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热风炉高风温技术
发表时间:[2008-09-04]  作者:陈义胜  编辑录入:admin  点击数:9200

 

1.     该技术的现状

高风温是高炉生产的需要,也是热风炉工作者的追求目标。提高热风温度的方法有很多,但有效利用热风炉自身潜力,在不增加运行成本的前提下,提高热风温度的方法是最为合理的。我们通过三项技术的应用,可以在不增加热风炉运行成本的前提下,提高热风温度70100℃。

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热风炉陶瓷燃烧器是继金属套筒燃烧器后,克服了金属燃烧器的缺点亚博体育2018网址起来的。有代表性的热风炉用陶瓷燃烧器是:

    ①栅格式陶瓷燃烧器

    ②套筒式陶瓷燃烧器

    ③预混火焰燃烧器(顶燃式)

    Blooms燃烧器

    ⑤荷兰霍戈文矩形燃烧器

    ⑥多孔中空高效燃烧器

    各种燃烧器的主要特性简述如下:

    栅格式燃烧器煤气和空气被分隔成相邻片状、在片状气流出口处又加上与片状相垂直的钝体,使气流进一步被切割,而引起在截面上均匀分布的小回流,使混合很好,火焰较短,每一个小回流点是燃烧时的稳焰火种点,看起来是截面上均匀的点点火焰,好像“万家灯火”,燃烧平稳,是一种燃烧性能很优良的扩散火焰。但其致命的缺点是热风炉拱顶和燃烧室由于周期热应力和机械力的作用,耐火材料会发生剥落和掉砖等毛病,所以应用在内燃式热风炉时,在生产后期发生掉砖会使陶瓷燃烧器工作不正常,而被迫更换,可以推测这种燃烧器如果应用于受热均匀的外燃式热风炉时还是有生命力的。

    普通的套筒式陶瓷燃烧器由于结构简单而且可以做成大块耐热混凝土的结构件,安装方便而受到广泛使用。但这种陶瓷燃烧器与过去金属套筒式燃烧器相比性能上是很相似的,金属套筒燃烧器是中心走空气而四周(外圆)走煤气,由于气流与燃烧室隔墙相碰撞,混合大大改善而燃烧变为脉动,而且此处隔墙承受巨大的温度应力,容易发生短路。套筒式陶瓷燃烧器由横向安装变为竖直安装,气流不再与燃烧室隔墙发生碰撞,燃烧的脉动情况有了很大改善,这种陶瓷燃烧器是中心走煤气,四周走空气,仍是套筒式的。空气出口分隔成片状不是为了改善煤气和空气的混合,而是为了强度和结构稳定,而不得不做成这样,而且大块耐热混凝土的结构件在热疲劳性能上有缺陷,所以寿命有问题,现在的改进是用了堇青石砖。这种燃烧器的致命缺点是空气和煤气混合太差,空气虽然以5560°交角度与煤气相交,并不能由此认为燃烧在此焦点处已经完成,其实二股气流相交时只能起到空气在燃烧室下部产生一个回流,而这个回流与燃烧时的低频振动有关。由于混合太差,火焰很长,在进入格子砖之前尚未燃烧完毕,部分燃烧反应在格子砖顶部发生。造成这地区过热和格子砖烧融和变形、蠕变严重,火井向格子砖方向倾斜等。

    60年代,首钢开发了一种用于顶燃式热风炉的预混火焰烧咀。这种烧咀在当时起过作用,但由于高炉焦比的降低,煤气热值越来越低,需通过的煤气体积越来越大,导致这种预混燃烧器的煤气通过能力不足,造成首钢顶燃热风炉风温上不去,目前这种预混式燃烧器已无多大亚博体育2018网址前途。

    B1ooms燃烧器是美国70年代亚博体育2018网址起来的一种热风炉用燃烧器是由B1ooms工程公司发明的(1),这种陶瓷燃烧器还是煤气走中心而空气过外环,所不同的是空气顶部是封死的,所以空气不是以交角与煤气相混合发生燃烧,而是以二排孔的切线方向引入煤气之中,理论上来说这仍然是扩散火焰,但由于空气以二排小孔形式与煤气相混合,混合性能显然优于国内常用的套筒式,火焰相对较短。国内鞍钢在套筒式燃烧器顶部进行了相应的改造以改进空气与煤气的混合,厂方说能提高热风温度20

