【技术】高炉热风炉的技术改造问题

摘要：高风温已成为当前钢铁企业降低成本、增加效益和节能减排的首选技术。在不进行大规模投资，采取淘汰内燃式热风炉，改造成为顶燃式热风炉;球炉改造成为高效格子砖热风炉,都取得了高风温的实效。在不影响送风系统安全运行的前提下，采取小幅度提高风温应用技术措施，例如蓄热体覆层材料应用，助燃风机的改进，智能强化燃烧技术等，提高风温10-30℃是可行的，经济效益也是十分可观的。

关键词 高炉 热风炉 高风温 技术改造

1 前言

在当前钢铁企业成本压力升高，盈利空间收窄的形势下，都十分关注新技术、新材料的应用，提高风温、节能增效已成为首选。钢铁企业面临来自行业内外的共同挑战：盲目扩张，产能过剩。某些钢企产能扩张带来的财务费用居高不下，竞争力下降。特别是落后产能淘汰缓慢，产品升级不足。铁矿石、煤、焦炭涨价，钢材降价;原材料、产品运输成本增加。政府对楼市调控、节能减排力度、钢铁业自身的结构调整、钢企重组难度，都将对当前钢铁行业盈利能力和钢材价格走势有影响。对于钢铁行业来说，不确定的因素还很多。降低成本是钢铁产业的主题和长期任务。调整期可能成为技术改造、产品升级的机遇期。

热风炉技术改造重点：淘汰内燃式热风炉;球炉改造成为高效格子砖。高炉新一轮改造升级正在孕育来临，调整期可能成为大修期，改造期，机遇期。可能的机遇： (1)高炉热风炉技术改造。例如：淘汰内燃式热风炉，改造成为顶燃式热风炉;球炉改造成为高效格子砖热风炉;小变大，低温变高温;(2)1300℃超高风温热风炉研究;(3)高效预热技术开发与应用。

我们要认真总结近20年来企业发展和提高风温方面的历程,巩固好的成功经验，改进不足。例如，优化设计，热风炉稳定性，投资技术分析，热风炉长寿，基础理论,长寿、高效、超高风温的研究。国内已有1300℃超高风温的成功实践，如京唐曹妃甸、山西通才等。未来发展目标：风温更高;投资更省;效益更好;寿命更长;环境更美。

2 高炉热风炉技术改造

淘汰内燃式热风炉，改造成为顶燃式热风炉;球炉改造成为高效格子砖热风炉。

2. 1传统内燃式改造成为高效顶燃式

2.1.1 多样高效燃烧器可供选择

燃烧器是热风炉的核心。预燃室分为煤气和助燃空气两大室。每个室均有两排多个通气孔道。除助燃空气有一排孔道沿垂直方向进入燃烧室外，其它孔道均按一定角度沿燃烧室近切线方向进入。在燃烧室内气流形成螺旋状以达到煤气和助燃空气充分混合和完全燃烧的目的。在全高炉煤气作为燃料的情况下设计热风温度可达1250℃。在材质上采用莫来石堇青石、低蠕变粘土砖。并且，在砌筑上根据不同部位、不同用途采用混砌的形式。

2.1.2 顶燃式热风炉特点

(1)投资低。保留内燃式热风炉的基础、炉壳、大墙、平台以及热风炉各出口标高和热风炉烟气余热预热助燃空气和煤气设备。布置紧凑，占地面积小，在高炉容积相同的条件下，顶燃式热风炉比内燃式热风炉节约钢材及耐火材料20%～30%左右，从而直接减少热风炉的投资。

(2)风温高。顶燃式热风炉很好地解决了热风炉“燃烧、传热、气流分布和结构稳定”四大技术难题。顶燃式热风炉燃烧强度大、火焰温度高，向蓄热室传热在高度方向上形成了均匀稳定的温度场分布。强化换热过程，提高了热效率。蓄热面积比内燃式增加20%～30%，热风温度可达1250℃。热风温度每提高100℃可降低焦比4%～7%，同时可增产3%～5%，还可允许增加喷吹煤粉40kg/t，相应地进一步降低焦比30kg/t。

