提高风温的途径

1、提高风温途径高风温操作是现代高炉生产的突出特点之一，提高热风炉送风温度是提高高炉产量、降低炼铁焦比和能耗的有效措施。影响高炉高风温因素很多，除了改进热风炉的结构，主要影响有两个，一为燃料对热风炉高风温的影响；二为热风炉实际操作对高风温的影响。只有针对影响热风炉高风温的这些因素，采取有效措施，才能确保高炉操作稳定。1.1热风炉结构的改进在大多数新建的高风温热风炉上，热风炉结构作了重大改进。(1) 在不同区域采用不同材质的耐火材料热风炉上部高温区，长期处在13001500 的高温下，采用具有良好的抗蠕变性和高温体积稳定性、荷重软化点接近耐火度(1690 )、高温下热膨胀系数小、抗剥落性好的硅砖。在

2、温度变化剧烈的燃烧器上部和混合室与热风管连接处，选用抗热震性能极优良的高铝质堇青石(2MgO.2Al2O3.5SiO2)砖。它的热膨胀系数低，在制品组织结构中，与熟料颗粒之间形成显微裂隙，改善高铝质制品的热稳定性。根据热风炉各部位不同的要求，采用各种不同性能的耐火砖和绝热砖。此外，还使用了各种性能的喷涂料、陶瓷纤维、填充料，以及理化性能及施工性能均优良的耐火泥浆等。(2) 采用相互独立的砌体结构热风炉拱顶、锥体部分、大墙、连接管道、格子砖等均采用相互独立的砌体。拱顶和锥体分别支承在热风炉各自的砖托上，通过砖托把荷重传递到热风炉上。避免了由于温度不同使砌体产生大的内应力而造成砌体破坏。(3) 大

3、量采用组合砖热风炉拱顶、拱顶联络管、热风出口及其联络管、热风主管、热风围管、陶瓷燃烧器，以及高炉煤气、焦炉煤气、助燃空气的入口均采用了组合砖，而且烟气出口、冷风入口等也都采用了组合砖。这些部位的组合砖带有锁键，能够提高砌体的稳定性和整体性。宝钢1号高炉经过一代炉役十多年的考验，在高炉大修时凉炉检查，砌体非常完整，仅仅在热风炉拱顶两个球体与拱顶联络管之间的下部、混风室等有部分砌体脱落，经过修补，以及燃烧器顶部喷出口和热风支管的砌体进行更换后就能使用。由此说明，组合砖结构的稳定性，对提高热风炉寿命起到了重要的作用。2.燃料和燃烧制度对热风炉风温的影响2.1燃料对热风炉风温的影响热风炉燃料分为高炉煤

4、气、高炉煤气和焦炉煤气混合气、高炉煤气和转炉煤气混合气以及燃空气。其热值各不相同，焦炉煤气的热值是转炉煤气的2倍，转炉煤气的热值是高炉煤气的2倍，因此，在其它条件相同的情况下得到的风温也成比例增加。以高炉煤气为例研究燃料对理论燃烧温度的影响。燃烧产物所含的总热量等于煤气和空气带入的物理热加上燃烧时放出的化学热，即风温为：式中：QDW为低发热值，kJm3，QDW=126.44CO+108.02H2；Qg为煤气物理热，kJm3,Qm为空气物理热，kJm3；VP为燃烧产物的体积流量，CP为燃烧产物的热容，kJ(m3·) f为混合分数；cg, cs 分别为煤气和空气比热，tg ,ts分别为煤

5、气和空气温度，。当空气过剩系数n>1时，其计算公式见下式：因为混合分数与煤气成分有关，因此理论燃烧温度与煤气成分、温度、空气过剩系数有关。以鞍钢3200m3高炉的热风炉为例：燃烧方式为两烧两送。煤气量24×104m3h，空气量166×104m3h，空气温度400，煤气温度200，废气温度370，煤比180kgt，入炉焦比310kgt。煤气成分及热值见表l。假设实际计算按空气和煤气完全反应，即等当量燃烧时，燃烧产物中没有燃料和氧化剂，并且比热cg=cs=cp，且煤气成分不变，计算得T一1494。当煤气温度升高或降低100时，计算得T1554.4和T一14334，理论燃烧

