热风炉改造技术方案建议策划书.docx
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热风炉改造技术方案建议策划书
热风炉改造工程
技术方案建议书
项目技术方案建议书
1.概况
钢铁有限公司2号高炉，有效容积2500m3，于2006年投产。
配备三座高风温内燃式热风炉，主要技术包括悬链线拱顶、栅格式矩形陶瓷燃烧器、眼睛形火井等，余热回收系统采用分离型热管换热器，2台助燃风机一用一备集中供风，阀门液压传动，PLC换炉控制，燃料采用混合煤气（高炉煤气+焦炉煤气）。
投产近5年来，实现了年平均风温1200℃以上，取得了比较好的效果。
然而，随着近年热风温度逐步提高，热风炉本体损坏程度急剧增加，已严重影响安全运行，特别是1号热风炉燃烧室大墙倒塌短路，燃烧器、格子砖严重破损变形。
2011年5月，不得不停炉进行检修修。
为将生产影响减少到最小程度，目前采用一烧一送一检修方式，并计划对三座热风炉逐一进行检修。
考虑到三座热风炉检修后仍不能完全消除事故隐患，且检修后三座热风炉性能下降明显，拟新增加一座热风炉，以增加可靠性和加热能力。
2．检修基本原则
三座热风炉轮流检修检修，检修期间采用两座热风炉一烧一送工作制度，保证高炉不停产。
新建热风炉建设要求在高炉连续作业条件下完成，各接口借高炉休风检修机会完成，最终形成四座热风炉，可以实现并联送风或三烧一送工作制度。
新建热风炉与现有设施力求衔接合理，流程顺畅，接口处理简单。
新建热风炉施工应满足现有生产连续进行。
3．主要设计条件
热风炉系统主要设计条件见下表1。
表1热风炉系统主要设计条件
序号
项目名称
单位
数值
备注
1
热风炉座数
座
3+1
2
加热风量
Nm3/min
4800
3
冷风压力
MPa
~0.4
表压
4
冷风温度
℃
~150
5
热风温度
℃
≥1250
6
助燃空气预热前温度
℃
~20
7
高炉煤气预热前温度
℃
~100
8
焦炉煤气预热前温度
℃
~35
9
热风炉燃料
高炉煤气＋焦炉煤气
10
高炉煤气发热值
kJ/Nm3
≥3200
11
热风炉工作制度
两烧一送或交错并联
12
送风周期
min
~45或90
4．主要技术方案确定
根据2号高炉热风炉现状及场地具体情况，可以可以考虑的热风炉改造技术方案主要有以下五种。
方案一：
对现有三座热风炉进行修复，另新建第四座热风炉。
其中新建第四座热风炉推荐采用旋切式顶燃热风炉，三座需要修复的热风炉应当针对造成目前损坏的原因采取针对性措施。
余热回收保持现有分离式热管换热器形式和位置不变，更换换热器内部热管，烟道主管进行相应改造，进烟气换热器烟道主管向烟囱侧移动4750mm，见附图一。
方案二：
热风炉本体改造内容与方案一相同。
余热回收保持现有分离式热管换热器形式不变，将烟气换热器向烟囱侧移动6900mm，更换换热器内部热管，换热器支架平台重新制作安装，烟道主管相应改造成垂直连接，见附图二。
方案三：
对现有三座热风炉进行修复，另新建第四座热风炉。
其中新建第四座热风炉推荐采用旋切式顶燃热风炉，三座需要修复的热风炉应当针对造成目前损坏的原因采取针对性措施，余热回收系统拆除现有分离式热管换热器，更换为两台整体式板式换热器，烟道主管进行相应改造。
改成垂直连接，见附图三。
方案四：
新建第四座旋切式顶燃式热风炉，并将现有三座热风炉也改造成旋切式顶燃式热风炉，最终形成4座旋切式顶燃式热风炉，余热回收系统拆除现有分离式热管换热器，更换为两台整体式板式换热器，烟道主管进行相应改造。
改成垂直连接，见附图四。
方案五：
先将1号热风炉进行修复，之后顺序将2号、3号热风炉改造成旋切式顶燃热风炉，2号、3号热风炉改造成后再1号热风炉也改造成旋切式顶燃式热风炉，最终形成3座顶燃式热风炉，见附图五。
各技术方案优缺点对比见表2。
表2各技术方案优缺点对比
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
主要改造内容