(3)寿命长。缩小了球顶的直径，取消了内燃式或外燃式热风炉独立的燃烧室，将拱顶空间作为燃烧室。预燃室内一般温度较低，平均为900℃，对耐火砖炉衬没有直接的火焰冲击及局部过热。一代炉龄可达25年以上长寿型的热风炉。

(4)节能环保。由于煤气的助燃空气混合很好，燃烧完全，烟气中CO含量仅20mg/m3。改进了环形燃烧器煤气和助燃空气的供给方式，取消调节装置，改为微机控制的涡流供给，煤气和助燃空气混合很好，燃烧完全。

除了新型旋切式高效燃烧器以外，配套技术还有：高效19孔、37孔格子砖;耐高温炉箅子;余热回收;热风出口用优质耐火材料及优化设计;高温区采用硅砖或硅线石砖，保证稳定工作。

2.2 球炉改造成为高效格子砖

球式热风炉具有体积小，结构简单，材料用量大大少于内燃式热风炉，投资省的特点，从而一度在国内外风行一时。在国内外许多中小高炉得到很好地应用。目前球炉已应用在1327m3的高炉上。然而，某些球炉确实存在换球频繁，维护费用高，风温不高和不能长期稳定等现实问题。为了追求更高的风温，国内也出现技术改造的势头。

球炉改格子砖，同时改造燃烧器可提高50-100℃。热风炉完全实现了快速、高强度、稳定的燃烧与均匀且高效率强化传热，进而能提高热风温度、提高热风炉效率、增强负荷调节功能，实现安全稳定运行，继而达到节省燃料、节约投资、低碳环保的目标。

据资料，河北辛集澳森530m3高炉球式热风炉改造成为高效格子砖非常成功。在空气、煤气不预热情况下实现风温1190℃。在山西侯马通才使用纯高炉煤气单预热实现风温月均可达1230℃高风温。这种改造方式已引起关注和推广。

3 小幅度提高风温的技术措施

在不进行大规模投资，不影响送风系统安全运行的前提下，采取小幅度提高风温技术措施，提高风温10-30℃是可行的，经济效益也是十分可观的。

3.1 增加蓄热体装入量

在现有炉型尺寸，结构不做改动的情况下，可以考虑增加耐火材料装入量的方法来提高加热面积而提高风温。初步预测：把耐火球或其它蓄热体增加到允许的范围，可提高风温10℃以上。

3.2 采用强化辐射传热的蓄热体覆层材料

高辐射涂料覆层于高炉热风炉格子砖后，使格子砖的力学性能提高。涂料覆层改变了格子砖的热工性能，能增加热风炉格子砖在燃烧期的吸热量和送风期的放热量，能够提高热风炉格子砖的蓄热能力。在大修或换球机会可考虑采用强化辐射传热的蓄热体覆层材料，包括新砌筑的拱顶，大墙及上部耐火球或格子砖，可提高10—20℃。

强化辐射传热的蓄热体覆层材料工业应用自2004年以来，先后在济钢、邯钢、通钢、莱钢、青钢、潍钢、石横特钢、长钢、宣钢、安钢等企业350m3、750m3、1080m3、2000m3、2500m3、2680m3、3200m3大小 338座高炉热风炉上实施，取得良好的节能效果，风温平均提高了20℃以上，或节省煤气7%，或延长送风时间10%。

应用案例1：同一座高炉两座热风炉的对比试验，济钢2#高炉(1750m3)1#热风炉未涂, 2#热风炉上30层格子砖涂覆高辐射涂料。过渡区的格子砖涂覆高辐射覆层后，在燃烧区升温速度明显加快，在送风期降低速度明显加快。这一结果和实验室的试验是相一致的。

同类高炉比较：济钢1#、3#高炉(1750m3)为例说明涂层在热风炉上的应用效果。1#高炉的三座热风炉未涂覆涂层，3#高炉的三座热风炉上部30层硅质格子砖和拱顶表面均涂覆此涂料。在周期的送风期间蓄热体涂覆涂层热风炉的混前温度比未涂的高，平均高出28℃。此外，送风混前温度的波动也比未涂的要小。

