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高炉提高风温水平的实践

浏览次数: 日期:2017年10月11日 16:28

  摘要

  风温对高炉冶炼起着极其重要的作用。首先,高炉冶炼所消耗热量的20%-30%是热风带来的热量;其次,在单位生铁的热收入不变的情况下,提高风温带入的热量代替了部分风口前焦炭燃烧放出的热量,可使风口前燃烧碳量减少,大幅度降低焦比,提高产量;再次,提高风温使得,高炉高度上温度分布发生炉缸温度上升,炉身和炉顶温度降低和中温区略有扩大的变化;最后,风温升高,有利于提高煤比,因为煤粉在风口前加热分解需要消耗部分热量,这部分热量就可以由高风温来补偿,且高风温有利于煤粉的燃烧速率,减少未燃煤粉入炉,使高炉可以接受大煤量喷吹,价格相对较低的煤粉代替昂贵的焦炭,取得明显的经济效益;另外,高炉热风炉使用高炉生产的副产品高炉煤气作为燃料,使高炉成为热效率最高的火法冶金设备,不仅降低了炼铁成本,还降低了煤气放散,保护了环境。本文通过对热风炉进行理论系统分析,找到影响高炉风温使用水平的真正原因,并针对3#高炉热风炉及风温使用现状,做出一系列提高风温的改善对策,通过改善,3#高炉风温水平显著提高,为提高煤比,降低焦比提供了有力条件,从而大大节约了成本。

  关键词:热风炉风温水平改善对策

  一、前言

  唐山建龙炼铁厂3#高炉于2005年9月投产,起初配备顶燃旋切球式热风炉3座,设计单炉装球量为393t,球床高度7m,单座热风炉加热面积为19427㎡,烟道温度小于350℃,每小时单炉最大煤气消耗量为30000-35000m3,在正常情况下,热风炉的送风制度为两烧一送,烧炉时间为3小时,送风时间为1.5小时,一般在出铁后换炉,风温在1100℃以上。在高炉投产初期,热风炉透气性较好,高炉对风温的需求也不是很高,烟道温度还能达到最高值350度,随着高炉的顺行和增产降耗的需要,对风温的要求日渐加强,高炉操作基本上是全风温操作,但是自高炉投产到2007年两年时间内热风炉未换过球,热风炉的透气性越来越差,全风时压差达到15kpa以上,烟道温度上升缓慢,风温明显降低,在11月份中3#热风炉平均烟道温度仅为264℃,平均风温1090℃。故2007年5月开始建设第四座热风炉,在12月15日正式投入使用,现热风炉送风形式为两烧两送交叉并联送风。随后逐渐将其它三座热风炉的耐火球进行更换,风温明显提高,但是在这种操作制度下不可避免的存在热风炉透气性差、煤气压力不足、闷炉时间长等诸多问题影响了风温的提高,我们必须研究实质性问题来提高风温水平。

高炉提高风温水平

  二、现状分析

  为满足高炉的顺行、高产、低耗的需要,风温使用水平必须达到一个很高的水平,现热风炉送风形式为两烧两送交叉并联送风,正常情况下能够满足高炉使用高风温的要求,但是有一些客观因素影响了风温的提高:1、TRT投产使煤气温度降低50°C左右对热风炉烧炉造成了很大影响,最终影响了风温水平30℃左右;2、公司不时的出现煤气紧张,造成煤气压力偏低,这是热风炉不好烧致命因素;3、进入冬季高炉顶温降低,煤气又没有伴热系统,造成理论风温水平降低;4、由于球式热风炉阻力较大,在热风炉使用后期透气性却越来越差,压差过高,烟道温度不能达到350℃,造成热风炉蓄热不充分,这些客观因素直接影响了风温水平的提高。在这种情况下,操作者只能通过主观改变操作手法,提高责任心,避免浪费烧炉时间,强化燃烧,来提高风温,保证高炉对高风温的需求,我们以2010年为例来探讨热风炉风温的演变过程和有效手法。2010年前半年3#高炉风温水平一直不高,月平均在1130℃左右,但是在下半年通过分析采取了一系列积极的改善措施,风温水平达到了1180℃。如下图:

