哈工大工业窑炉讲课资料

1、热风炉知识热风炉知识培训培训 第一讲第一讲 提高风温的措施提高风温的措施 高风温是高炉最廉价,利用率最高的能源,每提高100风温约降低焦比47%。当前能源紧张,迫切需要进一步提高风温。影响提高风温的因素很多，提高风温的措施根据各个热风炉的实际情况不同，有很多的方法。结合我厂的实际情况,提高风温可从以下几方面采取措施或加以改进。一、 我国近年来高炉设计中采用的几种热风炉形式：1、 顶燃式热风炉 顶燃式热风炉由于顶部燃烧器的不同和增加部分设计高风温技术的不同，国内大致分为以下几种。 （1）BSK（北京首钢卡鲁金）新型顶燃热风炉。以首钢京唐为代表的热风炉，在使用附加燃烧炉将废气预热后的助燃空气加热至

2、600，高炉煤气预热至200，全烧高炉煤气的情况下，月平均风温达到1300。 （2）卡鲁金式热风炉。国内用的很多，以鞍钢5#为代表的热风炉，在全烧高炉煤气、助燃空气预热至350、高炉煤气预热至200的情况下风温水平达到了1250。 （3）柳钢和建研院共同研制的顶燃炉。已柳钢为代表的頂燃炉，将頂燃炉和球式热风炉结合起来，用在了2200m3高炉上，其风温水平也达到了1230。2、外燃式热风炉 目前国内新投产的高炉，热风炉大多采用新日铁式外燃式热风炉。以上海宝钢和太钢的4000级高炉为代表。在空气、煤气双预热的前提下，混烧部分焦炉煤气（采用圆形格栅式陶瓷燃烧器）和对助燃空气富氧等提高热风炉理论燃烧温

3、度的手段，风温长期保持在1250。 3、霍格文内燃式和改进型内燃式热风炉 霍格文内燃式和改进型内燃式热风炉，以宝钢旗下的宁波钢厂为代表，在较早3000级以下高炉设计中采用较多，其有效的克服了传统内燃炉结构上的缺陷，可实现长寿，但在提供风温水平上有着不足，在设计热风炉蓄热面积大的情况下（约高炉鼓风对应热风炉蓄热面积大于40m2（m3min）、混烧部分高热值煤气，风温可达到12001 250。 4、其它形式的热风炉，如ZSD型、段润心型、合达式、达涅利康力斯ECDC外燃炉等，不是用于小型高炉就是不太成熟。二、提高热风炉的拱顶温度、拱顶温度的确定）有耐火材料的理化性能确定。或为防止因测量误差或燃烧控

4、制的不及时而烧坏拱顶，一般将实际的拱顶温度控制在比拱顶耐火砖荷重软化点低100左右。）由燃料的含尘量确定。格子砖因渣化和堵塞而降低寿命。产生格子砖渣化的条件是煤气的含尘量和温度，拱顶温度烧的越高，要求煤气含尘量越低。）受生成腐蚀介质限制。热风炉燃烧生成的高温烟气中含有腐蚀性成分，随着顶温的升高，生成的腐蚀介质的关系，因此，为避免发生拱顶钢板的晶间应力腐蚀，须控制拱顶温度不超过1400或采取防止晶间应力腐蚀地措施。从1380到1430之间,50的范围内生成量1%升高到9%,而1320以前的生成量不足0.3%.2、拱顶温度、热风温度与热风炉理论燃烧温度的关系（1）拱顶温度与热风温度的关系 据国内高

5、炉生产实践统计，大、中型高炉热风炉拱顶温度比平均风温高100200，小型高炉热风炉拱顶温度不平均风温高150300。测量拱顶温度可采用辐射高温计，红外测温仪或热电偶。采用辐射高温计时，为防止镜头沾灰，须压缩空气吹扫。采用热电偶时，插入的合理深度为热电偶热端超出拱顶砖衬内表面50-80mm。（2）拱顶温度与理论燃烧温度的关系 由于炉墙散热和不完全燃烧等因素的影响，我国大、中型高炉热风炉实际拱顶温度低于理论燃烧温度7090。3、配用高发热量煤气提高拱顶温度（1）煤气发热量与热风炉理论燃烧温度的关系 若空气和煤气都不预热，他们带入的物理热只占总热量收入的12，此时影响t理的主要因素为煤气的发热量。大

