改造工程中旋切顶燃热风炉的应用

2012年11月23日旋切式顶燃热风炉在改造工程中的应用旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用

高炉冶炼所需要的热量，一部分是燃料在炉缸燃烧所释放的燃烧热，另一部分是高温热风所带入的物理热。热风是高炉炼铁的廉价能源，热量主要是用低热值的高炉煤气换来的，它占高炉总热量输入的17％～19％。热风带入高炉的热量越多，所需要的燃料燃烧热就越少，亦即燃料消耗就越低。实践证实，在风温950~1350℃的范围内，提高风温100℃可以降低焦比约8~20kg/t。风温由1000℃提高到1250℃，焦比可降低22.5kg/t。因此，应当重视提高风温的工作。

而在长期的生产实践中，很多老式设计的热风炉生产系统出现了各种各样的问题，这些问题不仅增加了生产成本，而且严重影响高炉生铁产量，制约高炉生产水平的发挥，致使高炉生产指标落后，所以有必要对热风炉进行彻底升级改造。

另外还有一些高炉为了增加铁水产量要进行扩容大修，其热风炉也需要改造。在热风炉的改造过程中，如何在尽可能节省成本，利用旧有设备的基础上对热风炉系统进行升级改造尤其值得我们关注。旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用旋切式顶燃热风炉的主要技术特点顶燃式热风炉克服了内燃式热风炉固有的缺点，而且比内燃式投资更少又不像外燃式热风炉那样增加投资和占地面积，在现代高炉生产中具有较明显的优势。中冶京诚工程技术有限公司开发的旋切式顶燃热风炉从热风炉系统流程、本体结构、送风管道系统、热风炉控制系统都进行了详细研究，集成了国内外热风炉的优点，形成了具有完全自主知识产权的一系列核心技术，在提高热风温度、延长热风炉寿命、节能环保以及减少占地面积和投资等方面都具有明显优势。旋切式顶燃热风炉的核心技术是燃烧器，燃烧器技术直接决定着热风炉的风温水平和使用寿命。旋切式顶燃热风炉燃烧器专利技术，研究了热风炉燃烧器在多种工况下的燃烧机理，实现了燃烧器的最佳工作效率，可保证在很小的过剩空气系数条件下煤气完全燃烧，提高燃料利用率的同时还减少了助燃空气消耗。旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用旋切式顶燃热风炉的主要技术特点旋切式顶燃热风炉采用的小孔径高效格子砖，具有良好的热工性能。格孔直径Ф28mm，蓄热面积达到54.93m2/m3，该格子砖活面积较小，单位加热面积较大。与Ф30mm格子砖相比，在保持格子砖总重量相同的条件下，总的蓄热面积可增加16.9%左右；相同体积条件下换热面积增加13.1%；在相同蓄热室断面积条件下，活面积增加5.8%。小孔径高效格子砖提高了热风炉的蓄热能力和适应高温、短周期的工作能力。

旋切式顶燃热风炉同时还拥有带横梁的多种孔型炉箅子、热风输送管道膨胀和拉紧装置、冷风均匀分配等一系列专利技术和专有技术，在整个热风炉系统都有着优化措施，使整个热风炉系统协调统一，保证了热风炉的使用效果。完备的热风炉分析计算体系，也确保了旋切式顶燃热风炉的技术优势。旋切式顶燃热风炉在规模上分别应用到300m3到3200m3等高炉，所有投产高炉都取得了良好使用效果。旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用应用一（宁钢2＃高炉新增4＃热风炉）

内燃式热风炉一直不能克服其固有缺陷，如短路现象、隔墙倒塌、拱顶掉砖等，本工程利用现有空地新建一座旋切顶燃式热风炉，形成3座内燃式热风炉＋1座旋切顶燃式热风炉模式，为今后大修3座内燃式热风炉提供条件。本工程为我们今后大修内燃式热风炉又提供一个可行方案，值得我们继续研究和发展。

宁钢2＃高炉（2500m3）内燃式热风炉自2008年5月投产后，同年12月3＃热风炉出现短路现象，2011年4月1＃热风炉隔墙倒塌，现在热风炉送风温度维持在1150℃左右，热风炉炉壳局部温度达到400℃，严重影响了热风炉的安全生产。为了从根本上解决此问题，宁钢决定在原3座内燃式热风炉边再新增4＃旋切顶燃式热风炉，待4＃热风炉正常生产后再逐步大修3座内燃式热风炉。宁钢热风炉旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用设计参数：

