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2019-03-11 19:03:00
辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 浅谈高炉热风炉技术 专业:冶金技术 班级:10 冶金 姓名:张 彬 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 目 前 摘 录 言 ……………………………………………………………………….I 要 …………………………………………………………………………II 1.热风炉概述………………………………………………………………… 1 1.1 热风炉分类 ………………………………………………………….2 1.2 热风炉燃料……………………………………………………………..3 1.3 热风炉技术特征 ……………………………………………………..4 2 热风炉的结构 ………………………………………………………….5 2.1 热风炉基本结构。 …....................................5 2.2 先进热风炉的特征。 ……………………………………………5 3.热风炉技术………………………………………………………………..6 3.1 热风炉技术发展历程。…………………………………………….6 3.2 顶燃式热风炉是最具发展潜力的热风炉。……………………….7 3.3 合理的热风炉配臵保持高炉稳定 …………………………………..8 3.4 提高加热炉传热效率和寿命是可靠保证…………………………..8 3.5 提高加热炉煤气热值是有效的技术措施 ………………………….9 3.6 陶瓷热风炉预热助燃空气 总 致 ……………………………………….10 结 ……………………………………………………………………….11 谢 ……………………………………………………………………….12 …………………………………………………………………..13 参考文献 I 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 摘 要 高炉热风炉是炼铁厂高炉主要配套的设备之一,一般一座高 炉配 3~4 座热风炉, 热风炉的作用是为高炉持续不断的提供 1000 度以上的高温热风。 目前先进的现代热风炉风温可以达到 1300 度。 关键字:热风炉;高炉;高风温;热工行为;优化控制;人工智能 II 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 1 热风炉概述 1.1 热风炉分类 高炉热风炉按工作原理可分为蓄热式和换热式两种 蓄热式热风炉,按热风炉内部的蓄热体分球式热风炉(简 称球炉) 和采用格子砖的热风炉, 按燃烧方式可以分为顶燃式, 内燃式,外燃式等几种,提高热风炉热风温度是高炉强化冶炼 的关键技术。如何提高风温,是业内人士长期研究的方向。常 用的办法是混烧高热值煤气,或增加热风炉格子砖的换热面 积,或改变格子砖的材质、密度,或改变蓄热体的形状(如蓄 热球),以及通过种种方法将煤气和助燃空气预热。 蓄热式格子砖热风炉是目前现代高炉、尤其是大高炉最常用 的热风炉形式。 优点:换热温度高、热利用率高、工作风量大,适合于大高 炉生产需要。 缺点:体积大,占地面积大,购臵成本高。 换热式热风炉,主是使用使用耐高温换热器为核心部件, 此部件不能使用金属材质换热器,只能使用耐高温陶瓷换热 器,高炉煤气在燃烧室内充分燃烧,燃烧后的热空气,经过换 热器,把热量换给新鲜的冷空气,可使新鲜空气温度达到 1000 度以上。 优点:换热温度高,热利用率高,体积小,购臵成本低。 缺点:换热温度没有蓄热式高,使用规模较小。 1.2 热风炉燃料 热风炉一般采用高炉煤气加焦炉煤气作燃料。