炼铁智能控制技术-项目3 任务7知识点2 高炉热风炉

《炼铁智能控制技术》项目三高炉运转工任务7：热风炉操作知识点2高炉热风炉主讲：朱燕玉０2任务描述/INTRODUCTION

小李是炼铁厂的新进职员，分配至运转工段进行热风工岗位工作，为了更好进入角色，他准备掌握热风炉的燃烧制度、送风制度原理高炉热风炉的主要设备的构造、工作原理；能完成控制热风炉烧炉、送风与换炉操作工作。高炉运转工—热风工岗位说明点检热风炉设备运转是否正常并及时维修保养设备，完成热风炉停炉、送风、焖炉等操作等任务，按高炉需求,按时按量稳定供风的人员。1.设备点检维护2.换炉作业操作3.停、送风操作4.异常状态判断与处理高炉空气鼓风机热风炉高炉送风系统送风系统冷、热风管道阀门热风一、高炉鼓风机(一)高炉冶炼对鼓风机的要求:

高炉鼓风机是高炉冶炼最重要的动力设备。它不仅直接为高炉冶炼提供燃料燃烧所需要的氧气，而且还为炉内煤气流的运动克服料柱阻力提供必需的动力。①有足够的送风能力，均匀地提供足够的风量及一定的风压②有一定的稳定调节范围和可靠的安全控制系统。③送风均匀而稳定，即风压变动时，风量不得自动地产生大幅度变化。④能保证长时间连续、安全、高效率运行，炉机配合也很重要。一、高炉鼓风机(二)高炉鼓风机类型及特性常用的两种高炉鼓风机有：离心式和轴流式1、离心式鼓风机（1）

工作原理：利用旋转的叶轮推动气体质点运动，产生离心力，使空气达到一定的风量和风压。四级离心式鼓风机（2）结构示意图：进气口排气口工作叶轮固定导向叶片4－扩散器优点：单级压缩比大，特征曲线平坦。适用于定风压操作。缺点：体积大，制造困难，功率消耗多，经济性差。离心式鼓风机（3）

特性曲线：

K-4250-41-1型离心式鼓风机特性曲线

鼓风机特性曲线：在一定吸气条件下，鼓风机的风量、风压、效率及转速之间的关系曲线一、高炉鼓风机1、离心式鼓风机①在一定转速下，风量随外界阻力（风压）增加而减少。特性如下：②风量和风压随转速而变化，通过自动控制转速可调节风量。③风压过低时，风量达到最大区段，原动机功率增加。故大量放风时会导致原动机过载。④风机风压过高时，风量迅速减小，超过喘振曲线时出现倒风现象，即喘振现象。风机不能在喘振曲线以左的区域运行。喘振现象边界线⑤风机转速越高，风量与风压变化特性曲线末尾段曲线变得越来越陡。中等风量时，曲线比较平坦，这个较宽的高效率风量区称为风机的经济运行区。⑥风机的特性曲线随吸气条件的改变而变化。同一风机同一转速夏季比冬季出口风压低20-25%。一、高炉鼓风机2、轴流式鼓风机（1）工作原理：依靠在转子上装有扭转一定角度的工作叶片随转子一起高速旋转，由于工作叶片对气体作功，使获得能量的气体沿轴向流动，达到一定的风量和风压。（2）结构示意图轴流式鼓风机1－机壳；2－转子；3－工作叶片；4－导流叶片；5－吸气口；6－排气口

一、高炉鼓风机3.特性曲线：二.轴流式鼓风机①气体在风机中沿轴向流动，风机效率高（90%）；②结构紧凑、质量小，运行稳定，功率大，更能适应大型高炉冶炼要求；③有较宽的工作范围（转速可调或静叶可调）；④特性曲线斜度很大，近似等流量工作，稳定工况区较窄；在高炉稳定风量操作时能发挥效率高的优越性。⑤飞动曲线斜度小，容易产生飞动现象；一、高炉鼓风机(1)高炉入炉风量（2）考虑漏风率：大高炉0.1，中小高炉0.15

