐廢氣從風(fēng)機(jī)出口直接進(jìn)入煙氣爐混合室，而引射混合擁有廢氣預(yù)熱層，廢氣旋流經(jīng)過爐壁時(shí)既能預(yù)熱又對(duì)燃燒室爐殼進(jìn)行了冷卻。

2、環(huán)流穩(wěn)定：交叉混合由于其空間有限，廢氣大量涌入受熱而導(dǎo)致體積增大，在體積增大又沒有導(dǎo)流的條件下流動(dòng)不穩(wěn)定，雖然在燃燒室尾部設(shè)置了擋火墻，廢氣產(chǎn)生的溢出正壓紊流勢(shì)必影響燃燒室煤氣燃燒狀態(tài)，這也是爐膛壓力波動(dòng)的主要原因。其次，擋火墻內(nèi)側(cè)承受燃燒溫度，外側(cè)承受廢氣溫度，兩面所接觸的氣體溫差高達(dá)400℃，冷熱不均又加速了擋火墻的形變而引發(fā)坍塌風(fēng)險(xiǎn)。而引射混合中的廢氣切向進(jìn)入爐體在爐殼的環(huán)流導(dǎo)向作用下被引導(dǎo)向前，預(yù)熱作用的發(fā)揮又使體積增大的速度放緩，在風(fēng)速的作用下在混合室端部會(huì)形成負(fù)壓區(qū)便于引出煙氣，爐膛內(nèi)壓力穩(wěn)定而不會(huì)對(duì)煤氣燃燒狀態(tài)產(chǎn)生影響，擋火墻始終承受燃燒溫度，受熱均勻利于耐材壽命。

3、保溫隔熱：交叉混合的煙氣爐燃燒室爐殼溫度一般在160-260度，直接暴露在外造成熱量散失，而引射混合利用廢氣預(yù)熱層將燃燒室全部包裹，起到了保溫隔熱作用，燃燒產(chǎn)生的熱量得到部分利用。

綜上所述，結(jié)果與理論分析相同。充分利用熱量、穩(wěn)定爐內(nèi)氣流分布的引射混合煙氣爐是現(xiàn)階段節(jié)能的理想選擇。

2  深度優(yōu)化

確定下爐型后以制粉系統(tǒng)正常工況參數(shù)代入計(jì)算公式，進(jìn)行實(shí)際測(cè)算，計(jì)算得出數(shù)據(jù)，制粉系統(tǒng)使用新爐型煤氣消耗至少可降低800m³/h，模擬制粉系統(tǒng)滿負(fù)荷工況煤氣消耗最高可降低1550m³/h。得出數(shù)據(jù)后，逐步開始討論各項(xiàng)細(xì)節(jié)。但溝通過程中出現(xiàn)三個(gè)比較突出的矛盾點(diǎn)：爐皮溫度、擋火墻、放散位置。

2.1爐殼優(yōu)化

因爐皮溫度的高低直接決定了熱量收益，所以要求保證爐皮溫度不超過環(huán)境溫度。分別給出了三種不同的解決方案：外部巖棉包裹保溫、內(nèi)部澆注敷貼保溫、內(nèi)部鑲磚敷貼保溫。分析發(fā)現(xiàn)以上三條均不太可取：①外部巖棉保溫簡(jiǎn)單，但爐皮出現(xiàn)問題不易發(fā)現(xiàn)而且隨著使用時(shí)間的增加其效果會(huì)越來越差，定期更換又增加維護(hù)成本。②內(nèi)部澆注或貼磚只能在爐體鋼結(jié)構(gòu)完工后進(jìn)行，而廢氣預(yù)熱層厚度約400mm施工和質(zhì)量把控極為困難；廢氣中夾雜熱風(fēng)爐耐材的粉化物會(huì)對(duì)澆注層或耐火磚侵蝕和沖刷，甚至脫落。脫落后其修復(fù)的可能性幾乎為零，且脫落物不易取出，長(zhǎng)此以往，廢氣預(yù)熱風(fēng)道被侵占造成阻礙或堵塞而無法形成環(huán)流，嚴(yán)重的必須停產(chǎn)分解大修。