6、致上，高炉煤气发热量，每100kj/m3，t理相应24。 高炉煤气混入不同量的焦炉煤气，混合煤气的发热量及理论燃烧温度t理。每增加焦炉煤气1，混合煤气发热量约增加150kj/m3，在混合量不超过15以前，每1焦炉煤气提高理论燃烧温度t理约16。每增加1的天然气混合煤气的发热量，约增加325kJ/m3，随之提高约23。 需要混入高热值煤气量的比例a高按下式计算：a高(混合发热量高炉煤气发热量)(焦炉煤气发热量高炉煤气发热量)（2）混入高发热量煤气的方法 热风炉混入高发热量煤气的方法有3种： 1）采用三孔陶瓷燃烧器，混合效果好、调节方便，但设备较复杂，一般用在大型高炉热风炉上。 2）采用引射器，简

7、易方便，操作安全，混合效果也好，但混入比例较窄，高热量低压煤气混入量一般不大于20 3）由供气部门按指定发热量事先混合好，再送至热风炉燃烧(轧钢厂加热炉由燃气公司提供采用该方式)。此法没有因不同气种压力变化而产生的热量波动，可避免烧坏热风炉设备。但供气部门须有较复杂的混合装置和自控设备。4、预热助燃空气和煤气（1）预热助燃空气、煤气对理论燃烧温度的影响1）助燃空气预热温度对理论燃烧温度的影响。助燃空气温度在800度以内，每升100度，相应提高t理3035，一般按33计算。2）煤气预热温度对理论燃烧温度t理的影响，煤气预热温度每升高100，提高t理约50。3）助燃空气和煤气同时预热对理论燃烧温度

8、的影响。助燃空气和煤气同时都预热，提高理论燃烧温度的效果为两者分别预热效果之和。例如燃烧 QDW =3400 kJ/m3的煤气，助燃空气预热到200时可提高t理=1360-1303=57；煤气也预热到200，可提高 t理= 1381-1303=78。 t理提高的总效果为57 + 78 =135。（2）热风炉烟气余热回收预热助燃空气和煤气 目前国内外已在高炉热风炉上应用的烟道余热回收的换热器，主要有：回转式金属板式、管状式、热媒式和热管式等形式。都取得了较好的效果。热管式换热器回收热风炉烟气余热预热助燃空气和煤气。热管是一种经气一液相变和循环流动来传递热量的高效传热元件，用热管组成的换热器成为热

9、管换热器。热管是一个内部抽成真空，并充以适量的工作介质的密封管。5、 烧单一的高炉煤气实现1200以上的风温 为满足1200至1300风温，国内外普遍采用配加高发热值的燃料，如高炉煤气、转炉煤气、天然气等，但我国高发热值的燃料比较缺乏，大部分钢厂只能用单一的高炉煤气，要实现1200的风温，国内外做了大量研究性试验，并取得一定效果。 （1）热风炉自身预热。（燃烧炉3+2或4+2） 适合4座风包的热风炉，其原理是热量累加，并不节能，把助燃风预热到800900，风温可达1200以上的风温。标志是鞍钢10号高炉（两烧一送一预热）。（2）开发了带自身预热的陶瓷燃烧器。这种陶瓷燃烧器要求的材质必须耐急冷急

10、热。6、降低空气利用系数。空气过剩系数越小，理论上完全燃烧了可燃成分，不要有多余空气，理论燃烧温度最高，获得的顶温就最高。控制空气过剩系数的方法有：（1）烧炉时勤观察、勤动手调节、借助废气中氧气含量，保证合理燃烧。（2）改善燃烧器的结构、改善煤气、空气的混合速度和效果。（3）采用自动燃烧控制系统。7、降低煤气含水量。 高炉煤气温度低，含有大量的饱和水和部分机械水。饱和水含量越大，煤气的发热值越低下，在饱和水不超过10%（80gm3）范围内，每增加1%（8gm3）煤气发热量降低335 kJ/m3，理论燃烧温度降低85；机械水被带往热风炉，对煤气的影响除和饱和水同样外，汽化需要吸收煤气燃烧产生的热

