哈雷釬焊板式換熱器
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                用低熱值煤氣獲得高風溫熱風爐高溫預熱技術分析

                點擊:1721 日期:[ 2014-04-26 21:13:55 ]
                                                    用低熱值煤氣獲得高風溫                           ——熱風爐高溫預熱技術分析與應用選擇                                         彭朝文 喻道明     近年,高爐逐步在向高效長壽、高風溫、大富氧、大噴煤量方向發展。提高風溫能促進高爐噴煤量的增加,從而降低焦比和提高鐵水產量,大量節約資源。有兩種方式可以提高入爐風溫:一種是摻燒高熱值的富化煤氣(如焦爐煤氣、轉爐煤氣等),提高拱頂的理論燃燒溫度。還有一種是單純使用低熱值的高爐煤氣,通過高溫預熱系統,將空氣和煤氣預熱到較高溫度,向熱風爐內帶入大量的物理熱。由于高熱值煤氣在國內許多鋼鐵企業中屬于短缺資源,因此前一種方式受到較大限制;而后一種方式擺脫了對高熱值煤氣的依賴,受到許多鋼廠的青睞。     幾種高溫預熱技術各有利弊     高溫預熱方式經過多年探索,已經形成了幾種模式,共計5種組合方式應用于生產中。高溫預熱爐+混風爐。這種方式的高溫預熱由兩座預熱爐和一座混風爐組成,預熱爐的工作制度為“一燒一送”。工作原理是:通過高爐煤氣的燃燒,將熱量存儲在預熱爐的格子磚內。一定比例的助燃空氣(50%~60%)預先通過預熱爐加熱,進行熱交換,將溫度升至1000℃~1100℃。加熱后的空氣通過管道送至混風爐,與剩余比例的冷態助燃空氣混合,產生所需溫度的混合空氣(500℃~600℃)。最終混合熱空氣由助燃空氣管道送進熱風爐,與高爐煤氣混合燃燒。兩次燃燒產生的熱量疊加,將冷風加熱到高爐需要的高風溫。     該方式可以很方便地對助燃空氣進行加熱,使用效果較好,但也存在缺點:一是占地面積較大,二是一次性投資較高。對于資金比較充足,且用地條件比較好的新建高爐,以及改造項目中可以將老舊的熱風爐低成本改造為預熱爐的高爐,可以考慮采用該技術。     利用熱風爐自身預熱。這種方式的主要原理是熱風爐送風后,爐內的余熱可以加以利用。該方法不用額外增加預熱設備,利用熱風爐本身就能很容易將熱風爐的助燃空氣預熱到500℃以上,預熱溫度最高甚至可達1250℃。這是我國煉鐵工作者獨創的預熱方式。該技術必須配置4座熱風爐,操作制度為“兩燒一送一預熱”,即一座熱風爐送風后,改為預熱爐,用自身余熱加熱助燃空氣,與低溫的助燃空氣混合后送至另一座熱風爐燃燒。     這項技術也有缺點:一是熱風爐在送風完畢之后,還有一個預熱期,會縮短熱風爐的燃燒時間,易造成熱風爐熱量的“透支”。二是在熱風爐設備能力和供熱量一定的條件下,預熱溫度受風溫水平、廢氣溫度的影響很大,極易產生波動。三是如果熱風爐是硅磚熱風爐,進行預熱操作時必須小心控制硅磚界面的溫度,以免出現超低溫造成硅磚損害,縮短熱風爐壽命。四是會增加熱風爐管道的復雜程度和設備檢修的難度,同時也會對熱風爐的燃燒操作產生較大影響。五是在熱風爐建設之初就必須設計建造4座熱風爐,且由于熱交換時間較長,單座熱風爐能力也應考慮適當加大,如果跟只建3座熱風爐的同類工程相比,一次性投資會相對較高。     利用熱風爐自身高溫煙氣預熱。這種方式的優勢是原理比較簡單——在頂燃式熱風爐的拱頂部位,熱風出口附近,增加一根高溫煙氣旁通管道,將熱風爐燃燒期的一部分高溫煙氣(約15%)分流到煙氣管道中,與通過格子磚換熱后的低溫煙氣(約85%)混合,提高總煙道混合煙氣的溫度??偀煹乐性O有空氣、煤氣換熱器,混合煙氣可以將空氣、煤氣的預熱溫度直接預熱到300℃以上。當不需要高溫預熱時,可以將高溫旁通煙道關閉。     但是,這種方式對煙氣管道和換熱器要求較高,同時對后續的噴煤也有一定影響。燃燒爐+板式預熱器。其基本配置是燃燒爐、煤氣板式預熱器和空氣板式預熱器。工作原理如下:低熱值的高爐煤氣被引入燃燒爐,在燃燒爐內與助燃空氣混合燃燒。燃燒產生的高溫煙氣溫度能達到1000℃以上。通過單獨設立的高溫引風機,將熱風爐燃燒產生的280℃~350℃的廢氣抽入燃燒爐上部特定的空間混合,混合后的煙氣溫度降至設定溫度。