沒有成熟的解決方案，協(xié)議暫時(shí)擱置。期間無意中發(fā)現(xiàn)羽絨服的隔熱措施，其實(shí)是將空氣穿在身上進(jìn)行保溫的，是不是爐體可以增加一層外殼來進(jìn)行保溫？再者，熱風(fēng)爐換熱器就是將煤氣和空氣進(jìn)行預(yù)熱再燃燒從而提高風(fēng)溫，是不是煙氣爐也可以預(yù)熱一下呢？

帶著這兩個(gè)問題，有針對(duì)性的進(jìn)行了討論并描述了構(gòu)想，計(jì)算助燃風(fēng)壓力可以滿足燃燒要求后表示設(shè)計(jì)可以落地，并分別將構(gòu)想轉(zhuǎn)化成草圖（如下）。至此，協(xié)議爐皮溫度可以保持與環(huán)境溫度一致的要求得到滿足。

該干燥煙氣發(fā)生爐采用臥式全密閉圓截面三層套筒殼體兩段式（燃燒室+混合室）爐型。包括內(nèi)膛燃燒室、中膛環(huán)形廢氣預(yù)熱室、外膛環(huán)形助燃風(fēng)預(yù)熱室、擋火墻、混合室、燃燒器、耐材等。由點(diǎn)火孔自動(dòng)點(diǎn)火，同時(shí)在燃燒室尾部設(shè)置擋火墻能在燃燒室有限的空間內(nèi)安全燃燒，混合室用耐熱不銹鋼材料設(shè)計(jì)成多孔噴射裝置，高爐熱風(fēng)爐廢氣從煙氣爐靠燒嘴端側(cè)切向進(jìn)入第二層中間層套筒，旋流降低燃燒室的溫度并充分預(yù)熱，使高溫?zé)煔夂透郀t熱風(fēng)爐煙氣進(jìn)行引射混合。助燃風(fēng)從煙氣爐下部進(jìn)入第三層最外層套筒，旋流降低混合室溫度并保溫而后從爐體上部出口彎管進(jìn)入燒嘴。

（●設(shè)置；○未設(shè)置）

在雙層套筒結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上吸納空氣隔熱和預(yù)熱助燃風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)，延伸出三層套筒結(jié)構(gòu)爐型。保險(xiǎn)起見，要求按超常規(guī)10mm錳鋼制作雙層套筒，而后再增加一層8mm鋼板包裹形成助燃風(fēng)層，混合室不銹鋼采用310S材質(zhì)。施工中嚴(yán)格把關(guān)，杜絕竄風(fēng)的可能。這樣既利用廢氣熱量預(yù)熱助燃風(fēng)，有利于煤氣充分燃燒，又使煙氣爐爐殼溫度可與環(huán)境溫度保持一致。加上采用環(huán)形旋轉(zhuǎn)細(xì)流燒嘴，理論節(jié)能效果比現(xiàn)用交叉混合煙氣爐高20%。

2.2  擋火墻優(yōu)化

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況和生產(chǎn)需要，明確三層套筒結(jié)構(gòu)爐型耐材明細(xì)：廢氣預(yù)熱層不設(shè)置澆注料；環(huán)形內(nèi)膛耐材厚度≥240mm（硅酸鋁纖維板+高鋁扇形磚）；端墻耐材厚度≥460mm（外層硅酸鋁纖維板+粘土磚、內(nèi)層高鋁磚）；擋火墻耐材厚度≥340mm（高鋁磚）；交叉混合爐型的擋火墻在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)生過多次坍塌現(xiàn)象，雖然通過爐型分析引射爐型對(duì)擋火墻的影響較小，但要求爐體絕對(duì)可靠，未能給出有效方案。隨著研究的不斷深入交流，理論上能夠有效降低氣孔率與高溫蠕變程度，提高耐壓和抗折強(qiáng)度，是有效提高擋火墻使用壽命的方法。意向在檢修時(shí)間充裕的情況下，進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3  放散優(yōu)化

煙氣爐放散設(shè)置在爐體上不利于耐材整體布置，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也有較大影響，有多數(shù)煙氣爐爐體放散處有明顯形變和坍塌現(xiàn)象。再者，由于放散閥處溫度高，大部分使用水冷閥門，一旦發(fā)生內(nèi)漏，對(duì)系統(tǒng)安全存在較大安全隱患，故應(yīng)優(yōu)化設(shè)于爐外。

以上內(nèi)容，是淺顯闡述了個(gè)人見解，不足之處，懇請(qǐng)讀者指正。