  三、热风炉及送风制度介绍

  3#高炉采用耐火球进行蓄热,其具有以下特点:蓄热室内耐火球的蓄热面大,因此可降低蓄热室的高度,也就降低了热风炉的高度;堆在热风炉内的球床气孔度是随着生产时间的延续而变小的,一般由投产时的0.42降到0.28,球床的阻力增大,所以球式炉必须周期性地换球;球式炉贮热用的单位球体的质量小,因此送风期风温降大,送风期时间要求短以维持高风温。

  热风炉是燃烧、送风交替循环进行的,一个周期包括燃烧、送风和燃烧与送风转换操作3部分的时间。燃烧是蓄热过程,时间越长蓄热越多,但它受顶温和烟道温度的限制;送风是放热过程,时间越长,虽然放出的热量越多,但风温却越来越低,而且由于顶温和烟道温度降低幅度很大,必须有较长的燃烧时间才能使积蓄的热量达到下次送风的要求。因此燃烧期与送风期是相互制约的。合理的燃烧和送风周期应该根据热风炉座数、送风方式和高炉所需风温水平选定。从风温水平出发,使送风期内放出的热量正好能在燃烧期内蓄积起来,既不造成热量的亏欠,也不至造成达到蓄积热量要求后的减烧、停烧,使热风炉的能力得到充分发挥。

  3#高炉采用的是两烧两送的交叉并联送风制度,即在整个送风期间都是双炉送风,其中一座为主送,另一座为副送,当副送炉的顶温和烟道温度降低到界限值时改为燃烧,换一座刚蓄热的热风炉为主送,原主送改为副送,如此循环下去,始终保持双烧双送。

高炉提高风温水平

  三、提高风温的措施

  前面我们已经了解了热风炉的原理和送风制度,并对一些影响风温水平提高的客观因素进行了分析,下面我们将针对提高风温的两大措施探讨提高3#炉风温水平的方法。

  提高风温的措施有两类,即提高热风炉拱顶温度和缩小风温与顶温的差值。

  3.1提高拱顶温度

  拱顶温度是限制风温最高水平的决定性因素。但是热风炉的拱顶温度受到所使用耐火材料的性能,所用燃料含尘量和燃料燃烧所能达到的温度等诸多因素的限制,我们3#高炉的做法如下:

  3.1.1控制煤气含尘量

  高炉煤气的发热值最低,公司现有水平又不能富化煤气将提高烧炉煤气的热值;所以我们要求每班热风工进行净煤气含尘量检测,对箱体布袋除尘效果进行确认,及时更换漏、坏的箱体布袋,控制煤气含尘量,使其在10mg/m3之内,减少热风炉透气性差对烧炉造成的影响,延长热风炉球的使用寿命。

  3.1.2提高煤气和助燃空气温度

  3#高炉煤气回收系统采用布袋箱体干法除尘,荒煤气管道中煤气温度在100-160℃。一般煤气的预热效果是每提高100℃,T理可提高50℃。目前,热风炉烧炉使用的高炉煤气在布袋箱体之后,净煤气直接通往TRT进行发电后并入公司煤气管网,热风炉再次从煤气管网引入煤气进行烧炉。因公司TRT煤气管道较长,通过TRT发电后,通过低压管道过来的高炉煤气,温度变的较低,热风炉的燃烧温度不能达到预期效果,特别是在冬季煤气温度降低更加明显最低到80℃以下。为提高烧炉煤气温度,2010年下半年开始对荒净煤气管道进行保温处理,煤气从重力除尘出来后经过荒煤气、净煤气管道,我们将管道外壁采用保温棉包裹,再用白铁皮捆严以延长寿命,从而烧炉煤气温度大大提高。

  热风炉烟道废气温度平均在250℃左右,我们通过热风炉余热利用装置,利用热管换热器可将助燃空气预热到170~180℃左右。一般助燃空气预热的效果是每提高100℃,T理可提高30-35℃。3#高炉采用烧炉的废气对助燃风进行预热,有效提高了助燃风的初始温度,大大提高了风温水平。

  3.1.3保证烧炉所需煤气量

  煤气压力的高低直接关系着热风炉的燃烧强度,影响着拱顶温度、烟道温度的升高。与能源调度协调,尽可能的保证足够的烧炉煤气量。每座热风炉燃烧所用的煤气量3.5m3/min,燃烧两座热风炉煤气压力必须达到20kpa左右,才能有效的达到热风炉的燃烧效果,即拱顶温度1300℃,烟道温度350℃,公司煤气用户较多,必须得到能源调度的大力配合才能达到。