一、高炉鼓风机（三）高炉鼓风机的选择1.高炉鼓风量的确定：式中：V0

——标态入炉风量，m3/min；Vu——高炉有效容积，m3；I——高炉冶炼强度，t/(m3·d)，取最高值；

Vj——每吨干焦消耗标态风量，m3/t。一般在2450～2800m3/t之间。

2、鼓风机出口风压的确定一、高炉鼓风机式中：

P

B——鼓风机出口风压，Pa；Pt——高炉炉顶压力，Pa；△PLS——高炉料柱阻力损失，Pa；△PFS——高炉送风系统阻力损失，Pa。（三）高炉鼓风机的选择在最终确定鼓风机最高出口压力时，还应考虑正常送风时的风压的波动值。小于或等于3000m3级高炉可提高0.03MPa,4000m3及以上高炉可提高0.04MPa。（1）大气状况对高炉鼓风机工作的影响由于各地的大气温度、湿度和压力的变化，风机的吸气条件发生了变化，必须用气象修正系数对风量和风压分别加以修正。一、高炉鼓风机（三）高炉鼓风机的选择（2）鼓风机工况点风量和风压计算高炉鼓风机必须根据鼓风机的特性曲线来选择，不能直接用铭牌风量、风压来选择，因此对标准风量和风压必须进行修正换算。按下式将要求的鼓风机的出口风量换算为鼓风机工况点的容积风量：q——鼓风机特性曲线上工况点的容积风量，m3/min；qc——要求鼓风机在标准状态下的容积风量，m3/min；K——风量修正系数。一、高炉鼓风机（三）高炉鼓风机的选择将鼓风机特性曲线上工况点的风压(绝对大气压力)换算为某地区鼓风机实际出口风压(绝对大气压力)：PC——某地区要求鼓风机实际达到的出口风压，MPa；P——鼓风机特性曲线上工况点的风压，绝对大气压力，MPa；K/——风压修正系数。（2）鼓风机工况点风量和风压计算一、高炉鼓风机（三）高炉鼓风机的选择(3)选择风机要考虑以下两点：

①应满足夏季最高冶炼强度的要求；冬季，风机应能在经济区域工作；②对于高压操作的高炉，应考虑常压冶炼的可行性和合理性，风机应在ABCD区域工作，如图：A点：夏季、高压操作、最高冶炼强度工作点；B点：夏季、常压操作、最高冶炼强度工作点；C点：冬季、常压操作、最低冶炼强度工作点；D点：冬季、高压操作、最低冶炼强度工作点。E、F点应在鼓风机的经济(高效率)运行区内。一、高炉鼓风机（三）高炉鼓风机的选择在选择高炉鼓风机时应当考虑使高炉容积和鼓风机的能力都能同时发挥作用。为了确保高炉安全生产，应设置备用鼓风机，其台数与炉容大小和高炉座数有关。一般相同炉容的2~3座高炉设一台备用鼓风机。一、高炉鼓风机（三）高炉鼓风机的选择（四）提高风机出力的途径3、风机并联：把两台鼓风机的出口管道，顺着风的流动方向合并成一条管道送往高炉。风机并联可以提高风量。4、风机串联在主风机吸风口前设置一加压风机，使主风机吸入的空气比重增加。风机的串联可以提高风压。

1、改造现有鼓风机本身的性能。2、改变吸风参数，如喷水降温，改变吸风口温度等。一、高炉鼓风机思考题1.高炉炼铁送风设备的组成？2.简述高炉炼铁对鼓风机的要求？3.如何选择鼓风机？二、高炉热风炉二、高炉热风炉现代高炉普遍采用蓄热式热风炉。蓄热式热风炉基本工作原理：煤气在燃烧室燃烧，高温（1200-1400℃）烟气通过蓄热室加热格子砖，然后再使鼓风通过炽热的格子砖加热并送入高炉。每座高炉配置三或四座热风炉，轮流交替地燃烧和送风，高炉连续不断地得到高温助燃空气。蓄热式热风炉有三种基本结构形式：内燃式热风炉——较小的高炉

（传统型和改进型）外燃式热风炉——大高炉顶燃式热风炉——较小的高炉、现代化高炉从加热烟气及鼓风气流在格子砖室内的分布状况来看，外燃式最好，顶燃式次之，内燃式最差，但按它们所需的投资来排序却正好相反。较小的高炉，热风炉直径较小，多采用内燃式和顶燃式;大高炉由于热风炉直径大，为使气流均匀分布，多采用外燃式热风炉。二、高炉热风炉（一）热风炉的结构作用：承受炉壳传递的设备载荷，炉底传递的耐火砌体载荷，以及承受其他附属设备的载荷等。两种形式：一是将一组热风炉建筑在同一个混凝土的基础上;二是每座热风炉有独立的基础。炉基一般为钢筋混凝土结构，其表面的正常工作温度通常都小于250℃。为了防止热风炉炉基产生不均匀下沉致使管道变形、撕裂，一般都把一座高炉的热风炉组(3座或4座)的炉基做成为一个整体。基础对土壤的耐压力，一般应不小于2.96*105Pa,否则应进行打桩等加固处理。基础外侧为烟道，现多采用地上布置，两座相邻高炉热风炉可共用一个烟囱。1、炉基热风炉由炉衬、燃烧室、蓄热室、炉壳、炉篦子、支柱、管道、阀门及炉基、炉壳等组成。二、高炉热风炉二、高炉热风炉作用：确保密封，安装设备，承受耐火砖砌体膨胀压力及炉内气体压力等载荷。材质：用8~20mm厚度不等的钢板连同炉底板焊成一个不漏气的整体，在其内部衬以耐火砌体，并用地脚螺丝将炉壳固定在炉基上。工作特点结构要求：高炉的大型化，风压越来越高，对炉壳的选择和焊接工艺的要求越来越高，炉壳有向厚发展的趋势。考虑到热风炉为受热设备，具有受热上涨和周期性摆动等特点，对垂直焊缝尽量采用圆滑过渡，如炉底板目前采用了圆弧形炉底板；炉壳用地脚螺丝固定在基础上，炉底封板与基础间压力灌浆；或把地脚螺栓改成锚固板；2、炉壳（一）热风炉的结构

