高温热风炉设计

高温热风炉设计

张净

摘要：高温热风炉的设计目标是：热风温度1200～1250℃、总热效率85～90%、炉役寿命25～30年；采用三座高温长寿高效的蓄热式热风炉，提高进出蓄热室的烟气温度，利用废气热量预热助燃空气和煤气，缩短送风时间[1]。

关键词：预热高效格子砖

1 现代高炉对热风炉的要求

高炉炼铁工艺的发展趋势是：高炉大型化和冶炼强化，特征为低焦比(250～300kg/t)、低渣量(≤250～300kg/t)、大喷煤(≥200～250kg/t)、高系数(≥65～70t/m2·d)、长炉龄(20～25年)。为了满足高炉这种强化冶炼的需要，高温热风炉的设计应结合我国的能源条件，采用高炉煤气(热值2940～3150 kJ/Nm3)和预热煤气及助燃空气的基本途径，达到风温1200～1250℃、热效率85～90%、寿命25～30年的目标。

2 高温热量加热热风炉

我国有各种型式的现代高温热风炉(高温内燃式、外燃式和顶燃式)，但风温长期停滞在1050～1100℃水平，主要原因是燃烧温度较低，高温热量不足。

若要将热风温度由1050℃提高到1250℃，即将相应的鼓风热含量从1512 kJ/Nm3增加到1764 kJ/Nm3，在单烧高炉煤气和双预热的条件下，就应提高燃烧烟气进出蓄热室的温度，将拱顶温度加热到1350～1400℃，底部废气出口温度提高到500℃以上，以利强化整个蓄热室的热交换过程，提高烟气－格子砖、格子砖－鼓风之间的传热温差和热流强度，从而提高鼓风的热含量和热风温度。

3 高温热风炉设计基本理念

a. 在缺乏高炉煤气富化的条件下，将蓄热室出口废气温度提高到500～600℃，并直接利用废气余热和管式换热器将煤气和助燃空气预热到300℃，使换热器出口废气温度降低到150℃。这是利用废气的低温热量转换为拱顶的高温热量、提高热风炉风温和总热效率的经济有效途径。

b. 高炉传统采用的蓄热式热风炉与平炉的蓄热室热工特性相比，不仅加热蓄热室的烟气温度低，而且蓄热室用的格子砖热工性能差，送风和燃烧时间较长，导致高炉的热风炉加热能力低、结构庞大、投资昂贵。因此，现代热风炉的送风

时间应由过去的60～90min缩短到30～45min，在加热风量和风温一定的条件下，蓄热室的蓄热量可减少一半：使用与操作制度相适应的孔径小(φ30mm)、当量厚度薄(26mm)、结构稳定的块状多孔高效格子砖，单位格子砖加热面积达48m2/m3，使蓄热室容积得到充分利用，既强化了蓄热室的热交换能力，又降低了热风炉的基建投资。

4 热风炉燃烧介质预热流程的选择

热风炉在缺乏高热值煤气情况下，为了获得高温热量以提高热风温度，根据具体条件采用了多种预热工艺流程：

4.1 热风炉自身预热法

这是我国开发的利用热风炉送风期后蓄热室剩余的低温热量，将助燃空气预热到500～600℃左右的工艺，另外还利用热风炉废气温度250～300℃的余热，将高炉煤气预热到150～200℃，从而将热风温度提高到1200～1250℃。

采用这种预热工艺的1000m3高炉，宜配置4座热风炉，使用2烧、l送、1预热，燃烧期60min、送风期30min、预热期30min的操作制度：

30min 60min 90min 120min No1 热风炉送风预热燃烧燃烧

No2 热风炉燃烧送风预热燃烧

No3 热风炉燃烧燃烧送风预热

No4 热风炉预热燃烧燃烧送风热风炉自身(陶瓷)预热法是在传统工艺基础上，将助燃空气送入经过加热鼓风后的热风炉，利用其余热来预热助燃空气到500～600℃以上，使热风炉由单纯加热鼓风扩大为既加热鼓风又预热助燃空气的两种功能。

由于热风炉功能的扩展，蓄热室储存的高温热量与低温热量根据鼓风与助燃空气不同的需要得到充分的利用，但要注意蓄热室放热、储热和燃烧器供热能力的平衡。

4.2 辅加预热助燃空气的热风炉

采用2座小型热风炉(确切的名称助燃空气预热炉)1烧l送，将助燃空气加热到600℃，同时利用3座加热鼓风的高温热风炉的废气将煤气预热到200℃，在全烧低热值高炉煤气条件下，使热风温度达到1250℃水平。

4.3 辅加燃烧炉提高换热器的加热温度

由于热风炉的废气温度较低(一般平均为250～300℃)，低温热管换热器只能

将空气和煤气预热到150℃左右。为了进一步将空气和煤气的预热温度提高到300℃以上，采用燃烧造气炉产生的800～l100℃烟气与热风炉的废气混合成600℃的高温废气，加热高温管式换热器(耐热钢管换热器或高温热管换热器)。

4.4 提高热风炉废气温度直接加热高温换热器

采用高功率陶瓷燃烧器、高效格子砖和耐热铸铁炉篦子及支柱，降低蓄热室的高度，将热风炉出口的废气温度提高到600℃直接加热空气和煤气管式换热器，将空气和煤气预热到300℃以上，换热器出口废气温度降到150℃，以实现高温热风炉“高温、长寿、高效”的设计目标。

四种预热流程的比较

自身预热法辅加热风炉辅加燃烧炉提高废气温度

工艺流程简捷繁杂繁杂简捷

空气预热温度

500～1000 500～1000 300～500 300～500 （℃）

热风温度（℃）1250～1300 1250～1300 1200～1250 1200～1250

换热器类型陶瓷蓄热式陶瓷蓄热式金属换热式金属换热式

主/辅热风炉座数4/0 3/2 3/0 3/0

热风炉系统投资较高高较低低

5 采用高效格子砖

随着高炉煤气净化效率的提高(净煤气含尘量≤5～10mg/Nm3)和热风炉送风时间的缩短(30～45min)，应研究改进蓄热室格子砖的热工性能，采用孔道流体直径dh小，当量厚度S薄，活面积小，加热面积f大的高效格子砖，以提高蓄热室的加热能力和利用效率。

几种高效格子砖的热工参数：

热工参数格子砖型

φ30×19φ36.6×13φ43×7 f,m2/m348 42.67 38.08

ψ，m2/m20.3766 0.3905 0.4093

1-ψ,m2/m20.6235 0.6093 0.5907 S,mm 26 28.57 31

dh,mm 30 36.6 43