這些煙氣通過管道被引入空氣換熱器中,從上至下穿過空氣換熱器。換熱器內設有由不銹鋼板模塊組成的通道,低溫的助燃空氣同時橫向通過被設計成S形的過道,隔著不銹鋼板與混合煙氣換熱,最終將空氣溫度升至所需的程度。與此同時,送往熱風爐的煤氣也通過煤氣換熱器,利用剩余的熱風爐廢氣進行預熱,溫度能快速升至180℃~220℃。預熱后的煤氣和空氣最終送入熱風爐進行燃燒,達到設計的理論燃燒溫度,從而得到高風溫。     由于板式換熱器換熱效率高,使用這套裝置,空氣僅須進行1次預熱,平均溫度就能達到300℃~650℃。而整個系統最終的煙氣排出溫度在150℃左右,能源利用率較高。     燃燒爐+擾流子換熱器。其基本配置是燃燒爐1座,整體式熱管換熱器1臺~2臺,擾流子換熱器1臺。工作原理如下:空氣和煤氣通過熱管換熱器,利用熱風爐燃燒產生的廢氣分別預熱到180℃左右,煤氣直接進入熱風爐,空氣進入擾流子換熱器,進行二次預熱。對空氣進行二次預熱的高溫煙氣由燃燒爐產生。高溫煙氣與低溫煙氣的混合在燃燒爐內上部空間進行。擾流子換熱器屬于管式換熱器范疇,其工作原理是管道一側通空氣,另外一側通煙氣,以管壁為媒介進行熱交換,將空氣快速升溫至所需溫度。為增加換熱效率,管道上設置了擾流的翅片,加快換熱。經過二次換熱的空氣,溫度能升至300℃~650℃,送進熱風爐與預熱后的煤氣混合燃燒,其理論燃燒溫度較高,拱頂溫度也相應提高。     由于內部阻損較大,僅靠熱風爐的煙囪抽力,該裝置無法滿足系統正常運行的需要,故須額外設置1臺能力較大的引風機,使系統內部形成負壓,以滿足運行要求。同時由于系統中還使用熱管換熱器,雖投資較低,但使用壽命較短,要保證使用效果,一般5年左右就需要更換熱管等換熱元件。     從經濟性出發選擇合適的技術     5種高溫預熱方式各有優缺點,對各大鋼鐵企業來說,選用哪一種預熱方式,除了結合自身的特點外,很重要的一點就是成本的考慮。由于無法對各種技術統一平臺,僅能從設備配置和工藝上作出對比。     經過對比可以看出,對同等級別的高爐有以下結論:一是熱風爐自身預熱設計雖然相對簡單,但占地面積較大,操作制度復雜,對熱風爐的正常生產影響較大,其投資也是相對最高的。二是預熱爐+混風爐的方式各種配置最齊全,系統獨立性很強,設計相當復雜,其占地也較大,投資應排在自身預熱之后居第二位。三是燃燒爐+板式預熱器和燃燒爐+擾流子預熱器這兩種方式設計原理相近,相對熱風爐系統也比較獨立,占地面積也相近。板式預熱器的使用壽命和換熱效率更高,設備維護量也小一些,而且近年來成本下降,正在成為冶金行業應用的主流。四是高溫煙氣管道預熱設計方式是最簡單的,其投資也最少,但是獨立性差,一旦出現問題,對生產影響很大。同時由于高溫煙氣與低溫煙氣混合不均勻,對換熱器的能力要求相當高,容易形成卡口,限制風溫的提高。     系統調整配合高溫預熱     高溫預熱,必須考慮到高風溫的輸出、高溫預熱空氣和煤氣的輸入,以及高爐的接受問題。具體如下:     涉及到的熱風管道和助燃空氣管道(有的也包含煤氣管道)應做相應的改進。例如,平均熱風溫度如果超過1250℃,管道內的砌磚就要考慮加厚和選用高檔的耐火材料。熱風爐的陶瓷燃燒器要做相應改進。為適應加熱后的空氣和煤氣,燃燒器必須采取加大煤氣或空氣通道,增加噴口等必要的修改。     高爐為接受1250℃以上的高風溫,要考慮送風支管的使用問題。在高爐設計和建造階段要做好相應的工作,避免熱風爐有能力送1250℃高風溫,高爐送風支管卻受不了,最后形成卡口。     充分考慮風溫對原料的影響。根據許多鋼廠的經驗,當風溫提高后,高爐爐內負荷加重,料柱透氣性會急劇惡化,煤氣體積膨脹可能會造成爐況不順。煉鐵廠高爐操作人員對此必須有充分的預案,并提早制定出應對措施。     對應高風溫,運用綜合鼓風手段,穩定理論燃燒溫度。送風溫度提高后,應考慮使用風量、風溫、頂壓、富氧、加濕、噴煤等多種手段綜合調劑,控制理論燃燒溫度平衡點,以使高風溫的優勢得到發揮。     高爐操作制度應適時調整。風溫提高后,為穩定煤氣分布,要及時加大礦批。爐頂布料狀況會有改變,料層厚度增加,此時須調整爐頂布料制度,保證高爐正常生產。
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