攀钢钒2号高炉高风温技术的应用

攀钢钒 2号高炉高风温技术的应用 任小告 （攀钢钒炼铁厂） 摘 要： 2007年 10月，攀钢钒 2号高炉大修，采用了 新型顶燃式热风炉和高风温组合换热技术，之后又成功开发了热风炉自动寻优烧炉技术。主要对顶燃式热风炉、高风温组合换热技术和热风炉自动寻优烧炉技术三种高风温技术的特点和运行情况作了介绍。 关键词： 顶燃式 热风炉 ； 风温； 组合换热 ； 自动寻优 烧炉 0 引言 当前，强化高炉冶炼生产，发展高风温技术是有力推动冶炼技术发展的动力，是高炉炼铁节能降耗的有效措施。高炉热平衡计算表明：热风带入的热量约占全部热量收入的 15 20 ，且基本能全部利用。因此，高风温冶炼技术是高炉强化冶炼的需要，尤其是高富氧大喷吹技术的发展，就更加需要高风温的配合，否则无法获取最佳的冶炼效果。另外，高风温也是目前高炉提高产量、节能降耗的重要途径，根据攀钢钒高炉 30多年发展的经验及冶炼原理，每提高 100 的风温就能降低焦比1.5 加 4左右的产量。 攀钢钒 2号高炉热风炉 2007年 10月大修之前风温平均水平仅为 1 107 ，见表 1。为了提高 2号高炉的风温， 2007年大修时，采用了新型顶燃式热风炉和高风温组合换热技术。 2009年 3月又 成功开发使用了热风炉自动寻优烧炉技术。 1 高风温技术 顶燃式热风炉技术 热风炉结构 表 1 攀钢钒 2号高炉 2007年大修之前的风温水平 年份 风温 年份 风温 年份 风温 1999 1 104 2003 1 104 2007 1 104 2000 1 115 2004 1 114 平均 1 107 2001 1 105 2005 1 118 2002 1 083 2006 1 118 攀钢钒 2号 高炉顶燃式热风炉由蓄热室、拱顶、预燃室组成，主要设计参数见表 2。 喷射旋流预燃室置于热风炉拱顶之上，每座热风炉的预燃室环形布置 36个空气、煤气燃烧口。蓄热室全部为格子砖，蓄热室下部格子砖的材质为粘土砖，上部为硅砖。格子砖采用六边形、 19孔格子砖 ,其加热面积 48 m2/砖与粘土砖连接处设计四层过渡层。热风炉的格子砖下部为无梁炉箅子，其最大耐热温度为 450 。为了表面温度均匀，除保证废气沿格子砖孔眼均匀分布外，还必须保证冷风的均匀分配。为了使气流沿格子砖截面平均分 布，在格子砖的下部，冷风进气口的对面，分别安装了分配板。炉箅子上设有格子砖托板，托板固定在炉箅子上。拱顶和预燃室采用分别支撑与炉壳上的独立支撑结构，使得砌砖结构更加稳定。 特点 1）高风温 送风期，预燃室被热风辐射加热至 750840 ，燃烧期，空、煤气喷入预燃室，空、煤气得到了预燃室的进一步的预热，提高了理论燃烧温度；高温烟气的分布均匀，蓄热室的截面没有死角且结构对称，所以蓄热效率比较高； 与 其他形式的热风炉 相比 ，顶燃式热风炉炉内被蓄热体加热的热风避免了热风出口段的放热过程，直接进入热风管 16 2010 年第 33 卷第 2 期 道。以上 特点保证了顶燃式热风炉高风温的特点。 表 2 攀钢钒 2号高炉 顶燃式 热风炉的设计参数 高炉有效容积 /热风量/(m3年平均风温 / 热风炉座数 /座 热风炉形式 拱顶温度 / 1 200 3 200 1 250 3 改进型顶燃式 1450(废气温度 / 送风制度 格子砖类型 格子砖加热面积/(m2m 格子砖高度 /m 蓄热室截面积 / 450 (两烧一送 19孔 30 48 23 料类型 煤气预热温度 / 空气预热温度 / 热效率 /% 单一高炉煤气 180 400 2）长寿命 热风炉的拱顶与预燃室分离，拱顶和预燃室均采用支撑在炉壳上的独立支撑结构；预燃室，在燃烧期，只是个旋流混合区，只有少部分燃料在燃烧，温度不高，在送风期，热风不经过预燃室，只是承受热风的辐射，因此，整个工作期，预燃室温度波动不大；拱顶、炉墙、格子砖和炉壳结构均匀对称；热风炉拱顶及蓄热室上部工作层耐材，采用高温蠕变率低、高温热震性能好的硅砖， 预燃室 烧嘴采用莫来石砖（复合堇青石），满足了烧嘴在全周期热震比较高的要求； 顶燃式热风炉所用的异型砖相 对少，施工难度小，施工质量容易保证。