6、温度升高或降低4；同理，空气升高或降低212，计算得T一15334和T一14544，理论燃烧温度提高或降低3；煤气热值提高或降低100kJm3，计算得T153301和T1455.5，理论燃烧温度升高或降低4左右。因此，理论燃烧温度与煤气和空气的预热温度及煤气热值成线性变化。从实际效果看，提高热值，与提高煤气和空气预热温度产生的效果基本相同，但从成本来看，提高煤气温度比较合理。煤气中的含水量对理论燃烧温度也有影响，据数据统计，水分每增加l(约8gm)，煤气热值下降35kJm3，理论燃烧温度下降14。12燃烧制度对热风炉风温的影响热风炉的送风制度对高风温产生影响，风温及风压波动会造成高炉悬料、炉温

7、过热、过凉等炉况失常现象。因此，一般两烧两送允许温差30，风压20kPa；两烧一送允许温差60，风压20kPa。废气温度是格子砖蓄热量大小的标志，废气温度高，说明蓄热量大，而在其它条件一定时，送风温度高，风温相差小。通常采用固定煤气量、调节空气量的方法控制废气。在初期，将煤气量固定最大，控制空气过剩系数最小，用20min左右快速烧到炉顶温度；中期与后期采用提高过剩系数的方法提高废气温度。因初期热风炉格子砖在气流通过时，把气流中的热量吸收到本体中(上部蓄热体起主要作用)，因此，随着高度的降低，造成气流带走的热量减少，所以废气温度上升较慢，拱顶温度相对上升较快。当拱顶温度达到要求时，上部格子砖蓄热

8、能力相对饱和，这时下部蓄热体及上部阻力起到主要作用，当时间充足时，气流也可慢慢通过格孔，使废气温度在规定时间达到要求温度。从节能考虑，需要提高过剩系数(提高空气量)的方法克服阻力把热量带到下部，使下部蓄热量接近饱和后，随气流到达烟道，以提高废气温度。这种方法的优点在于控制方便，但浪费能源，并且对热风炉的寿命产生影响。理想方法是在初期采取较高的煤气量和合理的空气配比，在40rain左右达到拱顶温度；在中期逐渐提高煤气量的，同时增加空气配比(此时过剩系数要逐步大于初期过剩系数)；在后期固定煤气量调整空气量，在保证拱顶温度即上部蓄热量的同时，用空气量带动热气流提高废气温度，即“稳定烧炉法”，这样既保

9、证了最高热量的稳定，又节省了煤气。3热风炉操作对高风温影响分析31热风炉拱顶温度控制分析拱顶温度是蓄热量的标志之一。而拱顶温度和界面温度是空气和煤气配比合理的标志，是气流合理分配的体现。以内燃式热风炉为例，烟气到达拱顶转向1800后，进入蓄热室并在拱顶发生强烈回旋，按其状态可分为3个区域：最外层是具有势流性质的主流区；中心是静压力几乎相等，气体更新很慢的气流核；在气流核与主流区之间是一个强烈的回旋区，回旋区是影响气流合理进入蓄热砖体的重要因素。因拱顶形状不同，气流分布也不同，回旋区域也有所不同。当拱顶形状一定时，气流进人拱顶的位置决定气流的分配，即火焰只有在合适高度时，主气流才能合理进入拱顶，

10、形成合理的回旋区，合理分配进入蓄热砖体。在已知条件下(空燃比一定时)，合理设计拱顶形式，也可达到上述效果。以鞍钢某内燃式热风炉为例：拱顶为悬链式，两烧一送，热风炉拱顶温度见表2。表2热风炉拱顶温度表2表明，拱顶结构和煤气量一定，空燃比、火焰高度不同时，拱顶及热风的温度也不同。在煤气成分一定前提下，空燃比达到理想值时，火焰高度达到合理位置，蓄热载体吸收了最大热量，风温达到理想值。可见，在拱顶形式一定时，保证合理空燃比(火焰高度)是得到高风温的保证。然而在实际生产中，通过加大煤气和空气量(在抽力一定前提下)来保证火焰高度，但同时火焰的刚度将受到影响，如果火焰的刚度不足以保证火焰在燃烧室中心时，热量

