丛培生
山东省冶金设计院股份有限公司 山东省济南市 250101
摘 要：邯钢集团邯宝钢铁有限公司炼铁厂现有两座3200m3高炉，配置三座内燃式热风炉，2号高炉2016年送风温度不足1080℃，为节能降耗提高风温并保证现有高炉的正常生产，2#高炉采用增加一座顶燃式热风炉，新建顶燃式热风炉建成后对原有内燃式热风炉进行逐座改造。改造完成后送风温度达到1200℃以上。
关键词：顶燃式热风炉；热风炉改造；交叉并联送风；长寿
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导言
高风温、长寿是现代高炉的重要技术特征。热风炉结构形式主要包括:内燃式、外燃式、顶燃式。随着顶燃式热风炉在5000m3以上大型高炉的成功应用，顶燃式热风炉在新建高炉中应用比例越来越大。顶燃式热风炉吸收了内燃式、外燃式热风炉的技术优点，传统内燃式热风炉炉型改造成顶燃式热风炉已成为一种必然趋势。
概述
邯钢集团邯宝钢铁炼铁厂两座3200m3高炉，两座高炉分别于2008年4月和2010年5月投产，当初均配置三座霍戈文内燃式热风炉，并已预留NO.4热风炉的位置，热风炉蓄热室采用七孔格子砖，系统配置空、煤气换热器，加热风量6900Nm3/min。到2016年2#高炉热风炉送风风温降低严重，送风温度不足1080℃，冷热风压差较大，煤气不好烧。经研究分析可能存在以下原因：
1）内燃式热风炉蓄热室断面上气流分布不均，从而导致温度分布不均匀，格子砖的热膨胀不均匀，蓄热室格子砖高度39m，累积变形量较大，引起格子砖的错位、错孔等现象。导致格子砖通孔率降低，冷热风压差大；
2）隔墙的“香蕉”变形形成裂缝，有窜风现象产生；
3）格子砖的渣化、蠕变变形等。
为了提高风温，降低焦比，保证高炉连续稳定运行，2017年初邯钢决定2号高炉热风炉系统在预留位置处新建一座顶燃式热风炉，具备将3座内燃式热风炉逐一改造为顶燃式的条件。同时在烟气预热器后增加一台烟气引风机，克服烟气阻力，保证3座内燃式热风炉正常燃烧，增加热风炉蓄热量，提高热风温度。
为保证高炉连续稳定运行，并根除内燃式热风炉的结构缺陷，2018年和2020年陆续将原有2#高炉的2#、3#两座内燃式热风炉逐个改造为顶燃式热风炉。
1、新建4#热风炉主要技术参数及改造内容
2号高炉热风炉功能恢复项目2017年4月25日开工，在现4#热风炉预留位置处新建一座改进型顶燃式热风炉，2017年11月8日热风炉烘炉完成正式并入送风系统，2号高炉新增4#热风炉改造完成后一座顶燃式热风炉和三座内燃式热风炉联合送风，采用两烧两送或两烧一送的送风制度，燃烧采用高炉煤气掺烧转炉煤气，4#热风炉单炉送风时间50min，4#热风炉送风温度≥1200℃。
1.1 新建4#热风炉设计及基本参数
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1.2 新建4#热风炉本体结构
建成后的改进型顶燃式热风炉由燃烧器、燃烧室、蓄热室三部分组成。多火孔陶瓷燃烧器位于燃烧室正上方。燃烧器墙砖采用抗热震高铝砖，烧嘴砖采用莫来石复合堇青石砖，满足燃烧器烧嘴全周期内热震频繁的工况要求。
燃烧室为球面接锥面中空结构，工作层采用优质硅砖，满足拱顶高温的要求。燃烧室炉壳内壁喷涂中质喷涂料，工作层采用硅砖，往外为轻质硅砖、轻质粘土砖，喷涂层与轻质粘土砖之间填充硅酸铝耐火纤维。热风出口位于拱顶直段上，热风出口砌筑采用组合砖。
蓄热室结构：蓄热室上部采用硅砖，下部采用低蠕变粘土砖。蓄热室内部填充高效十九孔、孔径φ30mm格子砖，其加热面积为48m2/m3，蓄热室格子砖高度23.4m。
蓄热室下部为无梁炉箅子、支柱，材质为QTRSi4Mo，最高耐温600℃。
炉壳在燃烧器和燃烧室下部设支撑臂以支撑上部耐材。拱顶炉壳内壁喷涂喷涂料，并以球面过渡，减小了应力集中。
1.3新建4#热风炉外围管系布置
新建4#热风炉与原有热风炉一列式布置，热风炉的烟气支管接现有的预留接口。煤气支管、空气支管、冷风支管分别接现有相应总管。
热风管道布置：新建顶燃式热风炉热风出口标高为+27.65m，新建热风支管、热风总管布置在新建+24.40m平台上，热风支管设置一台高温自由复式补偿器、一套全长大拉杆、DN1800热风阀。
在现热风总管转折处新建一个热风竖管，热风竖管分别与新、旧热风总管入口、热风总管出口连接，实现1座顶燃式热风炉+3座内燃式热风炉共同向高炉送风，同时新建热风总管上预留1、2、3#热风炉改造为顶燃式热风炉的接口。