11、量，导致理论温度降低。 我厂为干式布袋除尘，降低含水的方法：（1）在煤气上升或拐弯处设立脱水器，经常放水。（2）煤气管道要有良好保温。（3）减少高炉炉顶打水作业。（4）控制入炉焦碳的水分含量。三、缩小炉顶温度和热风温度的差值 增加蓄热面积和砖重。 热风炉的供热能力和其蓄热面积、蓄热量（砖重）有关。当格子砖量相同时，蓄热面积越大，供热能力越大风温越高。热风炉蓄热面积通常设计为1 m3高炉炉容对应70901或3037 m2（m3鼓风min）。蓄热面积增大，减少了风温降落，可用较低的炉顶温度获得较高的平均风温。 我厂旧区三座高炉采用ZSD型顶燃式热风炉。该热风炉的主要特点是：将燃烧室置于顶部，而在炉

12、壳内保留了热风通道；采用了燃烧效果好的短焰燃烧器。该三组热风炉采用两烧一送制，除没有实现计算机控制烧炉技术外，换炉和其他过程实现自动化；助燃空气预热至150180，由于采用布袋除尘煤气温度在100150；助燃风量34000M3h基本全用；每班换炉已达八、九次，说明已处于强化操作状态。正常工况下该三组热风炉蓄热面积小。出现相同特征。（1）炉顶温度和风温的差值大。炉顶温度13001350时，风温11001150，温差达200。（2）风温落差大，且高温时间短。初始风温和末风温相差90100。（3）烟道温度上升快。 60分钟烟道温度就已达300以上，提前进入烟道管理期，有效烧炉受到制约。 以上特征反映

13、了热风炉的蓄热面积小，传统的一些热风炉参数如每M3高炉蓄热面积、格子砖的活面积、每M3格子砖的加热面积、每M3格子砖重量等，随着高炉扩容和风量的增加，都不能真实反映能否作为高炉提供高风温的配置。我认为单位鼓风所对应的蓄热面积（m2(m3min)）可直接反映风温的高低，它不受高炉级别和热风炉形式、座数的限制，其数值越大风温越高。六、七高炉，风量1200 m3min，单位鼓风蓄热面积29.54m2m3min；三高炉，风量1200 m3min，单位鼓风蓄热面积33.66（m2m3min)。八高炉，风量2600 m3min，单位鼓风蓄热面积36.57m2(m3min)。四、提高废气温度 提高废气温度可

14、增加热风炉中下部蓄热量，因此通过增加单位时间燃烧煤气量来适应的提高废气温度，可以减少周期风温降落，是提高风温的一种措施。在废气温度为200400的范围之内，每提高100废气温度，约可提高风温40。但单纯采用这种措施会影响热风炉的热效率。如果与烟道废气余热回收余热助燃空气和煤气配合，则热风炉热效率不会降低，反而可以提高。1、影响废气温度的因素主要有：单位时间消耗的煤气量，燃烧时间，热风炉的加热面积，空气利用系数等。 1）单位时间消耗的煤气量。实践证明：单位时间消耗煤气量增加，导致废气温度升高。 2）燃烧时间的影响。废气温度随着燃烧时间的延长，而近似直线上升，如图7-38所示。 3）加热面积。当换

15、炉次数、单位时间燃烧的煤气量都一定时，热风炉加热面积越小，其废气温度越高。2、允许的废气温度范围 为避免热风炉热效率的降低和烧坏蓄热室下部支撑结构，炉箅子、支柱。废气温度理论上不得数值520530。3、进一步提高废气温度 由于热风炉废气余热的成功回收，废气温度高会影响热风炉热效率的问题，已不复存在，蓄热室下部的支撑构件炉箅子、支柱的烧损问题，可以选用耐高温的金属材料制作加以解决。将废气温度提高到500（废气末温）是可能的。再通过余热回收装置，余热煤气和助燃空气。这样可以一举三得：1）能将煤气和空气的预热温度提高到300。2）不需要再建什么设备，只要将原来的换热设备的材质稍加改进就可以了。3）由