11、分配无法达到上述效果。因此，需考虑以下几方面：(1)保证抽力恒定。热风炉废气通过烟道和烟囱进入大气，烟囱高度和密封性决定抽力大小。在热风炉实际燃烧中，因热风炉距烟囱的远近不同，会影响彼此的抽力。送风热风炉的泄漏也会影响燃烧中的热风炉废气的抽力大小，在其他条件不变的情况下，还会影响火焰高度和刚度。(2)保证空煤气压力稳定。压力变化直接影响流量变化和空气中氧气和煤气中的CO、H：的混合均匀度变化，在其它条件相同时，火焰高度和刚度不同。砖体的阻力及耐材的性能等也将影响火焰高度和刚度。32热风炉蓄热载体的实际操作分析格子砖是热量的“储存器”，格子砖孔的大小除了取决于燃烧气体的净化程度外，还取决于生产中

12、的风量。风量大，说明高炉需要热风炉提供的风温要高，因此热风炉存储的热量要多，这就需要增加格孔数量，加大蓄热面积，增加蓄热能力，然而这样会造成格孔堵塞，阻力增加，不利于传热；热风炉在送风时承受的强度高时，就需要减少格孔数量，增加格子砖的强度，但会造成热量浪费。因此需要合理配置蓄热面积和强度。在实际生产中，热气流从上到下流经蓄热砖体时，砖体依次达到接近饱和状态，然后热量被废气带人烟道。当保证设计的正常换炉次数时，格子砖的膨胀和收缩都是有规律的进行，砖与砖之间达到最小程度的压挤，强度满足要求。反之出现送风时间不均时，为了在相等时间内达到相同热量而人为地造成在单位时间、单位空间内热量过剩或不足，热量在

13、气流的带动下，蓄热砖体局部过热或过凉，改变了格子砖的膨胀和收缩规律，强度下降，格子砖破碎，造成蓄热砖体有死区，蓄热量下降，风温随之下降。例如：鞍钢拆扒3。高炉热风炉时发现，因不合理的操作，l热风炉靠近西部人孔大墙附近局部区域格子砖体塌陷，最深处达35m，塌陷坑里散落着碎格子砖砖体；2。热风炉(1995年中修)其格子砖体表面基本规整，下沉较少，但靠近大墙的砖体有微小下沉，形成平均深度约为150200mm的环沟；3号和4号热风炉格子砖均有不同程度的错位、砖柱倾斜、歪扭现象，表面50层格子砖砖柱歪扭、倾斜程度较大，中下部程度轻微，而又以表面10层格子砖体错位最为严重，倾斜的砖柱之间有的形成较大的空隙

14、，有的则紧紧挤靠在一起，个别格子砖格孔被挤压变形成菱形。因此，保证合理操作(换炉次数正常，送风、燃烧时间均匀)是热风炉高风温和长寿的重要保证，并能提高热风炉蓄热室格子砖柱的利用率。这种靠挖掘热风炉本身的蓄热潜力来提高送风温度是最为经济的。33燃烧器的实际操作分析燃烧器应与热风炉结构和大小相匹配，以防止气体不稳定燃烧，即脉动燃烧，甚至严重的燃烧振动。因此好的燃烧器可以降低空气过剩系数，减少空气流量，减少燃烧室的相应高度(与火焰高度有关)，也就能在短时间内使煤气和空气充分燃烧，提高理论燃烧温度，延长热风炉寿命。陶瓷燃烧器就是应用最广泛的一种燃烧器，它能达到长期稳定的燃烧效果。然而在生产实践中，废气成分中往往含有煤气成分，造成煤气浪费，如2008年1月9日鞍钢某3200m3高炉热风炉的废气成分见表3。表3表明，相同的燃烧器煤气量一定时，废气成分随空燃比变化而变化。在煤气成分一定前提下，空燃比不同时，废气中的CO含量不同，煤气浪费程度不同。按照理论计算煤气和空气应完全反应，但实际并没有完全燃烧，其产生原因如下：(1)空气压力或烟道抽力过大，造成两种气体混合不均匀，而将没有燃烧完全的煤气带人蓄热室。(2)由于煤气和空气的出口位置不