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顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉的开发与应用点击：1792 日期：[ 2014-04-26 22:13:57 ] |
| 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉的开发与应用 1.孙德民 1.窦宝芬 1.杨士岭 2.温向阳 2.徐文静 (1.济南钢铁集团总公司技术中心,山东济南250101; 2.北京金信合达能源科技有限公司,北京100700) 摘要:顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉采用了顶燃式燃烧器热风炉专利的燃烧器技术和高温旁通烟道技术。使用该热风炉后所取得的效果是:总烟道内综合排烟温度可达600℃;可将空气、煤气预热到300℃;以单一高炉煤气为燃料时,热风温度可达1200℃以上;烟气经过空气、煤气换热器后温度低于180℃。 关键词:顶燃式燃烧器;高温旁通烟道;空气、煤气双预热 中图分类号:ＴＦ578.2 文献标识码:Ａ 文章编号:0449 749Ｘ(2007)03 0073 03 根据中国国情,北京金信合达能源科技有限公司和济南钢铁集团总公司共同研发了一种新型热风炉———顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉。该热风炉主要有两项创新,其一为炉壳穹顶上部为整体陶瓷燃烧器,该燃烧器寿命长,燃烧器内空气与煤气混合充分,烟气气流分布均匀;其二为热风炉设有高温旁通烟道,可实现热风炉用空气、高炉煤气双预热到300℃以上,使热风炉以单一高炉煤气为燃料时,也能实现热风炉外送风温超过1200℃的水平。 1 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉工作原理 1.1 热风炉顶燃部分的结构特点 热风炉穹顶以上部分整体为陶瓷燃烧器,结构见图1。整体顶燃式陶瓷燃烧器是由空气环室、空气垂直分室、空气喷射通道、煤气环室、煤气垂直分室、煤气喷射通道、燃烧器混燃室组成,见图1。空气环室、空气垂直分室、煤气环室、煤气垂直分室设在燃烧器混燃室耐火材料外壳内,空气环室同每一个空气垂直分室相连,煤气环室同每一个煤气垂直分室相连。在燃烧器混燃室耐火材料外壳内,沿圆周方向,一个空气垂直分室和一个煤气垂直分室间隔布置,相互之间有隔墙,每一个空气垂直分室、煤气垂直分室设有多个穿过内衬向里进入混燃室的喷射通道,喷射通道分布在多个水平面上,每一个水平面上间隔分布着多个空气、煤气喷射通道,喷射通道有一定角度。由于燃烧器结构的创新,空气、煤气在多个平面上旋转相交,混合均匀,完全混合燃烧所需的时间缩短,空间也可减小,所以在混燃室下部燃烧时火焰温度提高,火焰温度均匀化。 1.2 热风炉空气、煤气自身双预热工作原理 该顶燃式热风炉设有高温旁通烟道,如果需要,一部分高温烟气可以通过高温旁通烟道直接排入总烟道,以提高总烟道烟气的温度,总烟道中设有空气、煤气换热器,这样可以提高空气、煤气的预热温度,以提高热风炉燃烧时火焰的温度,如果不需要则高温旁通烟道关闭。 当热风炉处于燃烧状态时,冷空气、冷煤气经过空气换热器、煤气换热器后被预热,被预热的空气、煤气进入热风炉的燃烧器,在燃烧室内混合燃烧,燃烧产生的高温烟气大部分通过热风炉内的蓄热体,将其大部分热量留在蓄热体后,排入低温烟道2;燃烧产生的高温烟气的另一部分,通过高温旁通烟道1直接排到低温烟道,高温烟气同低温烟气在总烟道3中混合成为600℃左右的烟气,混合烟气通过设在烟道内的空气换热器4、煤气换热器5后,进入烟囱排入大气。热风炉燃烧用的空气、煤气通过空气换热器、煤气换热器后,将冷空气、冷煤气预热成300℃左右的热空气、热煤气后进入燃烧器,所以火焰温度大大提高,热风炉拱顶温度可达到1300～1350℃,从而使热风炉向高炉送风的温度达到1200℃以上。 2 使用效果 济钢第2炼铁厂1号高炉0号热风炉为新建的顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉,该炉于2006年2月10日投产使用。为节省投资,旧换热器留用,换热器承受的最高烟温为500℃。 生产中的主要技术数据如下:燃料为高炉煤气,热值为3000ｋＪ/ｍ3;燃烧开始时综合排烟温度350℃;燃烧结束时综合排烟温度450℃;空气预热温度106℃;煤气预热温度150℃;燃烧开始时混燃室拱顶温度950℃;燃烧结束时混燃室拱顶温度1090℃;送风开始时混燃室拱顶温度1050℃;送风结束时混燃室拱顶温度960℃;冷风进炉温度80℃;送热风温度1120℃。 由于受换热器的影响,排烟温度控制在450℃以下,如果换热器允许,排烟温度可以提高到600℃以上,使用热管 间壁组合式换热器,可实现空气、煤气预热到300℃以上,在冷风进炉温度80℃的条件下可实现热风温度1200℃以上。 