16、于废气温度提高150，又可以提高温度60。 这样只烧低发热量的高炉煤气，就能将风温提高到1200以上。因此适当的提高废气温度结合废气余热回收，将成为今后提高风温的重要措施之一。五、增加换炉次数缩短工作周期 热风炉的一个工作周期，包括燃烧、送风、换炉3个过程自始至终所需的时间。热风炉内的温度随之有周期性的变化。增加换炉次数缩短工作周期就是强化热风炉的操作过程，可以提高热风炉的风温水平。 1、增加换炉次数缩短送风时间的意义 1）缩小热风炉内高温部的温度波动，延长热风炉耐火砌体的寿命。 2）减少热风炉送风初期和末期的风温差值，能提高热风炉送风风温的水平。 3）用较小的蓄热面积，可以取得较高的风温水平

17、。 4）加强了热风炉中、下部的热交换。2、送风时间与风温的关系 随着送风时间的延长，风温逐渐下降，因此选择合理送风、燃烧制度，可以提高风温。鞍钢在原8号高炉的3号热风炉上，进行了增加换炉次数，缩短送风时间的试验。送风时间从2h，缩短到1h，热风出口温度提高90. 热风炉换炉次数少，送风时间过长，增大了炉顶温度降落的数值，不利于提高风温。生产实践证明，送风时间从2h缩短到1h，大多数高炉可以提高风温5070。 增加换炉次数，缩短送风时间，随之也缩短了燃烧时间。若热风炉的燃烧能力或煤气量等受限，不能相应的提高燃烧强度以弥补燃烧时间缩短引起的热量减少，则风温水平反而降低。所以在一定的条件下有一个适合

18、的热风炉工作周期。 3、合理工作周期的选择 合适送风时间最终取决于热风炉获得足够高的风温水平和蓄热量所必须的燃烧时间。合理的热风炉工作周期、换炉次数，应根据具体条件、设计数据结合经验而选定。 大型现代化高炉，一般都拥有4座热风炉，全自动化微机控制，施行交叉并联的工作制度。3040min换一次炉，一个班约换12次炉，每个炉送风时间为80min，燃烧时间为76min、换炉时间4min。为了达到快速换炉而高炉的风压又不波动，设有换炉灌风专用风机。 目前高炉热风炉的设备状况，以每班（8h）换8次为好。老的炉子可少换1-2次。全自动化程度高，先进的热风炉，以40min换一次为好。 六、改善热风炉的气流分

19、布 为了强化热风炉蓄热室内格子砖和通过气流（燃烧期的高温烟气和送风期的冷风）的热交换。在设计热风炉时，要尽可能的扩大通过格子砖孔道的气流速度，以形成高效紊流传热，同时还假设气流流过蓄热室横截面各格孔内的流速大小都是一样的，即气流在蓄热室截面上分配的均匀程度是理想的，100%的均匀，然而实际工作的热风炉烟气和冷风在蓄热室截面上的分布受多种因素影响是不均匀的。 1、热风炉内冷风分布的现状 通过模拟试验测定，内燃式热风炉，在送风期箅子的气流分布是冷风入口的对面隔墙（燃烧室的蓄热室的隔墙）的附近区域和隔墙与大墙相交的两个死角气流强、流速大，即在这个区域流过大量冷风，而靠近大墙内壁气流次之，而在冷风入口

20、附近中线两侧区域气流最弱、流速最小，即冷风通过该区最少。内燃式热风炉是这样，外燃式热风炉也基本如此，只是气流最强的区域改在冷风入口对面的大墙附近区域。经测定和计算，冷风在蓄热室横截面的气流分布均匀度只有60%70%。 出现上述分布的主要原因是：在热风炉送风期，冷风由冷风入口流入箅子下的空间时，主气流由于惯性和冲力，靠近隔墙和孔面（外燃式是冷风入口对面大墙附近）格孔内的气流强，通过的冷风量多。当主气流抵达隔墙（外燃式大墙），分成两部分，分别沿着大墙向入口回流，在主气流的两侧形成了一队较大、形似椭圆的旋流区。这就是冷风入口中线两侧区域气流最弱、流速小、通过风量少的主要原因。 2、蓄热室内烟气分布的

