攀鋼釩2號高爐高風(fēng)溫技術(shù)的應(yīng)用

攀鋼釩 2號高爐高風(fēng)溫技術(shù)的應(yīng)用 任小告 （攀鋼釩煉鐵廠） 摘 要： 2007年 10月，攀鋼釩 2號高爐大修，采用了 新型頂燃式熱風(fēng)爐和高風(fēng)溫組合換熱技術(shù)，之后又成功開發(fā)了熱風(fēng)爐自動尋優(yōu)燒爐技術(shù)。主要對頂燃式熱風(fēng)爐、高風(fēng)溫組合換熱技術(shù)和熱風(fēng)爐自動尋優(yōu)燒爐技術(shù)三種高風(fēng)溫技術(shù)的特點和運行情況作了介紹。 關(guān)鍵詞： 頂燃式 熱風(fēng)爐 ； 風(fēng)溫； 組合換熱 ； 自動尋優(yōu) 燒爐 0 引言 當(dāng)前，強化高爐冶煉生產(chǎn)，發(fā)展高風(fēng)溫技術(shù)是有力推動冶煉技術(shù)發(fā)展的動力，是高爐煉鐵節(jié)能降耗的有效措施。高爐熱平衡計算表明：熱風(fēng)帶入的熱量約占全部熱量收入的 15 20 ，且基本能全部利用。因此，高風(fēng)溫冶煉技術(shù)是高爐強化冶煉的需要，尤其是高富氧大噴吹技術(shù)的發(fā)展，就更加需要高風(fēng)溫的配合，否則無法獲取最佳的冶煉效果。另外，高風(fēng)溫也是目前高爐提高產(chǎn)量、節(jié)能降耗的重要途徑，根據(jù)攀鋼釩高爐 30多年發(fā)展的經(jīng)驗及冶煉原理，每提高 100 的風(fēng)溫就能降低焦比1.5 加 4左右的產(chǎn)量。 攀鋼釩 2號高爐熱風(fēng)爐 2007年 10月大修之前風(fēng)溫平均水平僅為 1 107 ，見表 1。為了提高 2號高爐的風(fēng)溫， 2007年大修時，采用了新型頂燃式熱風(fēng)爐和高風(fēng)溫組合換熱技術(shù)。 2009年 3月又 成功開發(fā)使用了熱風(fēng)爐自動尋優(yōu)燒爐技術(shù)。 1 高風(fēng)溫技術(shù) 頂燃式熱風(fēng)爐技術(shù) 熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu) 表 1 攀鋼釩 2號高爐 2007年大修之前的風(fēng)溫水平 年份 風(fēng)溫 年份 風(fēng)溫 年份 風(fēng)溫 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 攀鋼釩 2號 高爐頂燃式熱風(fēng)爐由蓄熱室、拱頂、預(yù)燃室組成，主要設(shè)計參數(shù)見表 2。 噴射旋流預(yù)燃室置于熱風(fēng)爐拱頂之上，每座熱風(fēng)爐的預(yù)燃室環(huán)形布置 36個空氣、煤氣燃燒口。蓄熱室全部為格子磚，蓄熱室下部格子磚的材質(zhì)為粘土磚，上部為硅磚。格子磚采用六邊形、 19孔格子磚 ,其加熱面積 48 m2/磚與粘土磚連接處設(shè)計四層過渡層。熱風(fēng)爐的格子磚下部為無梁爐箅子，其最大耐熱溫度為 450 。為了表面溫度均勻，除保證廢氣沿格子磚孔眼均勻分布外，還必須保證冷風(fēng)的均勻分配。為了使氣流沿格子磚截面平均分 布，在格子磚的下部，冷風(fēng)進氣口的對面，分別安裝了分配板。爐箅子上設(shè)有格子磚托板，托板固定在爐箅子上。拱頂和預(yù)燃室采用分別支撐與爐殼上的獨立支撐結(jié)構(gòu)，使得砌磚結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。 特點 1）高風(fēng)溫 送風(fēng)期，預(yù)燃室被熱風(fēng)輻射加熱至 750840 ，燃燒期，空、煤氣噴入預(yù)燃室，空、煤氣得到了預(yù)燃室的進一步的預(yù)熱，提高了理論燃燒溫度；高溫?zé)煔獾姆植季鶆?