3 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉同其它热风炉的比较 3.1 卡卢金式热风炉 3.1.1 燃烧器结构 卡卢金式热风炉的顶燃式燃烧器内空气的多个喷口与煤气的多个喷口是整体上下分开的,所以空气、煤气分成上下两层混合,混合所需距离长,火焰长。 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉的顶燃式燃烧器内,空气、煤气在多个平面内交替旋转混合,实现了空气、煤气多流股、多平面旋转混合,所需混合空间小、距离短,火焰短且气流分布均匀。 3.1.2 混燃室拱顶在燃烧 送风周期内的温差 卡卢金式热风炉在燃烧时,由于空气、煤气整体分层,燃烧在下部进行,拱顶温度低。在送热风时拱顶温度会提高。根据济钢1750ｍ3高炉热风炉统计数字显示,混燃室拱顶在燃烧时低温可达240℃,送风结束时温度可达830℃。生产时两种状态交替进行,拱顶承受很大的热应力。 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉燃烧时,燃烧器内空气、煤气自上而下在多个断面上交错混合,边混合边燃烧,燃烧器顶部砌体的温度适中。送风时顶部砌体温度的提高幅度不大。济钢第2炼铁厂1号高炉0号热风炉的统计数字显示,混燃室拱顶在燃烧时低温为950℃,送风结束时高温为1050℃。拱顶部砌体在燃烧、送风交替进行期间温差小。 3.1.3 热风阀、热风总管的高度 卡卢金式热风炉为了尽量减少热风管道“闲区”,热风阀靠近热风炉热风出口,热风总管的高度同热风阀的高度相当,热风总管降低高度后同高炉热风围管相连。 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉的热风出口设在高温旁通烟道上,热风阀、热风总管的高度同高炉热风围管的高度相当,降低了冷却水的压力,降低了平台的高度,便于阀门维修。 3.1.4 排烟温度 卡卢金式热风炉受炉篦子及支撑件材质的限制,排烟温度一般设计为最高450℃。用此温度的烟气预热空气、煤气来提高燃烧温度,实现热风炉外送风温1200℃以上,有一定的技术难度。 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉的排烟温度可稳定在600℃左右,单一高炉煤气,将空气、煤气双预热到300℃,可实现热风炉外送风温1200℃以上。 3.2 其它使用高炉煤气获得高风温的技术 目前国内使用高炉煤气获得高风温的技术有:热风炉自身预热助燃风技术;热风炉附加加热系统预热空气、煤气技术;小型热风炉辅助加热助燃风技术。 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉获得高风温的技术同以上技术相比有如下特点: (1)空气、煤气预热温度均为300℃左右,管路设计简单,阀门易选,对陶瓷燃烧器无特殊要求; (2)系统简单,只新增一个高温烟道切断阀,无需新增其它管道及阀门,也不需新建辅助燃烧炉及其附属设施; (3)操作简单,每个热风炉操作只增加了一个高温烟道切断阀的开启,其它操作同普通热风炉相同; (4)系统节能,同其它技术相比,无新增用电设备。热风炉燃烧用的空气、煤气量同本身产生的烟气量水当量平衡,烟气全部通过换热器后排烟温度<180℃,最大限度地回收了烟气余热,可在高风温条件下实现热风炉的大幅度节能。 4 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉的技术特点 (1)排烟温度高。热风炉排烟温度为600℃。在炉篦材质、结构形式不变的情况下,设计了特殊的支撑构件,以适应高排烟温度;另设有高温旁通烟道,确保热风炉排烟温度达600℃以上。 (2)空气、煤气预热温度高。燃烧用的空气、煤气通过总烟道中的换热器可预热到300℃左右,实现了空气、煤气自身双高温预热。 (3)余热回收率高。空气、煤气换热器为高效组合式换热器,高温烟气通过换热器后温度为180℃以下,烟气余热得到最大限度的回收,热风炉热效率提高。 (4)风温高。热风炉以单一高炉煤气为燃料,送风温度可达1200℃以上。 (5)长寿命顶燃式陶瓷燃烧器。该热风炉燃烧器为整体顶燃式陶瓷燃烧器,燃烧器内空气、煤气在多个平面内交替旋转混合,火焰短且气流分布均匀,燃烧器拱顶部分在燃烧、送风转换期间温差小,整体寿命延长。 5 结语 顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉结构合理、寿命长,燃料为单一高炉煤气时可实现外送热风温度1200℃以上。该炉为完全自主开发,拥有独立的知识产权(专利号为03272580.9和200420015833.7)。目前,国内正大力提高高炉喷煤量,加大冶炼强度,急需高风温,顶燃式空气、煤气自身双预热热风炉技术适应了这种需要,推广前景看好。 |
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