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技高一籌改造球式熱風(fēng)爐
技高一籌改造球式熱風(fēng)爐
球式熱風(fēng)爐是頂燃式熱風(fēng)爐的一種，其特征是蓄熱室蓄熱體采用自然堆放的耐火球作為傳熱換熱的載體。我國在上
世紀(jì)末大批量建設(shè)的這種熱風(fēng)爐具有下列特點(diǎn)：蓄熱性能好，熱交換面積大，熱風(fēng)爐爐體高度低，耐火球自然堆放
，建設(shè)周期短，投資費(fèi)用小，操作方便，熱風(fēng)溫度高，換球和維修方便等，在中小高爐中得到普遍應(yīng)用。
球式熱風(fēng)爐有何缺點(diǎn)呢？劉世聚向記者詳細(xì)介紹了他所了解的信息。
先說帶套筒燃燒器的球式熱風(fēng)爐。這種熱風(fēng)爐混合燃燒狀態(tài)較差，即使在多燒嘴情況下也不會(huì)有太大改善。通常煤
氣與空氣進(jìn)入后不能很好地充分混合，燃燒過程基本上處于半預(yù)混半擴(kuò)散燃燒狀態(tài)，導(dǎo)致混合不均勻、燃燒不完全
、燃燒強(qiáng)度低、過量空氣系數(shù)大、燃燒溫度上不去、效率低等狀況發(fā)生。此外，其燃燒后的高溫?zé)煔庾詈筮M(jìn)入球式
蓄熱體，在旋流情況下的速度分布極不均勻，又因其燃燒狀態(tài)不佳從而使溫度分布也不可能均勻，尤其是在單燒嘴
情況下更是如此。
再說帶預(yù)燃室球式熱風(fēng)爐。采用的大都是煤氣、空氣分層預(yù)混燃燒模式，導(dǎo)致煤氣、空氣在預(yù)燃室中沒有快速混合
，大量的CO隨旋流進(jìn)入其下部的燃燒室甚至進(jìn)入耐火球床蓄熱體內(nèi)混合燃燒。由于進(jìn)入蓄熱體的氣流不能夠做到均
流與均溫，甚至燃燒過程還在蓄熱體中繼續(xù)進(jìn)行，出現(xiàn)蓄熱體耐火球局部高溫，產(chǎn)生球體局部黏連乃至板結(jié)，嚴(yán)重
影響蓄熱體耐火球壽命，使耐火球的換球周期大大縮短。
劉世聚總結(jié)道：“頂燃式球式熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生良好的流動(dòng)、燃燒與傳熱性能，導(dǎo)致其熱效率和熱風(fēng)溫度在周
期內(nèi)都不高。如果再考慮拱頂結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性和球床的流動(dòng)阻力過大而帶來的耗能費(fèi)用的增加，以及球床頻繁更換
耐火球等弊端，球式熱風(fēng)爐的投資省、傳熱效果好的優(yōu)點(diǎn)就被抵消了。”
勇于探索找出合理化的技改方案
改造方案：
首先是重新設(shè)計(jì)與優(yōu)化熱風(fēng)爐技術(shù)參數(shù)。即參照原熱風(fēng)爐的設(shè)計(jì)圖紙和實(shí)際配置以及參數(shù)要求，根據(jù)豫興型高風(fēng)溫
熱風(fēng)爐原理進(jìn)行改造而重新計(jì)算設(shè)計(jì)熱風(fēng)爐的燃燒器、拱頂結(jié)構(gòu)。其目的包括：一是檢測(cè)原爐型是否滿足原有高爐
的送風(fēng)量與送風(fēng)溫度的要求；二是確定采用豫興型熱風(fēng)爐后的燃燒室與燃燒器的結(jié)構(gòu)尺寸；三是基于現(xiàn)有爐子的結(jié)
構(gòu)尺寸利用計(jì)算程序來優(yōu)化熱風(fēng)爐的技術(shù)參數(shù)，使其能夠提供更高質(zhì)量的熱風(fēng)。由于頂燃式球床熱風(fēng)爐爐身直段不
高，爐體內(nèi)直徑偏大，這為采用豫興型高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐爐型和進(jìn)行技術(shù)參數(shù)優(yōu)化提供了回旋余地。豫興人堅(jiān)信，經(jīng)過
計(jì)算程序的計(jì)算，一定可以尋找到用戶滿意的優(yōu)化技術(shù)參數(shù)。
其次是對(duì)原熱風(fēng)爐提出技術(shù)改造的具體方案并進(jìn)行評(píng)價(jià)。即參照原熱風(fēng)爐的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定其燃燒器