以上特点都有利于提高炉体的寿命，顶燃式热风炉寿命为高炉一代炉龄以上。 3）低投资 顶燃式热风炉在整个工作同期中温度梯度分布稳定，高温区与低温区分布明显，为耐材的选择提供了有利条件，下部低于 1 000 的部分采用粘土砖，上部高温区采用硅砖，粘土砖价格低，硅砖的价格也大大低于低蠕变高铝砖；顶燃式热风炉没有燃烧室，炉子高度相对低，直径相对小，耐材和钢用量相对少。所以，顶燃式热风炉的投资低。 运行情况 如表 3所示，从 2007年 12月下旬 2号高炉大修开炉以来，开炉前 两个月平均风温分别为 841 和969 ，第三个月， 平均风温达到了 1 189 。特别是到了 2008年 5月、 6月和 11月，平均风温分别达到了 1 206 、 1 212 和 1 212 ，期间的工作风温曾连续 1周稳定在 1 240 以上，连续 3天达到 1 255 。 可见，顶燃式热风炉具有明显的高风温特点。 工程 实践证明，在相同高炉容积条件下，顶燃式热风炉比内燃式热风炉节约钢材和耐火材料，总投资小。投产至 今 ， 拱顶、预燃室和炉壳等部位均没有出现发红、变形等情况。 表 3 攀钢钒 2号高炉顶燃式热风炉 风温水平 年 份 风温 / 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 平均 2007 841 841 2008 969 1189 1167 1197 1206 1212 1186 1176 1176 1187 1212 1187 1172 2009 1191 1194 1196 1161 1196 1201 1190 注： 2号高炉顶燃式热风炉从 2007年 12月下旬运行至今。 高风温组合换热技术 工艺介绍 攀钢钒 2号 高炉热风炉高风温组合换热技术 结合了国内现有预热空气和煤气技术的优点 ,采用 “高风温组合式空气、煤气双预热 ”系统 ,主要由空气、煤气热管式换热器，空气扰流子换热器，前置燃烧炉，引风机，空气、煤气管道，烟道总管和烟囱等组成。 高风温组合换热 系统工艺流程见图。特点 攀钢钒 2号高炉热风炉高风温组合换热技术 将当前国内用于空气、煤气预热最先进的高、低温换热技术与装备进行了最佳组合。经高、低温换热器攀 钢 技 术 17 组合使用后，具有保证安全、稳定、高效生产的特点： 当燃烧炉和高温换热器短期不用或检修时，使用低温换热系统，可保 风温 1 200 的水平；当低温换热器检修时，使用高温换热系统预热空气，也可保风温 1 200 的水平；另外系统可根据高炉使用风温情况，可进行被预热气体温度控制调节。 图 高风温组合换热系统工艺流程图 煤气预热完全采用具有间接换热特点的热管换热器，保证烟气和煤气互不泄漏。空气预热器采用了热管换热器和扰流子换热器两级换热的形式，保证了助燃空气能加热到足够的温度。 热管式换热器效率比较高，空、煤气热管式换热器的使用，保证了空、煤气预热温度的同时，又最大限度地回收了烟气余热，节约燃料消耗。 运行情况 高风温组合换热 系统 的运行情况见表 4，空气和煤气预热温度平均值分别为 280 和 167 ，最高值分别为 380 和 194 。可见，该 系统具备 使用低热值高炉煤气获得高风温的能力。 