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  • BSK新型頂燃式熱風爐技術在首鋼,2012
  • 華北地區-唐山-市場分析 發布日期：[2012-07-11]
  • dbzz.net熱風爐是煉鐵生產過程重要設備之一，供給高爐熱風熱量約占煉鐵生產耗熱的四分之一，消耗的高爐煤氣占高爐產生煤氣量的40%，因此提高熱風爐的熱效率對降低能耗具有巨大的現實意義。高爐煉鐵由熱風爐提供高風溫是當今世界煉鐵技術發展方向。高風溫是強化高爐冶煉、降低焦比、增加產量的有效措施。每提高100℃風溫，可以節約焦炭15--20kg/tFe，同時增產3%-5%，并且為高爐的大噴煤比操作創造條件。在全球煉焦煤資源日益緊張的今天，最大限度的提高噴煤比、降低燃料比是現代化大高爐能夠與非高爐煉鐵工藝抗衡的關鍵。北京首鋼國際工程技術有限公司（以下簡稱“首鋼國際工程公司”）在首秦1號高爐（爐容1200m3）成功應用了頂燃式熱風爐，首次設計應用了2座小型頂燃式熱風爐用于預熱助燃空氣至600℃，從而在全燒高爐煤氣的情況下得到穩定的1250℃的風溫。首鋼國際工程公司在5500m3特大型高爐上首次應用擁有自主知識產權的BSK新型頂燃式熱風爐，這是頂燃式熱風爐首次應用于4000m3以上的大型高爐，是世界煉鐵設計史的一個里程碑。1 BSK新型頂燃式熱風爐研發背景高爐采用熱風爐操作經歷了近100年的歷史，最早的熱風爐是管式熱交換器，熱風溫度只有315℃。1959年和1965年先后出現了地得式（Didier）外燃熱風爐和馬琴（Martin或Pagenstecher）外燃熱風爐；20世紀60年代末由新日本鋼鐵公司設計應用了新日鐵外燃式熱風爐；1972年出現了霍戈文（Hoogovens）改進型內燃式熱風爐。首鋼20世紀80年代初在1327m3的大型高爐上設計應用了擁有完全自主知識產權的頂燃式熱風爐，這是世界上首次將頂燃式熱風爐應用在1000m?以上的大型高爐上，在國內引起強烈反響，同時受到了世界各國的重視。頂燃式熱風爐與外燃式和內燃式相比，其主要優勢有：1）爐內無蓄熱死角，在相同爐內容量時，蓄熱面積可增加25%-30%；2）爐內結構對稱，流場分布均勻，消除了因結構導致的格子磚蓄熱不均現象；3）由于是穩定對稱結構，因此爐型簡單，結構強度好，受力均勻；4）燃燒器布置在熱風爐頂部，減少了熱損失，有利于提高拱頂溫度；5）熱風爐布置緊湊，占地小，節約鋼材和耐火材料。頂燃式熱風爐雖然優勢明顯，但也有若干需要解決的難題：1）需要性能良好的高效燃燒器，要求在拱頂的有限空間內完全燃燒，同時形成均勻的流場，無偏流存在；2）拱頂要經受強烈的溫度波動，對耐火材料的性能和砌筑方式都有嚴格要求；3）受熱風爐膨脹的影響，管系受力和膨脹較復雜，對管系設計和受力計算要求高。首鋼國際工程公司設計擁有自主知識產權的BSK新型頂燃式熱風爐，經過艱苦的技術攻關，成功應用于5500m3特大型高爐，BSK新型頂燃式熱風爐運行良好，首鋼京唐1號高爐投產以后，月平均熱風溫穩定在1280℃，完全達到了設計要求，贏得了業主、國內外冶金專家的一致好評。首鋼京唐鋼鐵廠BSK頂燃式熱風爐實景2 BSK新型頂燃式熱風爐主要技術特點首鋼國際工程公司自主知識產權的BSK新型頂燃式熱風爐采用了多項創新技術，包括熱風爐布置，管系布置和受力，助燃空氣和煤氣預熱方式，熱風爐燃燒器結構，熱風爐爐殼防高溫晶界應力腐蝕等，確保熱風爐在全燒高爐煤氣的情況下實現1300℃風溫，真正達到高風溫，高效，長壽的目標。2.1熱風爐布置首鋼國際工程公司總結以往的矩形布置經驗，提出了一種新型頂燃式熱風爐矩形布置結構，其特點是四座熱風爐采用非對稱矩形布置；將熱風豎管設置在四座熱風爐形成的矩形區域之外；設置單獨的熱風爐框架，用以支撐工藝管道和閥門等；設置一臺普通橋吊即可滿足熱風爐區的設備檢修需要；由于豎管在矩形區域之外，因此可將主煙道布置在地上。首鋼京唐鋼鐵廠熱風爐布置三維圖2.2管系布置和“無應力”設計優化如何才能將各種管道錯落有致的布置好，以便在滿足工藝要求的同時，盡量減少管道和框架的鋼材用量，還要方便各種閥門的正常檢修和維護？另外，由于管系較為復雜，各種管道很容易出現“碰撞”，如果在設計時沒有注意，會造成大量返工、施工進度滯后等后果。為了提高設計質量，保證工程進度，首鋼國際工程公司采用三維設計，提高了管系設計的工作效率，同時有效避免了管道碰撞。由于熱風爐的各種主管道都是在高溫和（或）高壓的工況下工作，管道受到熱膨脹力、壓力、摩擦力和彈力等，受力情況十分復雜，只有認真研究每條管道的受力狀況，經濟而合理的設置管道支架和補償器，才能有效保證管系的正常使用壽命。