现代热风炉在 仅使用高炉煤气的条件下,采用预热助燃空气和煤气的方法, 也可提高风温至 1200~1300℃以上。 1.3 热风炉技术特征 -3- 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 高风温是现代高炉的重要技术特征。提高风温是增加喷煤 量、降低焦比、降低生产成本的主要技术措施。近几年,随着 引进卡卢金顶燃式热风炉技术,国内钢铁企业高炉的热风温度 逐年升高,特别是新建设的一批大高炉(大于 2000 立方米) 热风温度均超过 1200℃,达到国际先进水平。如曹妃甸京唐公司 5500 立 方米高炉采用卡卢金顶燃式热风炉, 热风温度达到了 1300℃的 世界水平。 -4- 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 2 热风炉的结构 2.1 热风炉基本结构 热风炉是为高炉加热鼓风的设备, 是现代高炉不可缺少的 重要组成部分。现代大高炉目前最常用的是蓄热式格子砖热风 炉,蓄热式热风炉按燃烧方式可以分为顶燃式,内燃式,外燃 式等几种。其工作原理是先燃烧煤气,用产生的烟气加热蓄热 室的格子砖,再将冷风通过炽热的格子砖进行加热,然后将热 风炉轮流交替地进行燃烧和送风,使高炉连续获得高温热风。 蓄热式热风炉有烧炉、送风两种主要操作模式:将高炉煤气燃 烧对蓄热室的格子砖进行加热,即为“烧炉”操作模式,用蓄 热室格子砖对冷风进行加热并送风到高炉,即为“送风”操作 模式。 2.2 先进热风炉的特征 高风温、低投资、长寿命是现代热风炉的基本特征。理论 研究和生产实践表明,顶燃式热风炉是目前最先进的热风炉结 构形式,采用顶燃式热风炉结构,可以提高热风炉热效率、降 低设备投资、延长热风炉寿命。 -5- 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 3 热风炉技术 3.1热风炉技术发展历程 高风温有赖热风炉的结构优化 20 世纪 50 年代, 我国高炉主要采用传统的内燃式热风炉。 这种热风炉存在着诸多技术缺陷,风温较低;20 世纪 60 年代 出现的外燃式热风炉,将燃烧室与蓄热室分开,显著地提高了 风温,延长了热风炉寿命。20 世纪 70 年代,荷兰霍戈文公司 (现达涅利公司)开发了改造型内燃式热风炉,在欧美等地区 得到应用并获得成功。与此同时,我国炼铁工作者自行研制的 无燃烧室的顶燃式热风炉,并于上世纪 70 年代末在首钢 2 号 高炉(1327 立方米)上成功应用。自 2002 年中国引进的第一 座 KALUGIN 顶燃式热风炉(无燃烧室的第二代卡式热风炉)投 入运行,结构先进、风温提高、运行稳定的卡卢金顶燃式热风 炉迅速在中国推广开来,迄今为止在中国已经有超过 100 座原 创的卡式热风炉在运行,近 5 年新建的大高炉和超大高炉(例 如曹妃甸京唐公司 1#、2# 5500 立方米高炉)普遍使用了卡式 热风炉,在中国以外的日本、俄罗斯、乌克兰等国家也有 100 多座 KALUGIN(卡鲁金)顶燃式热风炉投入使用,其中俄罗斯 北方钢厂的 5500 立方米高炉、日本 JFE 公司的 5000 立方米高 炉改造工程,都使用了卡式热风炉。 3.2 顶燃式热风炉是最具发展潜力的热风炉 截至目前,卡式顶燃式热风炉由于具有结构稳定性好、气 流分布均匀、布臵紧凑、占地面积小、投资省、热效率高、寿 命长等优势,已成为世界上最具发展潜力的热风炉。生产实践 证实,卡式顶燃式热风炉是一种长寿型的热风炉,完全可以满 足两代高炉炉龄寿命的要求。但是,目前国内对于高风温热风 炉管系的结构设计方面还存在一些问题,耐材质量不高、施工 质量差也日益成为影响热风炉质量的关键;针对国内有的企业 -6- 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 高炉煤气含水量高、煤气质量差的情况,对热风炉高温热风出 口、热风管道的可靠性设计,还需要进一步加强;高风温热风 炉出现后,大高炉接受高风温的结构改进,也正在进一步研究 中。 