新建1座顶燃+修3座内燃，换热器更换内部热管
新建1座顶燃+修3座内燃，换热器更换内部热管并移位
新建1座顶燃+修3座内燃，换热器更换板式
新建1座顶燃+3座内燃改顶燃，换热器更换板式
3座内燃改顶燃，换热器更换板式
优点
对生产影响：
施工时间短，施工对生产影响最小
施工时间短，施工对生产影响较小。
施工时间短，施工对生产影响较小。
对生产影响最小
对生产影响最大。
主要工程量：
换热器位置不动，维修工程量少
增加换热器位置移动，维修工程量略有增加
换热器更换板式，工程量与方案二相当
内燃改顶燃比内燃修理工程量增加；换热器更换板式，工程量与方案二相当
内燃改顶燃比内燃修理工程量增加；换热器更换板式，工程量与方案二相当，减少新建1座外燃式，增加一次
使用寿命和可靠性：
差
差
热风炉差，换热器高
高
高
缺点
1、新建热风炉烟道支管和冷风支管布置受到局限
1、增加换热器移位工程量
1、增加更换换热器工程量和投资
增加更换换热器和热风炉改造工程量和投资
增加更换换热器和热风炉改造工程量和投资
2、无法彻底消除原有三座内燃式热风炉存在的固有缺陷，
2、无法彻底消除原有三座内燃式热风炉存在的固有缺陷，
2、无法彻底消除原有三座内燃式热风炉存在的固有缺陷，
3、热管使用寿命短、效率低
3、热管使用寿命短、效率低
3、热管使用寿命短、效率低
4、实现高风温需使用焦炉煤气
4、实现高风温需使用焦炉煤气
4、实现高风温需使用焦炉煤气
实现高风温需使用焦炉煤气
5、拱顶温度高，炉壳晶间腐蚀和耐材破损风险大
5、拱顶温度高，炉壳晶间腐蚀和耐材破损风险大
5、拱顶温度高，炉壳晶间腐蚀和耐材破损风险大
5、拱顶温度高，炉壳晶间腐蚀和耐材破损风险大
使用效果
风温：
1250（使用焦炉煤气）
1250（使用焦炉煤气）
1250（使用焦炉煤气）
1250（不使用焦炉煤气）
1250（使用焦炉煤气）
拱顶温度：
较高
较高
较高
低
高
热效率：
~80
~80%
~85%
~85
~85
投资估算，万元
新建1座顶燃4000
修理3座内燃2700
更换热管200万
合计6900
新建1座顶燃4000
修理3座内燃2700
更换热管200
换热器基础平台支架150
合计7050
新建1座顶燃4000
修理3座内燃2700
更换板式换热器500
换热器基础平台支架150
合计7350
新建1座顶燃4000
3座内燃改顶燃4000
更换板式换热器500
换热器基础平台支架150
预先修理1座内燃900
合计9550
3座内燃改顶燃4000
更换板式换热器500
换热器基础平台支架150
预先修理1座内燃900
合计5550
施工工期
10个月
10个月
10个月
10个月
10个月
经济效益计算
5旋切式顶燃热风炉主要技术特点
旋切式顶燃热风炉，集成了国内外热风炉的优点，并自主创新和提高，形成了具有完全自主知识产权的一系列核心技术，在提高热风温度、延长热风炉寿命、节能环保以及减少占地面积和投资等方面都具有明显优势。
（1）保证热风温度≥1250℃主要技术措施
本设计采用强化燃烧和强化换热技术措施，尽可能提高煤气燃烧温度，同时将拱顶温度与送风温度差缩小到100～120℃，不仅能够实现高风温目标，而且避开了大量生成NOX的拱顶温度，从源头上防止晶间应力腐蚀的产生，同时又避免了NOX排入大气带来的污染。
采用旋切式顶燃热风炉燃烧器专利技术，空气过剩系数在1.03条件下即可保证煤气完全燃烧，提高煤气燃烧温度约20℃；
（2）保证热风炉寿命的主要技术措施
1）采用三段式本体砌筑结构，燃烧器、燃烧室和蓄热室耐火材料分三段分别支撑在炉壳砖托或炉底板上，相互之间采用迷宫式滑动缝连接，不受热膨胀影响。
并且燃烧器、燃烧室和蓄热室在同一中心线上，结构具有完全的对称性，结构更稳定。
温度分布具有较高的均匀性，温度应力造成的破坏小；
2）根据热风炉各部位不同工作特点合理选材，蓄热室上部及蓄热室中部选用硅砖和低蠕变高铝砖等高级耐火材料。
3）采用带横梁的多种孔型炉箅子专利技术，受力均匀，结构稳定，材质能适应较高废气温度要求；