荷兰霍戈文矩形陶瓷燃烧器(见图2)是目前国内应用最成功的(在武汉、唐钢、本钢等),这种矩形燃烧器是与眼睛型燃烧室相配合的,除霍戈文式结构上很多优点之外(如煤气导流板、隔墙的金属箔防短路,燃烧室隔墙衬与大墙砖能自由滑动,悬链式穹顶,燃烧器的防应力膨胀缝等)。从原理上看,这种矩形燃烧器仍是套简式的,只不过是“挤扁了的套筒燃烧器”,煤气走中心矩形孔,空气在矩形孔的二侧以小孔形式出来,以50-60°交角与煤气相混合,由于煤气通道由圆形变为矩形,煤气与空气的扩散距离缩短了,所以煤气与空气的混合性能变好,火焰变短,但仍然是湍流扩散火焰,这是它的第一

个优点。它的另一个优点是由于烟气是从矩形孔中出来,火焰按眼睛型长轴的大小从拱顶向格子砖方向流入,火焰的铺展性比较好,再加上悬链式拱顶对烟气流分布的帮助,改善了烟气在格子砖断而上的均匀分布。霍戈文式热风炉虽然没有烟气分配技术,但由于矩形燃烧器火焰的铺展性和悬链式拱顶对气流分布的改善这二点相结合而达到烟气流在格子砖的较均匀分布。

 

 

 

    由于霍戈文燃烧器生产实践表明效果较好,所以湍流扩散火焰在热风炉中是可用的,霍戈文对每个热风炉的火焰长度都要做火力模型试验,保证火焰在到达拱顶前已基本完全燃烧。

荷兰霍戈文公司在中国198919911993年分别申请了四个专利,其中93年的专利就是在煤气矩形孔中再加一个空气通道,这说明他们感到矩形燃烧器的火焰仍太长,所以在煤气通道的中心再加一个空气管(通过10%~20%的空气)来改善煤气和空气的混合情况以控制火焰的长度。从上述专利可以分析出,矩形燃烧器有时仍感到火焰过长(特别当空气和煤气不预热时),混合上仍有缺陷。

新日铁式三环陶瓷燃烧器是新日铁为宝钢4000m3高炉热风炉设计的,以后在1200 m3高炉热风炉上有应用。三环式中心通焦炉煤气,中环是空气,外环是高炉煤气,三环面积设计与气体的体积流量相符合。中环空气环各有6个通道与焦炉煤气和高炉煤气相混合,因此可以认为是6组的栅格式的燃烧器。这种燃烧器使用效果是好的,其突出优点是烧炉初期,可用改变焦炉煤气流量的方法迅速提高顶温,而烧炉后期可以减少焦炉煤气流量。操作灵活。但对焦炉煤气不足的冶金厂,由于热风炉没有稳定的焦炉煤气供应,当无焦炉煤气时,中心只通空气而形成冷流,不利于拱顶温度的均匀分布,不利于拱顶的寿命。

    多孔中空高效燃烧器是1991年武汉冶金建筑研究院申请的专利,这是一种预混火焰,煤气与空气在出燃烧器之前先预混,然后以5060°出口角度相交,由于预混段长度有lm以上,而空气和煤气分成多孔,所以这种燃烧器的火焰是比较短的。火焰所产生的高温区集中在燃烧室的下部,据鞍山使用的情况来看。效果应该是肯定的,但当煤气预热到200时,个别热风炉燃烧时已发观有低频振动。可看出热风炉燃烧器的火焰也不是越短越好,因为随着煤气和空气的预热。燃烧反应激烈。火烟变短。有时就会发生不规则的低频振动(25Hz),而对热风炉寿命发生很大损害。

    综合上述调查,可得出下列几个结论:

    ①由于高炉焦比的降低,高炉煤气热值已降到接近700Kcal/m3 (3000kJm3)的地步。这个热值是连续加热炉用煤气热值的l/3,也意味着要通过约三倍体积的煤气才能产生与连续加热炉一样多的热量,所以热风炉燃烧器的煤气通过量很大,是一般燃烧器的23倍,而且煤气中可燃成分约25%,与空气中含氧21%相结合,说明即使煤气与空气瞬时发生混合也只有5%的几率发生燃烧,这就是热风炉燃烧器煤气与空气混合很重要而且火焰很长的基本原因。

    ②由于燃烧器的煤气与空气通过量大,混合困难,所以热风炉最好要保留燃烧室,以保证有足够空间来混合煤气与空气,所以热风炉采用无燃烧室的顶燃式时要特别慎重。

    ③在有燃烧室存在的前提下,采用什么火焰比较好?理论上说有两种:扩散火焰与预混火焰。结合霍戈文的实践,湍流扩散火焰是可取的,而且当煤气与空气预热时,火焰会变短。所以火焰选择长度应是既不太长,又不太短,火焰太长会发生部分燃烧在顶部格子砖之内进行;火焰太短则容易造成局部地区巨大的热应力和发生低频振动从而危及热风炉的寿命。

归纳起来热风炉用燃烧器的要求是:

(1)有足够煤气通过能力。

(2)有适当长度火焰。

(3)寿命是高炉的二倍。

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