3.3 合理的热风炉配置保持高炉稳定 根据实践,现代大型高炉配臵 3~4 座热风炉比较合理。 大型高炉如果配臵 4 座热风炉,可以实现交错并联送风, 实践证明,在不提高热风炉拱顶温度前提下,能提高送风风温 20℃~50℃。在炉役的中后期,还可以在 1 座热风炉检修的情 况下,采用另外 3 座热风炉工作,使高炉生产不会出现过大的 波动。目前,国内外许多大型高炉都配套建设了 4 座热风炉。 采用 3 座热风炉可以大幅度降低建设投资,减少占地面积, 也同样具有非常大的吸引力。3 座热风炉的操作模式为“两烧 一送”,风温的调节控制依靠混风实现,也同样达到了高风温 的效果,这已经是目前国内外中小型高炉热风炉配臵的趋势。 现代热风炉的发展方向是降低投资、延长热风炉寿命、强 化燃烧能力、缩短送风时间、回收废气热量、提高总热效率。 另外,尽量缩短送风时间的操作方式也得到重视,卡卢金公司 目前正在全球推广的 20 毫米孔径格子砖顶燃式热风炉,是这 种新型现代热风炉发展的典型代表,目前已经在俄罗斯北方钢 厂 5500 立方米高炉、中国济南钢铁公司 3200 立方米高炉等多 个实际工程项目上应用。 3.4 提高加热炉传热效率和寿命是可靠保证 现代高炉多采用蓄热式热风炉,因此,提高热风炉传热效 率对提高风温有着重要意义。而增加格子砖的加热面积是提高 传热能力的重要技术措施之一。卡卢金公司首先发明并正在着 力推广的 20 毫米孔径格子砖,与目前常规的 30 毫米孔径格子 -7- 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 砖相比,单位体积加热面积由 48 平方米/每立方米提高到 64 平方米/每立方米,并且在热风炉整个运行期间不会发生渣化 现象。 热风炉耐火材料内衬在高温、高压环境下的工作条件十分恶 劣。为了使热风炉满足高风温的要求,延长其使用寿命,对热 风炉耐火材料的质量以及砌体的设计都有很严格的要求。如何 根据热风炉各部位的工作温度、结构特点、受力情况及化学侵 蚀的特点, 选用不同性能的耐火材料, 是钢铁企业关注的重点。 此外,加强热风炉热风管系的受力分析与计算,对热风管 路进行优化设计,也是提高风温的重要措施。对承受高风温、 高压管道的波纹补偿器以及管道支架的设臵应进行详细的受 力分析,特别是对承受高温热膨胀位移和高压产生的压力位移 的管道,在设计中要给予充分的重视。 3.5 提高加热炉煤气热值是有效的技术措施 燃烧理论和生产实践已证实,提高煤气热值是提高风温的有 效措施。而目前国内钢铁企业高热值煤气燃料缺乏是高风温的 主要制约因素之一。为实现高风温,钢铁企业应采取了以下针 对性技术措施: 一是采用煤气、助燃空气低温双预热技术。该技术利用助燃 空气和煤气通过热管换热器对热风炉进行预热,当预热温度达 到 200℃时,可以提高热风炉的理论燃烧温度和拱顶温度。首 钢 3 号高炉采用煤气、助燃空气双预热技术以后,风温提高了 50℃~70℃。 二是采用高炉煤气低温预热及助燃空气高温预热技术。 利 用热风炉烟气余热,通过分离式热管换热器将热风炉用高炉煤 气预热到 200℃;利用卡式助燃空气预热炉将助燃空气预热到 -8- 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 600℃。京唐公司 5500 立方米高炉热风炉采用了此技术。但由 于大型高炉煤气清洗系统处理能力不足,造成煤气温度高、饱 和水和机械水含量高,使煤气热值严重降低。他们随后在煤气 管道上配臵了旋流脱水装臵,降低了煤气含水量。实测表明这 项技术的实施,可提高风温 15℃~20℃。 三是采用高炉煤气干法除尘技术。采用高炉煤气干法除尘, 可显著减少高炉煤气中的含水量。在同等条件下,高炉煤气热 值可提高约 200 千焦/立方米。 近年来,我国高炉风温水平有显著提高,新型卡式热风炉利 用高炉煤气即可达到 1250℃以上的高风温,并且正在发展 1300℃以上的高风温热风炉。