热风炉系统主要设计参数表序号项目名称单位数值备注1热风炉结构形式旋切式顶燃2热风炉座数座1（新建）3加热风量Nm3/min47504冷风压力MPa0.4～0.475冷风温度℃~150（最高200）6热风温度℃12507助燃空气预热前温度℃~208高炉煤气预热前温度℃~459热风炉燃料高炉煤气＋转炉煤气或（高炉煤气＋焦炉煤气）旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用序号项目名称单位数值备注10高炉煤气发热值kJ/Nm3≥316011焦炉煤气发热值kJ/Nm3≥1753012转炉煤气发热值kJ/Nm3≥604813热风炉工作制度两烧两送（或两烧一送）14送风周期min90（或45）旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用热风炉主要技术性能表序号项目名称单位数值1热风炉座数座12热风炉直径mmΦ10000/Φ94343热风炉总高度m~50.6544热风温度℃12505拱顶温度℃~14006混合煤气预热温度℃1607助燃空气预热温度℃1508废气平均温度℃3109废气最高温度℃45010一座热风炉燃烧高炉煤气流量Nm3/h9600011一座热风炉燃烧转炉煤气流量Nm3≥5500旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用序号项目名称单位数值12一座热风炉燃烧焦炉煤气流量Nm3≥105013一座热风炉助燃空气流量Nm36700014一座热风炉烟气流量Nm314900015格子砖形式高效十九孔蜂窝砖16格孔直径mmΦ3017格子砖加热面积m2/m348.6118格子砖活面积m2/m20.41519每座热风炉加热面积m27354520每座热风炉格子砖砖重t~195021热风炉热效率%85旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用实施步骤烟气管移位

宁钢新建4#热风炉项目经过现场勘查，原有场地的平面尺寸不能满足新建热风炉所需的平面布置，因此需将烟气换热器的原烟气进气弯管拆除及将约10m长的烟气主管更换，以便腾出空间，满足热风炉的平面布置。

为了在有限空间和限定的时间内完成烟气管道移位工作，特别聘请了同济大学机器人公司进行现场施工。2011年9月20日高炉休风后，立即对需要拆除原烟气管道（直径为Φ4250mm）进行切割。当切割完成后，由专业机器人（同步推移液压设备）将切割完毕的原烟气主管在预先搭设好的推移钢结构桁架上推移至距烟气管道中心1.5m处，现场300t汽车吊将其吊移钢结构桁架。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用

原烟道主管移位施工措施搭设示意图

原烟道主管移位现场图旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用主体结构安装：1.桩基工程施工

由于本工程作业面有限，不能影响原3座热风炉的正常生产，因此新建热风炉系统工程的桩采用钻孔灌注桩。

桩编号桩截面尺寸桩长约（m）桩顶标高（m）桩数单桩竖向极限承载力Quk（KN）P1Ф80063-2.30031≥5200P2Ф80063-2.10010≥5200旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用2.热风炉炉壳拼装和吊装

热风炉炉顶标高51.064m，炉体最大内径为11.456m、最小内径为6.836m；板材厚度分为22~36mm不等：经优化排版后分为26带。其中L弯、C弯、S弯、球顶等位压制部分，其余部分为卷制部分（单带分为三块）。组装选用80t履带吊及25t汽车吊配合进行，壳体吊装选用350t履带吊作为主吊机械。

热风炉炉壳拼装为将散片到货的壳体构件在现场已浇筑的2个混泥土专用拼装平台和2个型钢搭焊拼装平台上同时组装成8带（钩）吊装，分别第一钩：炉底板+工字钢+R1+R2=42.892T；第二钩：R3+R4+R5+R6=43.895T；第三钩：R7+R8+R9+R10=42.549T；第四钩：R11+R12+R13=45.146T；第五钩：内胆+R14＋R15=54.85T；第六钩：R16+R17+R18=33.397T；第七钩：R19+R20+R21+R22+R23=57.508T;第八钩：R24+R25+R26=33.738T。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用新建热风炉炉壳拼装排版图旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用炉壳吊装选用350吨履带吊，主臂选杆48m，副臂选杆30m，满足各带炉壳吊装要求，其吊装性能如表旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用3.耐材砌筑

新增旋切顶燃热风炉全高50.064m，蓄热室下部炉壳直径Φ9434mm，砌筑直径Φ8448mm、上部炉壳直径Φ10000mm，砌筑直径Φ8448mm，拱顶直段炉壳内径Φ11456mm，砌筑直径Φ9454mm。热风炉蓄热室采用孔径d=30mm的19孔高效格子砖，共计226层，从下到上依次为低蠕变粘土格子砖、高铝格子砖和硅质格子砖。本热风炉本体耐材砌筑工程量量约计3800t（包括管道耐材量和燃烧器耐材量）。施工顺序为先热风炉本体砌筑，后热风管道（联络管，热风主、支管道和烟道管）砌筑。由于时间紧迫，又赶上农历新年，因此本次砌筑工程采用双层作业法。双层作业法就是在热风炉炉内约▽29.000m处安装保护棚，作业人员可以通过保护棚在炉内上、下分层作业（。正是由于双层作业，缩短了耐材砌筑时间，为2012年3月29日的最终热态接口留出了充足准备时间。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用热风炉砌筑耐材垂直运输示意图旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用4.热风管道热态接口