，蓄熱室的截面沒有死角且結(jié)構(gòu)對稱，所以蓄熱效率比較高； 與 其他形式的熱風(fēng)爐 相比 ，頂燃式熱風(fēng)爐爐內(nèi)被蓄熱體加熱的熱風(fēng)避免了熱風(fēng)出口段的放熱過程，直接進入熱風(fēng)管 16 2010 年第 33 卷第 2 期 道。以上 特點保證了頂燃式熱風(fēng)爐高風(fēng)溫的特點。 表 2 攀鋼釩 2號高爐 頂燃式 熱風(fēng)爐的設(shè)計參數(shù) 高爐有效容積 /熱風(fēng)量/(m3年平均風(fēng)溫 / 熱風(fēng)爐座數(shù) /座 熱風(fēng)爐形式 拱頂溫度 / 1 200 3 200 1 250 3 改進型頂燃式 1450(廢氣溫度 / 送風(fēng)制度 格子磚類型 格子磚加熱面積/(m2m 格子磚高度 /m 蓄熱室截面積 / 450 (兩燒一送 19孔 30 48 23 料類型 煤氣預(yù)熱溫度 / 空氣預(yù)熱溫度 / 熱效率 /% 單一高爐煤氣 180 400 2）長壽命 熱風(fēng)爐的拱頂與預(yù)燃室分離，拱頂和預(yù)燃室均采用支撐在爐殼上的獨立支撐結(jié)構(gòu)；預(yù)燃室，在燃燒期，只是個旋流混合區(qū)，只有少部分燃料在燃燒，溫度不高，在送風(fēng)期，熱風(fēng)不經(jīng)過預(yù)燃室，只是承受熱風(fēng)的輻射，因此，整個工作期，預(yù)燃室溫度波動不大；拱頂、爐墻、格子磚和爐殼結(jié)構(gòu)均勻?qū)ΨQ；熱風(fēng)爐拱頂及蓄熱室上部工作層耐材，采用高溫蠕變率低、高溫?zé)嵴鹦阅芎玫墓璐u， 預(yù)燃室 燒嘴采用莫來石磚（復(fù)合堇青石），滿足了燒嘴在全周期熱震比較高的要求； 頂燃式熱風(fēng)爐所用的異型磚相 對少，施工難度小，施工質(zhì)量容易保證。以上特點都有利于提高爐體的壽命，頂燃式熱風(fēng)爐壽命為高爐一代爐齡以上。 3）低投資 頂燃式熱風(fēng)爐在整個工作同期中溫度梯度分布穩(wěn)定，高溫區(qū)與低溫區(qū)分布明顯，為耐材的選擇提供了有利條件，下部低于 1 000 的部分采用粘土磚，上部高溫區(qū)采用硅磚，粘土磚價格低，硅磚的價格也大大低于低蠕變高鋁磚；頂燃式熱風(fēng)爐沒有燃燒室，爐子高度相對低，直徑相對小，耐材和鋼用量相對少。所以，頂燃式熱風(fēng)爐的投資低。 運行情況 如表 3所示，從 2007年 12月下旬 2號高爐大修開爐以來，開爐前 兩個月平均風(fēng)溫分別為 841 和969 ，第三個月， 平均風(fēng)溫達到了 1 189 。特別是到了 2008年 5月、 6月和 11月，平均風(fēng)溫分別達到了 1 206 、 1 212 和 1 212 ，期間的工作風(fēng)溫曾連續(xù) 1周穩(wěn)定在 1 240 以上，連續(xù) 3天達到 1 255 。 可見，頂燃式熱風(fēng)爐具有明顯的高風(fēng)溫特點。 工程 實踐證明，在相同高爐容積條件下，頂燃式熱風(fēng)爐比內(nèi)燃式熱風(fēng)爐節(jié)約鋼材和耐火材料，總投資小。投產(chǎn)至 今 ， 拱頂、預(yù)燃室和爐殼等部位均沒有出現(xiàn)發(fā)紅、變形等情況。 表 3 攀鋼釩 2號高爐頂燃式熱風(fēng)爐 風(fēng)溫水平 年 份 風(fēng)溫 / 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號高爐頂燃式熱風(fēng)爐從 2007年 12月下旬運行至今。 高風(fēng)溫組合換熱技術(shù) 工藝介紹 攀鋼釩 2號 高爐熱風(fēng)爐高風(fēng)溫組合換熱技術(shù) 結(jié)合了國內(nèi)現(xiàn)有預(yù)熱空氣和煤氣技術(shù)的優(yōu)點 ,采用 “高風(fēng)溫組合式空氣、煤氣雙預(yù)熱 ”系統(tǒng) ,主要由空氣、煤氣熱管式換熱器，空氣擾流子換熱器，前置燃燒爐，引風(fēng)機，空氣、煤氣管道，煙道總管和煙囪等組成。 