热风竖管后的热风总管利旧。现有热风总管上的倒流休风阀、混风阀移到新建热风总管上重新安装，倒流休风管利旧。倒流休风阀、混风阀冷却水系统利旧，在新建热风总管平台上重新安装。
空、煤气管道布置： 在新建+30.40m平台上布置空气燃烧阀、煤气燃烧阀、煤气切断阀、小拉杆波纹补偿器等，空煤气支管分别接至现有空、煤气总管。空、煤气支管从+30.40m平台向上接至顶燃式热风炉燃烧器入口。
现有25吨吊车因框架抬高，拆除后抬高8.6m后重新安装。
烟气：每个烟气支管上布置一台烟道阀及一台小拉杆三向波纹补偿器，接至现烟气支管预留接口处。
1.4 烟气引风机
根据计算确定烟气引风机的参数，风量~38万Nm3/h，全压3kPa。烟气预热器后烟气温度为150~160度。
烟气引风机进口接在烟气预热器后的烟气总管上，风机出口接在烟囱的清灰门内。
烟气引风机电机参数：电压10kV，防护等级IP54，功率900kW。
2、其他热风炉改造内容
2号高炉热风炉2#热风炉改造于2018年3月5日开工，改造范围包含热风炉本体系统，燃烧系统，送风系统，辅助设施等，2019年6月30日热风炉烘炉完成正式投入使用。3#热风炉改造范围同2#热风炉，于2018年4月8日开工，2021年2月16日热风炉烘炉完成投入使用。
2.1 内燃热风炉改造设计及基本参数、本体结构
改造完成后同建好的4#改进型顶燃式热风炉保持一致；
仅保留+20.587m以下的炉壳，拆除其余炉壳、内部耐火材料（炉壳喷涂料保留）、炉箅子。
+20.587m以上新增顶燃式热风炉的燃烧室、燃烧器炉壳，热风炉本体内炉箅子、炉柱子、全部耐材。
+20.587m以下炉壳利旧，现有炉壳喷涂料保留，视损坏情况局部修复。炉壳在燃烧器和燃烧室下部设支撑臂以支撑上部耐材。
改造后的改进型顶燃式热风炉由燃烧器、燃烧室、蓄热室三部分组成。
多火孔陶瓷燃烧器位于燃烧室正上方，燃烧室为球面接锥面中空结构，蓄热室上部采用硅砖，下部采用低蠕变粘土砖。蓄热室内部填充高效十九孔、孔径φ30mm格子砖，其加热面积为48m2/m3，蓄热室格子砖高度23.4m。
硅砖格子砖上部50层涂纳米“杰能王”涂料。
2.2 改造后3#热风炉外围管系布置
热风炉的烟气支管、冷风支管保持不变。
热风管道布置：3#热风炉热风出口标高为+27.65m，新建热风支管布置在新建+24.40m平台上，热风支管设置一台高温自由复式补偿器、一套全长大拉杆、一台热风阀。热风支管接至+24.40m平台热风总管的预留接口处。
空、煤气管道布置： 在新建+30.40m平台上布置空气燃烧阀、煤气燃烧阀、煤气切断阀、小拉杆波纹补偿器等，空气支管接至现有空气总管，煤气支管接至现有煤气支管保留点处。空、煤气支管从+30.40m平台向上接至顶燃式热风炉燃烧器入口。
3、热风炉改造后运行效果
邯钢邯宝钢铁2号3200m3高炉热风炉功能恢复项目2017年11月新建4#热风炉投产，2019年6月2#热风炉改造完成投产，2021年2月3#热风炉改造完成投产，现有1#内燃式热风炉停下来尚未进行改造。
目前三座顶燃式热风炉稳定运行，采用“两烧一送”工作制度，燃烧采用高炉煤气掺烧转炉煤气，热风炉单炉送风时间50min，平均热风温度≥1200℃，热风炉炉皮低温段≤80℃，拱顶高温区≤120℃；热风出口≤120℃，均达到了各项设计指标。改造后的三座热风炉稳定运行，获得了“高风温、低能耗、长寿命”的热风炉功能恢复预期效果。
4、结语
与内燃式、外燃式热风炉相比，顶燃式热风炉具有如下特点:(1)取消了燃烧室和隔墙，扩大了蓄热室容积，在相同的容量条件下，蓄热面积增加25%～30%［1］;(2)结构稳定性增强;(3)采用高效陶瓷燃烧器，直接安装在拱顶部位燃烧，使高温热量集中在拱顶部位，热损失减少，有利于提高拱顶温度;(4)其工作过程是一种典型的逆向强化换热过程，提高了热效率;(5)耐火材料稳定性提高，热风炉寿命延长;(6)布置紧凑，占地面积小，节约钢材和耐火材料。
目前国内还有超过200余座高炉配置内燃式热风炉，简单的修复并不能解决其固有的结构缺陷。此次邯钢邯宝2#3200m3高炉热风炉改造工程实例为日后内燃热风炉在线改造、新旧热风管道对接、原有系统利旧等难点问题提供了有价值的参考经验。
参考文献:
[1]项中庸，王筱留.高炉设计－炼铁工艺设计理论与实践［M］．北京:冶金工业出版社，2012。
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作者简介：丛培生，男，工程师，主要从事炼铁方面工作/研究方向为热风炉设计.