表 4 高风温组合换热系统运行参数 参数名称 平均值 最高值 整体热管换热器空气入口温度 40 41 整体热管换热器空气出口温度 180 215 扰流子换热器空气入口温度 180 215 扰流子换热器空气出口温度 280 380 整体热管换热器煤气入口温度 44 46 整体热管换热器煤气出口温度 167 194 前置炉膛温度 945 1 059 前置炉出口烟气温度 361 397 扰流子换热器烟气入口温度 355 480 扰流子换热器烟气出口温度 280 314 热管换热器空气段烟气入口温度 281 309 热管换热器空气段烟气出口温度 158 166 热管换热器煤气段烟气入口温度 295 320 热管换热器煤气段烟气出口温 度 149 154 从表 4中可以看到， 整体热管换热器煤气段烟气出口温度和空气段烟气出口温度平均值分别为149 和 158 ，最高值分别为 154 和 166 。可见，该 系统对烟气余热的回收充分，热效率高。 热风炉自动寻优烧炉技术 工艺介绍 高炉热风炉燃烧自动寻优控制系统 （以下称，以灵敏度极高的热风炉拱顶温度为目标值，结合热风炉燃烧的数学模型，在12 控制煤气调节阀及空气调节阀精确调节流量，使实际流量随时处于最佳状态，而不 受煤气压力变化及煤气热值变化的影响。 特点 1)使用精确的燃烧过程数学模型，使得热风炉在强化燃烧期或蓄热燃烧期 90%以上时间都处于最佳配比燃烧状态。它根据热风炉燃烧参数的变化通过计算机软件技术和人工模糊控制、专家系统等新型控制技术，不断计算并自动调整最佳空燃比，以推动各热风炉的控制阀提供最佳的燃烧配比量，从而实现整个烧炉过程最优控制。 2)采用炉顶温度，煤气压力、煤气流量、空气流量、废气温度等非易损量为输入量，而不采用如含氧量、煤气热焓值等易损量； 采用废气含氧量或 煤气热焓值量为输入量的系统，具有更高的燃烧精度和可靠性。 3)能大大地降低对热风炉操作工人的烧炉技术要求，减轻其劳动强度，使操作工人的主要精力用于热风炉的整体设备维护上，减少因热风炉设备故热风炉 引风机 热 管 换 热 器 前 置 炉 空气 扰 流 子 煤气 烟气 助燃空气 煤气 助燃空气 煤气 助 燃空气 烟气 烟囱 18 2010 年第 33 卷第 2 期 障而引起的休风率。 4） 该系统与原 统相比，对流量的控制更稳定。就煤气流量来说，由于煤气压力的变化，采用自动寻优烧炉，煤气流量的波动的幅度比采用原 统波动的幅度小，显得更稳定。 运行情况 从 2009年 3月份该系统运行以来，实现了 24 作方 便 ，不需要人工不停的 调控 ，减轻了劳动强度；系 统稳定、可靠、故障率低；明显提高了风温和节约了煤气 ，热风炉自动寻优烧炉系统运行参数 见表 5。 2 高风温技术的应用及分析 投产以来， 2号高炉风温平均水平 1 190 ，与大修前内燃式热风炉相比（见表 1），风温提高了83 ，体现了目前攀钢钒 2号高炉 高风温技术的应用效果。 但是，风温应用水平一方面取决于热风炉系统能力，另一方面取决于高炉高风温冶炼技术的发展。从表 6看 ，攀钢钒 2号高炉风温与设计水平还有72 差距，拱顶温度、废气温度、煤气预热温度和空气预热温度还可以进一步提高， 热风炉自动寻优烧炉技术在高风温下更 能体现它的优势。所以， 攀钢钒 2号高炉热风炉系统保持更高风温的能力还很强，为高炉高风温冶炼提供坚实的基础。 表 5 热风炉自动寻优烧炉系统运行参数 温度提高量 / 煤气节约量 /% 6 攀钢钒 2号高炉 顶燃式 热风炉主要参数对比 风温 / 拱顶温度 / 废气温度 / 煤气预热温度 / 空气预热温度 / 设计水平 1 250 1 450 450 400 180 使用水平 1 190 1 352 400 280 149 差值 60 98 50 120 31 注：平均风温是 3 结论 1）攀钢钒 2号高炉顶燃式热风炉具有明显的高风温特点，平均风温 1 190 ,最高风温 1 255 ，平均风温比大修前提高了 83 。工程 实践证明，在相同的高炉容积条件下 ,攀钢 钒 2号高炉 顶燃式热风炉比内燃式热风炉节约钢材和耐火材料 ,总投资小。 2） 投产 18个月以来 ， 热风炉 的 拱顶、预燃室和炉壳等部位均没有出现发红、变形等情况。 3） 高风温组合换热系统空煤气预热温度平均值分别为 280 和 167 ,最高值分别为 380