首鋼國際工程公司設計人員經過反復計算，反復修改，反復論證，多方案比較，最終設計出了首鋼京唐5500m3大高爐BSK新型頂燃式熱風爐的所有管系，形成了一整套先進的“無應力”管系設計理念。2.3助燃空氣和煤氣預熱方式該工藝流程與國內外現有的熱風爐預熱技術相比，具有明顯的優越性：1）提高了熱風爐的拱頂溫度和換熱效率，有效減小熱風爐爐容，節約投資。2）提高煙氣溫度，可以提高煤氣的預熱溫度，通過對助燃空氣也進行低溫預熱，最大限度的回收煙氣熱量，有效提高了熱風爐系統總的熱效率。3）通過全燒高爐煤氣實現1300℃風溫，利用了低熱值煤氣。京唐熱風爐系統通過將高爐煤氣燃燒，直接將熱量傳給助燃空氣，提高助燃空氣溫度，從而顯著提高熱風溫度。4）空氣預熱系統壽命長，工作穩定。BSC預熱爐的設計壽命與BSK新型頂燃式熱風爐的設計壽命相同，且換熱能力穩定，不會出現日久失效的問題。首鋼京唐鋼鐵廠BSK新型頂燃式熱風爐模型2.4熱風爐燃燒器京唐5500m3高爐的BSK新型頂燃式熱風爐燃燒器是陶瓷燃燒器，適應助燃空氣預熱至600℃高溫工況。該燃燒器采用擴散式燃燒方式，空煤氣流量的適應范圍寬，混合充分均勻，在進入格子磚之前已燃燒完全。燃燒生成的高溫煙氣流場均勻有序，經過首鋼國際工程公司的FCD仿真計算和冷態測試，證實爐內流場分布符合設計要求。首鋼京唐鋼鐵廠BSK新型頂燃式熱風爐爐內流場分布示意圖2.5熱風爐爐殼防高溫晶界應力腐蝕晶界應力腐蝕問題普遍存在于高風溫熱風爐系統。其主要原因是拱頂溫度達到1400℃以上時，氮氧化物迅速增加，與爐殼上的冷凝水作用生成腐蝕性酸液，腐蝕液從爐殼存在應力的地方沿著晶格深部侵入、擴展而至破裂。熱風爐工作時產生的脈沖應力和疲勞應力又促進了腐蝕破裂進程。在京唐BSK新型頂燃式熱風爐的設計過程中，設計者積極吸收國內外的先進經驗，對不同方法進行比較論證，實地考察各鋼廠的使用效果，決定在熱風爐爐殼里側刷YJ-250防腐涂料，在防腐涂料上再噴涂一層耐酸噴涂料。另一方面，將熱風爐拱頂最大設計溫度控制1450℃以內，正常操作溫度控制在1420℃以內，保證熱風爐始終在安全溫度內運行。控制氮氧化物生成，從源頭防止晶界應力腐蝕。3BSK新型頂燃式熱風爐經濟效益和應用前景BSK新型頂燃式熱風爐以其布置緊湊，占地面積小，節約鋼材和耐火材料，對各種工況適應性強等優點，被越來越多的業主所認可。經統計比較，在相同高爐容積條件下，頂燃式熱風爐比外燃式熱風爐節約鋼材20%-30%，節約耐火材料約15%，節約投資約20%。采用煤氣一級低溫預熱，空氣兩級高溫預熱的專利技術，在單燒高爐煤氣的情況下，不僅可滿足目前國內普遍追求的1250℃風溫，更可以提供1300℃高風溫。結合熱風爐高溫防晶界應力腐蝕技術，可以保證熱風爐在提供高風溫的同時，有效防止爐殼開裂，保證熱風爐實現長壽，高效，高風溫。高效新型頂燃式熱風爐燃燒器可實現空煤氣充分混合，燃燒完全，煙氣中CO含量僅為0.0016%（20mg/m3），低于德國環保標準要求，是標準值的1/5。高溫煙氣均勻進入蓄熱室，有效提高了格子磚的利用率，強化換熱過程，熱效率提高約5%。BSK新型頂燃式熱風爐以占地小，投資省，風溫高，工藝流程簡單，節能環保等多項優勢，引領熱風爐技術發展的前進方向，不斷開拓新的市場，不僅滿足新建鋼廠的高要求，也完全適用于現有高爐原地擴容大修改造。4BSK新型頂燃式熱風爐研發團隊在首鋼國際工程公司副總經理、教授級高級工程師張福明的帶領下，形成了以煉鐵室主任、教授級高級工程師毛慶武，煉鐵室主任助理、教授級高級工程師錢世崇，主管設計師、高級工程師梅叢華和倪蘋等專家為核心，高級工程師范燕，工程師許云，青年設計師銀光宇、李欣等為骨干設計力量的熱風爐設計團隊。繼首秦1號高爐成功使用頂燃式熱風爐和空氣高溫預熱技術后，頂燃式熱風爐技術先后在首秦2號高爐，重鋼4號高爐，印度BIL高爐等工程設計應用。通過首鋼京唐5500m3特大型高爐BSK新型頂燃式熱風爐的設計投產，首鋼國際工程公司擁有了新型頂燃式熱風爐的自主知識產權，已完全有能力獨立承攬設計、總包新建或大修改造的熱風爐項目。提升鋼鐵企業品質，推動冶金技術進步是首鋼國際工程公司的使命，以高效、優質、低耗、長壽、清潔為目標的首鋼BSK新型頂燃式熱風爐技術正大步走向世界。（作者：梅叢華系首鋼國際工程公司）（責編：孫儷）
         
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