高風(fēng)溫組合換熱 系統(tǒng)工藝流程見圖。特點 攀鋼釩 2號高爐熱風(fēng)爐高風(fēng)溫組合換熱技術(shù) 將當(dāng)前國內(nèi)用于空氣、煤氣預(yù)熱最先進的高、低溫?fù)Q熱技術(shù)與裝備進行了最佳組合。經(jīng)高、低溫?fù)Q熱器攀 鋼 技 術(shù) 17 組合使用后，具有保證安全、穩(wěn)定、高效生產(chǎn)的特點： 當(dāng)燃燒爐和高溫?fù)Q熱器短期不用或檢修時，使用低溫?fù)Q熱系統(tǒng)，可保 風(fēng)溫 1 200 的水平；當(dāng)?shù)蜏負(fù)Q熱器檢修時，使用高溫?fù)Q熱系統(tǒng)預(yù)熱空氣，也可保風(fēng)溫 1 200 的水平；另外系統(tǒng)可根據(jù)高爐使用風(fēng)溫情況，可進行被預(yù)熱氣體溫度控制調(diào)節(jié)。 圖 高風(fēng)溫組合換熱系統(tǒng)工藝流程圖 煤氣預(yù)熱完全采用具有間接換熱特點的熱管換熱器，保證煙氣和煤氣互不泄漏。空氣預(yù)熱器采用了熱管換熱器和擾流子換熱器兩級換熱的形式，保證了助燃空氣能加熱到足夠的溫度。 熱管式換熱器效率比較高，空、煤氣熱管式換熱器的使用，保證了空、煤氣預(yù)熱溫度的同時，又最大限度地回收了煙氣余熱，節(jié)約燃料消耗。 運行情況 高風(fēng)溫組合換熱 系統(tǒng) 的運行情況見表 4，空氣和煤氣預(yù)熱溫度平均值分別為 280 和 167 ，最高值分別為 380 和 194 ?？梢姡?系統(tǒng)具備 使用低熱值高爐煤氣獲得高風(fēng)溫的能力。 表 4 高風(fēng)溫組合換熱系統(tǒng)運行參數(shù) 參數(shù)名稱 平均值 最高值 整體熱管換熱器空氣入口溫度 40 41 整體熱管換熱器空氣出口溫度 180 215 擾流子換熱器空氣入口溫度 180 215 擾流子換熱器空氣出口溫度 280 380 整體熱管換熱器煤氣入口溫度 44 46 整體熱管換熱器煤氣出口溫度 167 194 前置爐膛溫度 945 1 059 前置爐出口煙氣溫度 361 397 擾流子換熱器煙氣入口溫度 355 480 擾流子換熱器煙氣出口溫度 280 314 熱管換熱器空氣段煙氣入口溫度 281 309 熱管換熱器空氣段煙氣出口溫度 158 166 熱管換熱器煤氣段煙氣入口溫度 295 320 熱管換熱器煤氣段煙氣出口溫 度 149 154 從表 4中可以看到， 整體熱管換熱器煤氣段煙氣出口溫度和空氣段煙氣出口溫度平均值分別為149 和 158 ，最高值分別為 154 和 166 。可見，該 系統(tǒng)對煙氣余熱的回收充分，熱效率高。 熱風(fēng)爐自動尋優(yōu)燒爐技術(shù) 工藝介紹 高爐熱風(fēng)爐燃燒自動尋優(yōu)控制系統(tǒng) （以下稱，以靈敏度極高的熱風(fēng)爐拱頂溫度為目標(biāo)值，結(jié)合熱風(fēng)爐燃燒的數(shù)學(xué)模型，在12 控制煤氣調(diào)節(jié)閥及空氣調(diào)節(jié)閥精確調(diào)節(jié)流量，使實際流量隨時處于最佳狀態(tài)，而不 受煤氣壓力變化及煤氣熱值變化的影響。 特點 1)使用精確的燃燒過程數(shù)學(xué)模型，使得熱風(fēng)爐在強化燃燒期或蓄熱燃燒期 90%以上時間都處于最佳配比燃燒狀態(tài)。它根據(jù)熱風(fēng)爐燃燒參數(shù)的變化通過計算機軟件技術(shù)和人工模糊控制、專家系統(tǒng)等新型控制技術(shù)，不斷計算并自動調(diào)整最佳空燃比，以推動各熱風(fēng)爐的控制閥提供最佳的燃燒配比量，從而實現(xiàn)整個燒爐過程最優(yōu)控制。 