热风炉的原理及应用方式(内燃式改顶燃式热风炉业绩非凡——豫兴公司董事长刘世聚一席谈)

Posted 2023-06-02

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热风炉的原理及应用方式(内燃式改顶燃式热风炉业绩非凡——豫兴公司董事长刘世聚一席谈)

近十年来，郑州豫兴热风炉科技有限公司（下文简称豫兴公司）的技术研究团队，发扬自主创新要敢下先手棋、善打主动仗的精神，将内燃式热风炉在保持炉壳结构不变和不切割炉壳的前提下，优化改造为豫兴型悬链线顶燃式热风炉，并取得理想的改造效果。

发挥原有结构优势创新优化改造添彩

据豫兴公司董事长刘世聚介绍：所谓利用内燃式热风炉现有的优越条件，就是在不取缔内置竖管，保留受力合理结构稳定的悬链线拱顶这一得天独厚的结构优势的前提下，实施内燃式热风炉的优化改造。

例如，2010年10月份，豫兴人对酒钢翼城钢厂 420m³高炉内燃式热风炉的优化改造，就是采用上述理念和实践进行的，且取得良好改造效果，开启了内燃式热风炉改造成顶燃式的先河。从2011年到2022年，豫兴人继续发扬唯有创新才能抢占先机的精神，依次对山西立恒钢铁公司2座420m³高炉、酒钢榆钢2座420m³高炉、酒钢嘉峪关本部1000m³高炉、山东江鑫2座380m³高炉、山西建龙1380m³高炉和1050m³高炉、韶钢3200m³高炉、南钢2500m³高炉等配套的内燃式热风炉实施了顶燃式改造。10年间，从420m³到3200m³的数十座高炉热风炉实现了改造，应用了该项技术，生产长期稳定，风温都得以提高，取得令业主满意的骄人业绩，使这一如火如荼的改造事业春意盎然，生机勃勃。

目前，豫兴人创新改造的步伐迈得更加坚实，正在对南钢2500m³高炉、中阳钢铁公司1280m³高炉及印度两座250m³高炉等高炉内燃式热风炉，进行紧锣密鼓地设计和改造施工；对中原地区和东北地区两座2200m³~2500m³级别的高炉热风炉的改造已经进行了数月的视频沟通、方案制订和设计优化。这充分表明：用顶燃式改造内燃式热风炉的技术日趋成熟。

尤其在2017年，豫兴人系统总包山西建龙1380m³ 高炉内燃式热风炉的炉型改造，是历经近7年500m³级别改造尝试，有了技术积淀和丰富的经验后，一步提升至1380m³以上级别的技术改造。通过招标比价，其改造费用是其它顶燃式热风炉总费用的65%，风温由改造前的1100℃提升到最高1280℃。但由于其输送热风的管道没有更换耐材，只好将风温控制在1200℃~1230℃。据该用户提供的使用效果证明：改造后，企业每年提升风温节焦效益高达数千万元，累计已经创造了数亿元的经济效益。这座高炉热风炉改造投用后至今已经历时6年，风温和结构均稳定，更证明改造工作的成功。

改造方案公开透明改造效果日益显现

刘世聚指出，内燃式热风炉利旧炉壳的技术改造具备以下主要优越特点：

一是投资仅相当于切割炉壳改造为顶燃式热风炉及系统总费用的65%左右，如果条件好，炉子的改造费用会更低。

二是利用内置竖管的顶燃改造，可以不切炉壳、可以不变更热风出口标高、不用拆除原管道平台和新建管道平台。

三是减少工作量和大修工期，可以节省30天～40天的恢复生产时间。

四是内置竖管利旧、炉壳不变的顶燃式改造后的结构更加稳定长寿。

五是改造后的风温能满足用户要求，可以达到现有顶燃式热风炉效果。

六是内置竖管利旧、炉壳不变的顶燃式改造，可以避免切割炉壳改造为现有顶燃式热风炉常态化热风出口损坏和燃烧器损坏弊端。

七是内置竖管利旧炉壳的顶燃式改造，因燃烧器结构的改造与优化，氮氧化物排放量降低（据测试河北省10座高炉热风炉内燃式改造后的氮氧化物排放在30~50毫克/立方米），符合环保技术要求。