应用案例2：在石横特钢新建1080m3 高炉应用高辐射覆层技术。1#、2#热风炉拱顶、上部32层格子砖及其大墙面涂刷该涂料;3#热风炉未使用涂料，二者进行对比。涂涂料的1#、2#热风炉风温明显高于3#未涂涂料的热风炉，1#、2#热风炉送风时间较长，3#送风时间较短。1#、2#、3#热风炉都在送风时间均为1h的情况下，按照热风炉自动记录的风温曲线，每隔10min采集一个数据，48h统计的数据平均风温为1#热风炉1168.5℃，2#热风炉1160.5℃，3#热风炉1138℃。1#、2#热风炉的平均温度比3#热风炉提高26.5℃。

3.3 改造助燃风机

目前大多数高炉热风炉助燃风机的风量不足，这主要是由于不同地区海拔高度不同，不同季节大气相对湿度不同，助燃风系统管道阻损和泄漏量不同等因素影响，一般情况下助燃风机的实际风量比铭牌风量小20%-30%，致使风机风量普遍不足。若要增加燃烧强度，就要改造助燃风机，增加助燃风机的风量或富氧燃烧。在稳定煤气压力条件下，确保可以提高风温10-30℃。

3.4 采用智能燃烧控制系统

高炉热风炉智能控制燃烧系统技术是改造现有高炉热风炉的烧炉方式，采用外加一套智能控制燃烧系统来实现烧炉过程的自动化，从而达到彻底改变目前粗放的燃烧方式，提高风温、节约煤气以及自动烧炉的目的。

3.4.1 智能控制燃烧系统技术特点

(1) 实现分阶段自动调节热风炉燃烧的空燃比，使热风炉燃烧的煤气流量和空气流量均尽量处于最佳配比状态，整个燃烧过程自动完成。

(2) 能够根据外网煤气压力波动自动转换控制方案。

(3) 可使热风炉无论在快速加热期还是在保温期，都能保证大部分时间处于最佳配比状态，稳定拱顶温度，延长热风炉的使用寿命。

(4) 可节约高炉煤气的消耗量，降低炼铁工序的能耗，提高企业的经济效益和社会效益。

(5) 能大大地降低对热风炉操作工人烧炉的技术要求，减轻其劳动强度。

(6) 能够与原控制系统做到无扰动切换，互为备用，能规避切换时对正常生产的影响。

3.4.2 预期技术指标

(1)提高风温约10℃～15℃左右。

(2)拱顶温度平稳控制，能抑制烧炉过程拱顶温度的波动。

(3)克服煤气压力波动的时间≤25s。

(4)同等条件下，节约煤气约2%~10%。

(5)能快速提升拱顶温度的加热时间≤10min。

到目前为止，丹东屹欣研发的智能控制燃烧系统已应用于国内大小高炉热风炉130余座，轧钢加热炉数座。凡采用智能控制燃烧系统的钢铁厂高炉热风炉在提高风温、节约煤气方面效果十分显著。河北松汀、津西、瑞丰、辛集澳森、崇利制钢、武安鑫山、天津铁厂、安阳新普、四平现代、临沂三德等钢铁厂133座热风炉上应用，达到预期目标。采用智能控制燃烧系统后典型实际节能效果为可以提高风温10-20℃，节约煤气2.60%-5.93%。

3.5 高效双预热法

热风炉已有余热回收系统的，预热空气、煤气温度不太高情况下，可采用带燃烧炉的板式换热器。可预热温度到双250--300℃。提高风温50—80℃。

4 结语

在不进行大规模投资，采取淘汰内燃式热风炉，改造成为顶燃式热风炉;球炉改造成为高效格子砖热风炉，都能取得高风温的效果。在不影响送风系统安全运行的前提下，采取小幅度提高风温技术措施，提高风温10-30℃是可行的，经济效益也是十分可观的。

原标题：高炉热风炉的技术改造问题