燃烧室断面形状A－圆形；B－眼睛形；C－复合形二、高炉热风炉3、燃烧室：作用：燃烧室是燃烧煤气的空间，位于炉内一侧紧靠大墙。（1）内燃式热风炉断面形状有三种：圆形、眼睛形、复合形

燃烧能力大，燃烧好。但占地面积大，蓄热室死角大，使蓄热室的有效利用面积减小；外燃式热风炉使用占面积较小，燃烧废气进入蓄热室分布较均匀，蓄热室的死角小，有效利用面积增加，但燃烧室的通道当量直径小，烟气阻力大，对燃烧不利。结构不稳定复合型燃烧室兼有前两种燃烧室的优点，应用较广。多用于大中型高炉（一）热风炉的结构（3）燃烧室隔墙：由两层互不错缝的高铝砖砌成，大型高炉345mm＋230mm；中、小型高炉两层230mm。

（2）燃烧室尺寸：燃烧室截面积（包括隔墙面积）占热风炉总内截面积的25～30％，大高炉取小值，小高炉取大值。3、燃烧室：复合型燃烧室砌砖1、尖角部分填充粘土泥料2、填充粘土泥料或草袋二、高炉热风炉（一）热风炉的结构4.蓄热室作用：是热风炉进行热交换的主体，它由格子砖砌筑而成。二、高炉热风炉（一）热风炉的结构2.常用的格子砖类型：板状砖：每个孔由四块砖组成。（很少使用）块状穿孔砖：是在整块砖上穿孔。采用较多的是五孔砖和七孔砖。1.蓄热室的结构：单段式：整个高度上格孔截面不变；多段式：格孔截面变化；格子砖上部高温区域一般采用高铝砖和硅砖，下部温度较低的区域一般采用粘土砖。目前大多数热风炉的蓄热室格孔为单段式，只有少部分热风炉采用两段或三段式。5.炉墙1.作用：炉墙起隔热作用并在高温下承载。2.组成：由砌体（大墙）、填料层、隔热层组成。大墙厚度：中小高炉为230mm，大高炉345mm。材质：上部高温区用高铝砖，下部低温区用粘土砖。隔热砖：一般为65mm硅藻土砖，紧靠炉壳。填料层：在隔热砖和大墙之间留有60～80mm的水渣——石棉填料层。在上部高温区大墙外增加一层113或230mm的轻质高铝砖；注意：热风口、燃烧口周围一米半径范围内的砌体紧靠炉壳，以防止填料脱落时窜风。二、高炉热风炉（一）热风炉的结构炉墙砌砖a-低温区；b-中温区；c-高温区1-喷涂层；2-隔热砖；3-耐火砖5.炉墙喷涂层隔热砖耐火砖二、高炉热风炉（一）热风炉的结构6.拱顶1.作用：连接燃烧室和蓄热室。2.结构：半球形、锥形、锥球形、抛物线形和悬链线型。半球形锥形悬链线型二、高炉热风炉（一）热风炉的结构8.支柱及炉箅子