新增旋切顶燃热风炉与原3座内燃热风炉的最关键接口就是热风主管接口，由于接口时休风时间短，热风管道内温度高，施工难度大。为了在2012年3月29日当天顺利完成热风主管热态接口，早在接口1个月前就开始讨论方案，在接口前1周并实际演练方案内容，确保接口顺利完成。2012年3月29日上午8:10两名持证人员用割枪沿预先画好的割除线从管顶开始朝管底方向割除旧管道堵头。提前加工好连接包带（600mm宽），放置在施工现场。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用旧主管堵头割除完成时间为10:30，现场50t吊车配合将割除下来的堵头吊移旧热风主管并放置到地面指定区域。10:40耐材拆除人员穿上隔热防护服在确保安全可靠的前提下，采用特制长钳子风镐将管道堵头段的隔墙进行拆除旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用12:30穿戴好隔热防护服的人员进入新增主管内将原先准备好的隔热耐火棉堵满原热态主管，13:30将现场事先准备好的刚包带在倒链的配合下将新旧主管对接管口组织外包。钢带调整就位后，安排两名持证焊工从新增热风支管工艺人孔进入主管内，在接口处进行内口焊缝的焊接。焊接顺序从底部开始，两名焊工分部从管内两方向朝上部施焊。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用在接口处砌筑前，需将旧热态主管内已经破损、断裂的砖全部掏取干净。砌筑顺序先砌筑下半圆，即依次进行轻质砖、重质管道砖的砌筑，然后支设拱胎进行上半圆的砌筑，即依次进行重质管道砖、轻质砖、耐火纤维毡（上方120°位置）。接口处管道砖和门位置设在600mm宽的包带上方的Φ300mm和门孔。至2012年3月29日22:20开始热风管道、冷风管道和均压管道试压检漏，标志着热风主管热态接口顺利完成。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用新旧热风炉连接总结

2012年4月1日凌晨2时58分宁钢2＃高炉新增4＃热风炉顺利点火烘炉，标志着本工程顺利完成。此次工程时间紧、施工面窄、难度大，对今后类似工程有一定指导意义。工程中的一些技术难题值得我们去深入研究，尤其是烟气主管整体推移、炉壳吊装和热风主管热态接口，为以后大修改造类似热风炉工程提供一个参考平台。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用应用二（球式热风炉的改造）

球式热风炉的蓄热室相比格子砖蓄热室，球式热风炉蓄热室的体积小得多，加上采用顶燃式结构，更加节省空间，所以球式热风炉可以节省大量钢材和耐火材料，缩短工期，具有制造成本低，热效率高，经济效益好，结构简单，维修方便等优点。

基于以上优点，球式热风炉成为前几年中小高炉热风炉的主要型式之一。但长期实践以来，球式热风炉的不足也日益显现出来。

（1）球式热风炉通常设有两个燃烧器，2台燃烧器置于炉顶，再加上热风出口，拱顶大墙有3个较大的孔洞，结构稳定性差。为了获得较大的燃烧空间，燃烧器向上倾斜，拱顶直接受到高温气流的冲刷，拱顶温度高，易损坏。

（2）球式热风炉球床换热系数高，但部分球式热风炉使用的燃烧器燃烧效果差，不能为球床组织起合理的初始流场和温度场，气流和温度分布不均匀，造成耐火球局部黏结，阻损增加，传热效果变坏，风温水平降低，特别是小球径球床的透气性指标较差

（3）球式热风炉对煤气含尘量要求高，煤气含尘量高，引起球床粘结、渣化、堵塞，阻损升高，清灰换球周期缩短。

（4）虽然一次性投资低，但后期维护费用高。正常生产时的清灰换球周期一般都在4~6年。若出现其他问题，换球周期更短。

基于生产中出现的诸多问题，所以在合适的机会对球炉进行升级改造就很有必要。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用以400m3~600m3高炉的球炉改造为例，一般有两种方案：

方案一：仅将球炉燃烧器及拱顶进行改造，仍采用耐火球蓄热。即上部采用旋切式顶燃热风炉的燃烧器和燃烧室，下部蓄热室不作改动，此方案适用于球炉拱顶损坏或燃烧性能不好的球炉改造。（西林450m3高炉改造工程）

这种改造方式主要具有以下优点：

（1）该方案最大程度地利用了原有设施，改造范围只限于拱顶和燃烧系统。冷风、热风、烟道等管道和阀门完全利旧，炉壳约70％以上利旧。

（2）4座热风炉可以在高炉不停产的情况下，依次进行改造。

（3）充分利用了旋切式顶燃热风炉燃烧器燃烧效果好、蓄热室气流分布均匀、结构稳定的优势，并结合了球式热风炉球床换热系数大、投资低等优点，是很经济高效的改造方案。

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用改造前改造后

旋切式顶燃热风炉改造工程中的应用以400m3~600m3高炉的球炉改造为例，一般有两种方案：

方案二：为了避免热风炉过大的阻力损失和较为频繁的换球，使用小孔径高效格子砖蓄热，改善热风炉的热交换条件。下部炉壳根据使用情况考虑是否