我国热风炉结构形式比较复杂, 还有大量的内燃式、外燃式热风炉处于待改造阶段。结合国内 钢铁企业的实情,推广引进新型高风温热风炉技术,高效利用 低热值高炉煤气实现高风温将是炼铁工作者今后工作的重点。 3.6 陶瓷热风炉预热助燃空气 一般普通的高炉热风炉,投资成本高,而且需要切换,温 度不稳定,且体积大,占用面积也大;易堵塞、更换成本高。 然而动辄几百甚至上千万的热风炉让许多中小型炼铁厂 望尘莫及, 因此就让许多可利用的能源白白地浪费掉了。 不过, 荣华节能陶瓷换热器有限公司生产的陶瓷热风炉已攻克这一 难关。陶瓷热风炉,体积小,热风温度高,而且稳定,适合各 种炼铁企业使用。 1.在炼铁高炉煤气,用热风炉也预热助燃空气,助燃空气 温度一般情况下可达到 1100——1250 度,陶瓷热风炉可以达 到此温度。 2.使用寿命上,一般情况下陶瓷热风炉是其他热风炉几倍 或几十倍。 3.使用方法简单,直接快捷,并使用寿命长,投资小,免 人工操作,免机械操作,不漏气,不堵塞,维修快捷。 -9- 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 总 结 目前高炉热风炉运行结果表明:提高热效率、节约能源、提 高风温以及保护设备和延长炉子寿命,因而收到重大的经济效益, 故热风炉优化控制早上早得益。 (1)随着我国经济的高速发展,高炉炼铁技术进步非常之快,高炉 热风炉大型化、多样化、高效化,大大缩小了我们与世界先进水 平的差距,一大批炼铁及相关科技工作者开发出了一系列世界水 平的具有自主知识产权的领先技术,填补国内外热风炉技术的空 白,引起世人关注。高风温高炉热风炉技术进步与发展是 20 多年 来广大高炉热风炉工作者不懈努力的结果。 (2)无论大小钢铁厂或大小高炉都把高风温作为首选目标。霍戈文 高风温热风炉的引进、大型外燃式热风炉(地得式、新日铁式)或 大型外燃式热风炉加辅助小热风炉的组合、顶燃式热风炉(俄卡鲁 金顶燃式的引进、球式顶燃式、旋流、逆旋流顶燃式的开发)、大 型外燃式热风炉自身预热式在大型高炉上的成功应用、高炉热风 炉烟气余热预热 助燃空气和煤气技术及其附加加热换热技术组合等等。所有这些, 都取得了高风温的实效。 - 10 - 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 致 谢 在本论文的写作过程中,XXX 老师倾注了大量的心血, 从 选题到开题报告,从写作提纲,到一遍又一遍地指出每稿中的 具体问题,严格把关,循循善诱,在此我表示衷心感谢。同时 我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以 及关心我的同学和朋友。写作毕业论文是一次再系统学习的过 程,毕业论文的完成,同样也意味着新的学习生活的开始。 - 11 - 辽宁冶金职业技术学院毕业设计(论文) 参考文献 1.胡日君;程素森考贝式热风炉蓄热室底部空腔冷风分布的数值 模拟[期刊论文]-过程工程学报 2005(05) 2.赵民革;胡日君;程树森鼓风管对热风炉鼓风室气流分布的影响 [期刊论文]-钢铁 2005(12) 3.李嘉年采用双预热提高热风炉风温[期刊论文]-钢铁 2001(02) 4.戴方钦;黄素逸;董焰顶燃式热风炉多火孔无焰陶瓷燃烧器的研 究与应用[期刊论文]-钢铁 2007(11) 5.张胤;贺友多;李士琦高炉热风炉钝体式陶瓷燃烧器燃烧过程研 究[期刊论文]-钢铁 2005(01) 6.钱凯;胡雄光顶燃式热风炉冷风、烟气匹配技术[期刊论文]-金 属学报 2000(04) 7.张书臣;郭鸿志;刘向军新型外燃旋流热风炉内流动与传热过程 数值计算[期刊论文]-北京科技大学学报 2004(01) - 12 -
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