21、现状 由模拟试验和现场测试得出，内燃式热风炉烟气在蓄热室横截面上气流分布很不均匀，气流分布均匀度只有60%70%。在燃烧室对面气流量最大，而燃烧室两侧附近气流量又显著减少。形成这种不均匀分布的原因，经模型试验和分析认为：从燃烧室流出的烟气，在球顶转了180度的弯，由于离心力的作用在球顶空间内形成强烈的旋涡流动，使气流偏向外侧，致使在燃烧室对面区域气流强、流速大，流过烟气量多。 外燃式热风炉烟气在蓄热室横切面上的分布是比较均匀的，马琴式和新日铁式更好。烟气从燃烧室出来，经过几次扩张、收缩来到蓄热室缩口区域，又一次对称的喇叭口式，由上向下的扩张，使烟气到达蓄热室上表面时，分布已较为均匀。3、蓄热室

22、气流分布不均的影响 前面所述烟气和冷风，在蓄热室中分布是不均的，它给热风炉带来极大危险如下：1）恶化了炉内的热交换，使热风炉的热效率和热风温明显下降；对于内燃式热风炉来讲，这种恶化尤为严重，因为燃烧期烟气量分配大的区域，恰是送风期冷风流量较小的区域，相反烟气分配较小的区域却又是冷风量分配较大的区域。这就是内燃式热风炉风温低、炉顶温度与热风温度差值大的关键所在。2）由于格子砖加热和冷却各处明显不同，膨胀、收缩不一是格子砖错位和不均匀下沉的主要原因之一。 4、改善气流分布的措施 根据生产需要，人们对热风炉蓄热室气流分布不均的问题进行大量的研究，到了20世纪80年代取得的长足的进展。 增加热风炉冷风

23、入口的个数，大型和特大型高炉最好设均匀布置的个冷风入口。即便是中、小高炉设一个冷风入口，也要单独设置，并设在对称的位置上。 冷风入口设计成喇叭口，以减少冷风的冲力和惯性。 增加炉箅子下的净空高度。 内燃式热风炉的拱顶应推广悬链线顶和锥形顶来改善烟气的均匀分布。 在新建外燃式热风炉时，要推广烟气分布为均匀的马琴式和新日铁式。七、加强热风炉的绝热减少散热损失 为了减少热风炉的散热损失、提高热效率，现代高炉热风炉的设计都加强了绝热措施以满足1200风温的要求：1）热风炉炉壳的内表面喷涂一层陶瓷涂料，一般厚5060mm来代替过去65mm的硅藻土砖。高温区喷涂一层耐酸陶瓷涂料（如MSH-1）中，低温区喷

24、涂一层普通陶瓷材料（如FN-130、FN140）、它能保护炉壳和减少散热损失。耐酸陶瓷涂料对高温晶间应力腐蚀还能起到预防作用。2）热风炉各部普遍地增加隔热层的厚度，提高和改善隔热层材质。3）热风管道的内衬由喷涂层、隔热层和耐火砖组成。八、使用节能涂料 在不增加格子砖总数，不改变格子砖材质、密度的基础上，使用高温远红外节能涂料浸泡过的格子砖和喷涂的球顶高温内表面，可增加热风炉在燃烧期的吸热速度和吸热量，增加在送风期的放热速度和放热量，提高热风炉的蓄热能力，从而提高热风温度。九、灵活采取多种送风制度。 8高炉为例:没有富化高炉煤气前，仅烧高炉煤气全年平均风温1167，采用两烧一送制，每班换炉6次，

25、在100分钟燃烧期拱顶温度上升慢，50分钟时才达到1210（拱顶使用红外线测温），烟道上升快，60分钟就达320，提前进入烟道管理期，精确燃烧时间短。为减小这种不利状况，通过改变送风方式，即采取半并联交叉送风的方法，减小高炉煤气热值低对风温的影响，以充分带走热风炉中下的热量，提高精确燃烧时间。该项措施使精确烧炉时间由原来的60分钟提高到80分钟，燃烧期由100分钟延长到110风钟，风温由1167提高到1175。十、通过设备挖潜，缩短换炉过程时间。 在整个热风炉周期中，换炉过程必不可少，但属于热风炉闲置过程，八高炉换炉风压波动5kPa，时间1518分钟，影响了热风炉整体效率的利用，制约了风温进一