和拱頂形狀與大小，特別是燃燒室的尺寸、燃燒器的功率、蓄熱體的高度與直徑，以及熱風(fēng)管等結(jié)構(gòu)尺寸，提出對(duì)
原有熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理改造的具體方案。
由于對(duì)原熱風(fēng)爐的改造是以提高風(fēng)溫、提高效率、延長壽命、減小動(dòng)能功率為目的，又必須以最節(jié)省的投資和最高
效益回報(bào)為前提。因此，豫興公司的改造方案是保留熱風(fēng)爐的外殼、管網(wǎng)、熱風(fēng)出口、煙道出口等原有的設(shè)備不動(dòng)
，僅改造熱風(fēng)爐內(nèi)部的拱頂、爐箅子，將耐火球優(yōu)化為格子磚，拆除拱頂之下到蓄熱室的某個(gè)位置，為砌筑新型燃
燒器和燃燒室留出空間；只改動(dòng)煤氣管和助燃空氣管路走向以及進(jìn)口位置，操作平臺(tái)以及控制系統(tǒng)基本不用調(diào)整。
多家用戶的改造實(shí)踐證明，原球式熱風(fēng)爐經(jīng)豫興公司改造后，具有良好的流動(dòng)特征與燃燒性能，進(jìn)入蓄熱室的氣流
速度與溫度分布實(shí)現(xiàn)雙均勻，傳熱效果好，蓄熱體利用率高，且能有效避免格子磚蓄熱體出現(xiàn)局部高溫，使格子磚
蓄熱體更換周期由原來的耐火球壽命的1年~2年延長至10年以上。如果使用除塵效果好的高爐煤氣，其使用壽命將會(huì)
進(jìn)一步延長。
勤于實(shí)踐共享改造后的效益成果
2009年，經(jīng)考察探討，濟(jì)源鋼鐵公司決定將其一座帶預(yù)燃室的球式熱風(fēng)爐改造成同樣結(jié)構(gòu)的豫興型高風(fēng)溫頂燃式熱
風(fēng)爐。針對(duì)該熱風(fēng)爐的弊端，豫興公司用一種單位換熱面積較大的小孔徑格子磚取代了爐中原有的耐火球，使蓄熱
體的使用壽命從2年～3年延長到10年以上。同時(shí)，豫興公司還將其爐殼內(nèi)原有拱頂和燃燒室拆除，并將爐殼上部截
斷，重新安裝新穎的帶有預(yù)燃室結(jié)構(gòu)的爐殼上段，然后砌筑安裝了帶環(huán)形交錯(cuò)布置且呈旋轉(zhuǎn)角度的噴嘴的預(yù)燃室，
還建造了帶有錐形結(jié)構(gòu)的拱頂燃燒室，使原熱風(fēng)爐整體結(jié)構(gòu)徹底改變。由于預(yù)燃室中的燃燒器變成了交錯(cuò)混合的旋
流預(yù)熱著火的燃燒模式，其空氣、煤氣混合燃燒的完全程度和燃燒強(qiáng)度均大為提高。由于位于預(yù)燃室下部的燃燒室
流場結(jié)構(gòu)合理改變，使得進(jìn)入格子磚蓄熱體的煙氣實(shí)現(xiàn)溫度均勻、流場穩(wěn)定可控，并徹底克服燃燒室局部高溫及格
子磚蓄熱體的燃燒狀態(tài)。
該熱風(fēng)爐技術(shù)改造完成后，經(jīng)烘爐于2010年2月上旬投入實(shí)際運(yùn)行，至今已有3年多。其整體運(yùn)行狀態(tài)良好，拱頂溫
度達(dá)到1340℃左右，平均熱風(fēng)溫度在聯(lián)合送風(fēng)時(shí)（2小時(shí)）在1190℃上下，單獨(dú)送風(fēng)時(shí)（1小時(shí)）為1240℃左右，煙
氣溫度在300℃上下。與濟(jì)源鋼鐵其他幾臺(tái)未改造的套筒式熱風(fēng)爐比較，相同狀態(tài)下該熱風(fēng)爐單獨(dú)送風(fēng)溫度提高約50
℃，且排煙溫度比較低，在300℃上下；爐殼表面溫度在60℃以下，僅熱風(fēng)出口周圍有80℃～100℃的表面溫度；煙
氣隨機(jī)抽查結(jié)果顯示，O2含量為1%以下（還有調(diào)節(jié)的余地），CO為零（小于1ppm），對(duì)照的2號(hào)熱風(fēng)爐O2含量為1.4%
左右，CO為45ppm；經(jīng)核算熱風(fēng)爐熱效率達(dá)到78.7%。整體實(shí)現(xiàn)了低過量空氣系數(shù)下的完全充分燃燒，實(shí)現(xiàn)了高熱風(fēng)
溫度、低排煙溫度的高傳熱效率的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到了節(jié)能增效、低污染、低排放的要求。