  3.2缩小风温与拱顶温度的差值

  我国的高炉,尤其是中小型高炉,这个差值相当高,在200℃左右,差的高炉甚至达到250-300℃,如果将这个差值缩小100-150℃,风温就可提高20-100℃,甚至150℃。

  由于生产条件的限制,我厂高炉热风炉的拱顶温度一般在1250-1350℃,差值在200℃左右,因此缩小风温与拱顶温度的差值可有效提高3#炉风温水平。3#炉采取了如下措施缩小这个差值:

  3.2.1适当增加蓄热面积和球量

  3#炉的球式热风炉是蓄热面积有余而球量不足,在更换球时可采用上部大球,下部小球的办法来增大球量,这样蓄热面积增大,风温的水平提高。

  3.2.2提高废气温度

  在顶温保持不变的情况下,废气温度每提高100℃,风温可提高40℃。限制废气温度的因素是炉箅子和支柱能承受的温度和热风炉热效率降低。

  3#热风炉在2010年7月份,利用处理热风炉跑风的机会换球,选择φ50mm、φ60mm两种大小的耐火球,装球时,把φ50mm的耐火球装在下部,φ60mm的耐火球装在上部,在有限的空间内增加球量,提高热风炉的蓄热量。并用工字钢加固炉箅子,重新加固支柱,使之能承受500℃的温度,用高温废气将助燃空气和煤气预热大到250℃左右,这样做既回收了废气的热量,提高了热风炉的热效率,双预热又提高了拱顶温度200℃,而且废气温度提高150℃,还可再提高风温60℃左右。

  3.2.3缩短送风期,增加换炉次数

  缩短送风周期所效力送风初期与末期的风温差值,加强了热风炉中下部的热交换,使风温得到提高。缩短送风周期也缩短了燃烧时间,而且换炉次数增加,换炉占用的时间增加,进一步缩短了烧炉时间。如果热风炉的燃烧能力、煤气供应能力不足以保证提高燃烧强度来弥补燃烧时间缩短引起的热量的减少,则风温水平反而会降低。

  在实际生产中,3#高炉采取加强热风工责任心、强化操作的措施。在烧炉初期,使用最大的煤气量最小的空气过剩系数,将拱顶烧到规定值,即1250-1300℃(在15-20分钟内),然后维持拱顶温度,加大空气量,使热风炉强化燃烧。操作人员随时观察热风炉燃烧情况,做到勤调节勤观察,当煤气量不能满足烧炉需要,及时与能源调度协调解决。用两个小时左右将热风炉拱顶温度燃烧至1250-1300℃,把烟道温度从350℃提高至360℃,进而提升风温。热风工主动与高炉主控室紧密联系,掌握换炉时间,争取每小时换炉一次,不允许有长时间闷炉(指热风炉即不燃烧也不送风),不允许热风炉送完风后,长时间不撤炉转燃烧,一座刚烧好的热风炉转为主送后,及时将原副送的热风炉由送风转闷炉,并转燃烧,因为送风时间越长,冷风从炉内耐火球中带走的热量越多,造成因补偿这部分热量损失而烧炉时间较长,打乱了热风炉燃烧及送风节奏,直接影响高炉风温水平。

  无论是送风转燃烧,还是燃烧转送风,都必须把时间控制在最短,如果每天换炉21次,每次延长5分钟,每天就会延长105分钟,相当于一个热风炉少燃烧了105分钟,即损失了相同时间内烧炉所获得热量。

  3.2.4全风温操作

  高炉主操在炉况顺行的基础上,保证全风温使用,不允许长期开混风调节阀。现阶段,强化主操精心化操作,勤于观察风口变化,对炉况进行把握,做到早调微调,使用喷吹量对炉况进行调剂,由热风工关闭混风大闸,不允许拿风温进行调剂,保证了全风温使用,使风温使用水平整体提高。

  四、结束语

  通过以上各项措施,在2010年8月份以后平均热风温度达到了1180℃以上,在原来的基础上提高了50℃。按提高100℃风温,可降低焦比15kg/t,则降低焦比7kg/t,每月节约焦炭1720t/d*30d*7kg/t=361.2t,焦炭按2000元/t计算,则每月节约成本361.2t*2000元/t=72.24万元。

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