26、步提高。如何缩短换炉时间，发现影响换炉过程时间的主要原因是废气阀和冲压阀的行程时间过长导致，将废气阀和冲压阀的行程逐个调整,缩短了其开关周期。将废气阀的行程由原来的140秒调到120秒，充压阀由原来的40秒调到30秒，两个阀运行一次节省时间1分钟，高炉适当放宽换炉时风压波动到15 kPa，有效缩短换炉过程时间控制在68分钟，提高了热风炉的整体利用效率。针对三座风包送风温度差异，规定1#炉送50分钟，2#、3#送45分钟（攻关前每个炉送60分钟），换炉次数由原来的6次班，增加到89次班。 第二讲第二讲 热风炉操作事故的应急预案热风炉操作事故的应急预案调压阀组失灵应急预案调压阀组失灵应急预案一、一

27、、事故的根本原因1、该阀某个控制执行机构故障。2、该阀控制执行机构的线路故障。3、该阀控制的调节器故障。4、该阀某个阀板卡阻。二、事故的现象1、调节炉顶压力时不变化（包括自动调节），该阀阀位不跟踪，现场阀板不动。2、炉顶压力自动突然增大或减小，现场某个阀板自动开到最大位或关闭。3、常关闭的调节阀在最小位置时打不开。三、事故的危害性1、高炉失去调节顶压作用，影响高炉操作。2、炉顶压力自动突然增大或减小，极易引起高炉失常和炉顶安全事故。3、炉顶压力自动突然增大或减小，可引起除尘系统损坏和缩短布袋的使用寿命。四、事故的处理和预防措施出现以下故障，值班工长迅速作出反应，将事故危害降到最小。若超出30分

28、钟故障不能处理，通知设备科长和煤气技师。1、调压阀组某个阀在调节过程中不动（包括自动调节），顶压不变化，阀板不跟踪时：应检查操作器是否为手动状态（8高炉到操作盘上，将操作器设定为手动状态），游标置于操作前的位置，通知热风工到现场进行手动调节（关闭该执行器电源或拔出插头）。现场进行手动调节时，应和值班工长联系好，缓慢进行调压。通知区域组长和二建人员进行检查。不准带负荷调试执行器，引起高炉顶压大的波动 2、调压阀组某个阀在最小位置打不开时：（1）操作器回位10%，迅速关闭该阀电源（或拔出电源插头），到现场，将执行器转换为手动，盘转数周，恢复电源动作。（2）若盘车不动，用大锤震动阀体，直至阀体不卡。

29、3、调压阀组某个阀出现自动关闭或自动打开时：若出现自动关闭，顶压剧升，值班工长应大幅度减风，迅速打开炉顶放散卸压。若出现自动打开，顶压大幅度下降，值班工长和热风操作人员迅速到现场手动调节，并用另一调节阀进行调节，缓慢将故障阀门完全关闭。预防措施：1、日常操作控制游标，关闭时应3%，全开时应95%，防止阀板卡死或损坏执行器。2、现场执行器防雨防潮设施要求完备，控制线路严禁靠近煤气管，防止损坏执行器和烧损线路。3、现场温度高、震动大，热风工二人以上，每天检查调压阀组及执行器和线路，确保完好。炉顶放散跑煤气应急预案一、一、事故的根本原因1、密封面不光滑存在结苟、划痕。2、臂杆变形，关闭后密封面错位。二、事故的现象炉顶放散跑煤气，处理不好时，越来越大。三、事故的危害性1、吹坏密封面，损坏阀体。2、影响高炉操作，造成高炉休、减风。3、煤气外泄，容易造成煤气中毒事故。四、事故的处理和预防措施1、开风后关闭炉顶放散（或由于其它原因），出现跑煤气时