1.作用：承受蓄热室全部格子砖载荷。2.材质：废气温度不超过350度，普通铸铁件；当废气温度较高时，可用高硅耐热球墨铸铁或高锰耐热铸件。3.结构要求：支柱高度要满足安装烟道和冷风管道的净空需要，保证气流畅通；炉箅子的块数与支柱数相同。二、高炉热风炉（一）热风炉的结构（二）热风炉的类型外燃式热风炉内燃式热风炉顶燃式热风炉二、高炉热风炉（1）特征：燃烧室和蓄热室同置于一炉壳内，之间用隔墙隔开。（2）基本结构：炉衬、燃烧室、蓄热室、炉壳、炉篦子、支柱、管道及阀门等（3）优缺点：优点：结构简单，建设费用较低，占地面积较小。缺点：①蓄热室烟气分布不均匀；②燃烧室隔墙结构复杂，易损坏。（二）高炉热风炉类型1、内燃式热风炉（1）燃烧室和蓄热室之间的隔墙温差太大，易引起燃烧室产生裂缝、掉砖、短路烧穿。（2）拱顶为圆球形，当高温烟气由拱顶进入蓄热室时，气流分布很不均匀，造成局部过热，损坏耐火砖，使火井向蓄热室倾斜;且拱顶坐落在大墙上。受大墙不均匀涨落与自身热膨胀的影响而产生拱顶裂缝。（3）随着高炉大型化，风压越来越高，热风炉己成为一个受压容器，加之热风炉的炉皮随着耐火砌体的膨胀而上涨，将炉底板拉成碟子状，以致焊缝拉开，炉底板拉裂，造成严重漏风。（4）由于热风炉存在着周期性的摆动和上下涨落运动，经常出现热风炉短管‘’烂脖子”现象。（5）多采用金属套筒燃烧器，容易产生脉动。1、内燃式热风炉传统型内燃式热风炉特点:

（二）高炉热风炉类型改进型内燃式热风炉（霍戈文）主要特征：（1）采用悬链线形拱顶，且拱顶与大墙脱开。（2）燃烧室下部隔墙增设绝热砖和耐热不锈钢板，用以防止气流短路。（3）采用眼睛形火井和矩形陶瓷燃烧器相配合。（4）采用圆弧形炉底板。（二）高炉热风炉类型1、内燃式热风炉改进型内燃式热风炉悬链线拱顶矩形陶瓷燃烧器眼睛型燃烧室（1）外燃式热风炉炉型特征：燃烧室和蓄热室分别在两个圆柱形壳体内，两个室的顶部以一定方式连接起来。2、外燃式热风炉外燃式热风炉结构示意图（2）分类（二）高炉热风炉类型2、外燃式热风炉蓄热室的上端有一段倒锥形，锥体上部接一段直筒部分，直径与燃烧室直径相同，两室用水平通道连接起来。蓄热室上部有一个锥体段，使蓄热室拱顶直径和燃烧室直径相同。

在气流分布均匀、结构稳定方面，新日铁式与马琴式比较好，但使用的材料较多，散热面积较大。现在新建的外燃式热风炉多为新日铁式和马琴式。（二）高炉热风炉类型工作原理热烟气穿过蓄热室将室内的格子砖加热。煤气和助燃空气由管道经阀门送入燃烧器，并在燃烧室内燃烧燃烧的热烟气向上运动经过拱顶时改变方向，再向下穿过蓄热室2.外燃式热风炉热烟气进入大烟道经烟囱排入大气（二）高炉热风炉类型工作原理格子砖被加热并蓄存一定热量后，热风炉停止燃烧，转入送风。送风时冷风从下部冷风管道经冷风阀进入蓄热室，空气通过格子砖时被加热空气通过格子砖时被加热，经拱顶进入燃烧室，再经热风出口、热风阀、热风总管送至高炉2.外燃式热风炉（二）高炉热风炉类型2、外燃式热风炉拱顶由圆柱形通道连成一体。拱顶由两个直径不等的球形拱构成，并用锥形结构相互连通。地得式和拷贝式的高度较低，地得式占地面积较小，但结构庞大，稳定性差，气流分布较差，新日铁式占地面积最大；（二）高炉热风炉类型（3）外燃式热风炉的特点：（1）结构上：外燃式比内燃式合理，有利于强化燃烧；（2）燃烧室、蓄热室、拱顶等部位砖衬可以单独膨胀和收缩，可以承受高温作用；（3）由于两室都做成圆形断面，且拱顶有特殊连通结构，使炉内气流分布均匀，有利于燃烧和热交换。（4）可长时间保持较高的送风温度。（二）高炉热风炉类型结构复杂，占地面积大，投资成本增加，一般应用于新建的大型高炉。但是从高风温、长寿命所获得的经济效益角度来讲，这不能算是缺点。当前外燃式热风炉在世界上被普遍采用，特别是要求提供1200℃以上高风温的大型高炉。（4）外燃式热风炉的缺点取消了燃烧室，将燃烧器直接安装在热风炉的顶部，以拱顶空间作为燃烧室。国外称之为无燃烧室热风炉。3、顶燃式热风炉顶燃式热风炉特点:（1）扩大了蓄热室容积，在相同热风炉容量条件下，蓄热面积增加25%~35%。（2）结构对称，稳定性好，气流分布均匀。（3）采用大功率短焰或无焰燃烧器，使高温集中在拱顶部位，热损失减少，有利于提高拱顶温度。（4）蓄热室内气流分布均匀，效率高。（5）耐火材料