2)采用爐頂溫度，煤氣壓力、煤氣流量、空氣流量、廢氣溫度等非易損量為輸入量，而不采用如含氧量、煤氣熱焓值等易損量； 采用廢氣含氧量或 煤氣熱焓值量為輸入量的系統(tǒng)，具有更高的燃燒精度和可靠性。 3)能大大地降低對熱風(fēng)爐操作工人的燒爐技術(shù)要求，減輕其勞動強度，使操作工人的主要精力用于熱風(fēng)爐的整體設(shè)備維護上，減少因熱風(fēng)爐設(shè)備故熱風(fēng)爐 引風(fēng)機 熱 管 換 熱 器 前 置 爐 空氣 擾 流 子 煤氣 煙氣 助燃空氣 煤氣 助燃空氣 煤氣 助 燃空氣 煙氣 煙囪 18 2010 年第 33 卷第 2 期 障而引起的休風(fēng)率。 4） 該系統(tǒng)與原 統(tǒng)相比，對流量的控制更穩(wěn)定。就煤氣流量來說，由于煤氣壓力的變化，采用自動尋優(yōu)燒爐，煤氣流量的波動的幅度比采用原 統(tǒng)波動的幅度小，顯得更穩(wěn)定。 運行情況 從 2009年 3月份該系統(tǒng)運行以來，實現(xiàn)了 24 作方 便 ，不需要人工不停的 調(diào)控 ，減輕了勞動強度；系 統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、故障率低；明顯提高了風(fēng)溫和節(jié)約了煤氣 ，熱風(fēng)爐自動尋優(yōu)燒爐系統(tǒng)運行參數(shù) 見表 5。 2 高風(fēng)溫技術(shù)的應(yīng)用及分析 投產(chǎn)以來， 2號高爐風(fēng)溫平均水平 1 190 ，與大修前內(nèi)燃式熱風(fēng)爐相比（見表 1），風(fēng)溫提高了83 ，體現(xiàn)了目前攀鋼釩 2號高爐 高風(fēng)溫技術(shù)的應(yīng)用效果。 但是，風(fēng)溫應(yīng)用水平一方面取決于熱風(fēng)爐系統(tǒng)能力，另一方面取決于高爐高風(fēng)溫冶煉技術(shù)的發(fā)展。從表 6看 ，攀鋼釩 2號高爐風(fēng)溫與設(shè)計水平還有72 差距，拱頂溫度、廢氣溫度、煤氣預(yù)熱溫度和空氣預(yù)熱溫度還可以進一步提高， 熱風(fēng)爐自動尋優(yōu)燒爐技術(shù)在高風(fēng)溫下更 能體現(xiàn)它的優(yōu)勢。所以， 攀鋼釩 2號高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)保持更高風(fēng)溫的能力還很強，為高爐高風(fēng)溫冶煉提供堅實的基礎(chǔ)。 表 5 熱風(fēng)爐自動尋優(yōu)燒爐系統(tǒng)運行參數(shù) 溫度提高量 / 煤氣節(jié)約量 /% 6 攀鋼釩 2號高爐 頂燃式 熱風(fēng)爐主要參數(shù)對比 風(fēng)溫 / 拱頂溫度 / 廢氣溫度 / 煤氣預(yù)熱溫度 / 空氣預(yù)熱溫度 / 設(shè)計水平 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：平均風(fēng)溫是 3 結(jié)論 1）攀鋼釩 2號高爐頂燃式熱風(fēng)爐具有明顯的高風(fēng)溫特點，平均風(fēng)溫 1 190 ,最高風(fēng)溫 1 255 ，平均風(fēng)溫比大修前提高了 83 。工程 實踐證明，在相同的高爐容積條件下 ,攀鋼 釩 2號高爐 頂燃式熱風(fēng)爐比內(nèi)燃式熱風(fēng)爐節(jié)約鋼材和耐火材料 ,總投資小。 2） 投產(chǎn) 18個月以來 ， 熱風(fēng)爐 的 拱頂、預(yù)燃室和爐殼等部位均沒有出現(xiàn)發(fā)紅、變形等情況。 3） 高風(fēng)溫組合換熱系統(tǒng)空煤氣預(yù)熱溫度平均值分別為 280 和 167 ,最高值分別為 380