八是采用内置竖管利旧、炉壳不变的顶燃式改造，由于改变了内混合燃烧模式和采用自行调节烟气流场和冷风流场的互联互通格子砖结构，混合燃烧更完全、格子砖蓄热换热性能更高，使吨铁煤气消耗大大降低（悬链线顶燃式热风炉煤气消耗吨铁在420m³/t~500m³/t范围），可取得更节能、创造更高效益的效果。

刘世聚认为，自20世纪从欧洲发达国家引进的内燃式热风炉技术，优点很多。例如：消除应力的悬链线拱顶板块结构、关节砖结构、内衬三环砖的环环应力消除设置等，还有拱顶各层压力释放平衡结构、隔墙板块结构等，高风温使用寿命长、占地面积小、没有额外的外置竖管配置、可降低管网的损坏概率等。但是，这种热风炉也存在下列缺点：

一是内置竖管中上部高铝材质的隔墙耐火砖往往出现剥落、穿洞损坏，砌筑在高铝隔墙上部的硅砖往往会随高铝砖的损坏而垮塌，而高铝隔墙下部的黏土隔墙砖结构却完好无损。这说明高铝砖材质不能适应该部位的高温及温差大的工况。

二是高铝砖隔墙设置为三环砖，隔墙中间还设置有一环轻质保温砖，使本来处在高温且温差变化工况的高铝砖隔墙承重和耐高温强度降低，导致高铝隔墙无法满足温差、承重、高温工况而造成损坏。消除上述两种弊端迫在眉睫，既善于学习又勇于创新的豫兴人义不容辞，责无旁贷。具体做法有以下几点：

——废除火井下的燃烧器，改为顶部燃烧，使内置火井由燃烧和送风工况模式变为单一送风通道模式，改善隔墙高铝部位材料质量，内燃式就成功改造为顶燃式。这种改造方式不切割炉壳、不用搭建新的热风管道平台和改造热风管网，省时省力工期短、投资节省，还消除了改造为其它顶燃式热风炉新的热风出口损坏垮塌顾虑。实践证明，利用不动炉壳和热风管网的内燃式热风炉改造为悬链线顶燃式热风炉，是豫兴人的明智之举。

——改造过程是先拆除损坏部分的高铝砖隔墙，其余隔墙和火井则利旧，然后重新设置一定量的硅砖和刚玉莫来石砖砌筑，将原来的高铝砖优化为刚玉莫来石材质，废除了中间环轻质材料，处理好隔墙与大墙交接处的自由涨缩的滑动，再在火井内砌筑一个密封的上下不受涨缩限制的通道管（简称套管），将火井下部的燃烧器废除移至拱顶部位设计砌筑新的燃烧器，使原来的火井由燃烧和送风双向工况优化为单向送风通道工况。这种改造技术不只是用在山西建龙1380m³高炉热风炉上，而且用在了韶钢3200m³大高炉热风炉上，且已经分别经历了6年和2年平稳使用。实践证明，这种继承原稳定悬链线结构和局部竖管结构的优化设计改造技术是成功的。

2500m³高炉内燃式热风炉改造前后设计结构砌筑对比图

图左为2500m³高炉内燃式热风炉（煤气和空气是在左边火井下部混合燃烧，通过火井将燃烧烟气往上运行至拱顶部位再折返进入右边蓄热室的加热蓄热体燃烧原理，燃烧结束，转为送风时，冷风从右边下部冷风室进入蓄热室运行至拱顶再折返进入左边火井，将热风通过火井下部的热风出口送入高炉）。

图右为2500m³高炉将内燃式改造为顶燃式的热风炉（煤气和空气混合燃烧在拱顶部位的空间完成，燃烧产生的烟气进入右边蓄热室内对蓄热体加热，燃烧结束转为送风时，冷风从右边下部进入往上运行置换热风炉至拱顶部位，然后折返进入左边的火井内，热风通过火井下部的热风出口送入高炉）。

图为广东韶钢3200m³高炉内燃式热风炉改造为豫兴悬链线顶燃式热风炉

图为山西建龙1380m³高炉内燃式热风炉改造为豫兴顶燃式热风炉

图为南京南钢产业发展有限公司2000m³高炉内燃式热风炉改造为豫兴顶燃式热风炉

作者 | 夏杰生