（3）热风炉砌体结构及材料
旋切式顶燃式热风炉采用三段式本体砌筑结构，燃烧器和燃烧室耐火材料分别支撑在炉壳砖托，蓄热室大墙耐火材料直接砌筑在炉底板上，格子砖通过炉箅子支柱支撑在炉底板上。
各部位砌体之间设有滑动缝。
燃烧器、燃烧室和各孔口均采用组合砖砌砖。
根据旋切式顶燃式热风炉热风炉工作特点和热工计算结果，确定热风炉垂直方向上的温度分布，并根据温度分布状况选择各部位砌体组成及材质。
蓄热室大墙和格子砖从上部高温区到下部根据温度分布情况分别采用硅砖、低蠕变高铝砖和低蠕变粘土砖。
为保护热风炉炉壳和加强隔热，在炉壳内表面喷涂不定型耐火材料。
在重质砖和喷涂层之间砌筑不同材质的轻质砖。
并预留膨胀缝，膨胀缝内用陶瓷纤维板或陶瓷纤维毯填充。
6板式换热器特点
板式预热器是目前较为先进的高效节能型预热器，具有传热效率高、压降低、结构紧凑，耐腐蚀、寿命长，不易积灰、易清洗等优点。
并在石化、电力行业得到越来越广泛的应用，在钢铁行业也逐步推广采用。
板式预热器采用传热板片替代传统管子和热管传热元件。
烟气、空气（煤气）通过板片换热，冷热流体完全隔离，由于传热板片沿流体流动方向的流道断面形状不断变化，大大加强了流体的扰动，从而增加了流体的传热性能。
且板片表面光滑，具有更小的污垢热阻。
设备采用全焊式结构，密封性能好，很好的避免了介质的泄漏，板片焊接采用自动轮焊技术，并及时对焊接中跟踪定位、压紧以及检验，保证了板管的焊接质量。
（1）传热性能高
与管式传热元件相比，板式传热元件总传热系数提高1～3倍，同热管式相比总传热系数提高30%～100%。
根据加热与被加热前后温度、体积变化的特点，采用可变流道设计确保总传热系数的最佳化和阻力降的最低化。
管式预热器热效率为75%，热管式预热器热效率83%，而板式预热器热效率为95%。
（2）压降低
在相同的换热面积时，板式流通面积比普通管式预热器大5倍，直通道、较大的流通面积、较短的流程使得介质在板式预热器内流动时具有较小的阻力降。
由于采用可变流道设计确保总传热系数的最佳化和阻力降的最低化。
同热管式预热器相比，板式预热装置阻力降低20%～60%，仅为管式的40%～60%。
（3）耐高、低温性能好
板式预热器传热元件采用抗露点腐蚀、耐高温的不锈钢，且在其表面容易进行防腐处理，具有良好的抗低温腐蚀性能和耐高低温性能，可在60~900℃之间安全运行。
（4）可靠性高、维修性能好
板式预热器抗露点腐蚀，耐高温，一般不会出现泄漏，即使出现漏点，也容易找到并迅速解决。
换热器流道清晰，充分考虑煤气的特点，无煤气死区。
进气管口加保护套和保护层，以及采用合理的流速，避免了对板片的磨损，可靠性大为提高。
（5）抗积灰
特殊的波纹设计且传热表面光滑，板式预热装置不易积灰。
（6）结构紧凑
板式结构具有很高的紧凑度，管式（热管式）传热元件的紧凑度约为60m2/m3，而板式传热元件为160m2/m3，提高近3倍。
7新建热风炉主要技术特性
基于上述分析以及旋切式顶燃热风炉和板式换热器的优良性能，本建议书推荐采用方案四。
立面图见附图六。
热风炉主要技术性能见表3。
表3旋切式顶燃热风炉主要特性表
序号
技术性能
单位
数值
1
热风炉座数
座
1
2
热风炉直径
mm
Φ10390/Φ9840
3
热风炉总高度
m
~47.530
4
热风温度
℃
1250
5
拱顶温度
℃
~1450
6
混合煤气预热温度
℃
180
7
助燃空气预热温度
℃
180
8
废气平均温度
℃
300
9
废气最高温度
℃
410
10
一座热风炉燃烧高炉煤气流量
Nm3/h
80000
11
一座热风炉燃烧焦炉煤气流量
Nm3/h
3500
12
一座热风炉助燃空气流量
Nm3/h
69100
13
一座热风炉烟气流量
Nm3/h
142400
14
格子砖形式
高效孔蜂窝砖
15
格孔直径
mm
Φ28
16
格子砖加热面积
m2/m3
54.93
17
格子砖活面积
m2/m2
0.385
18
每座热风炉加热面积
m2
84057
19
每座热风炉格子砖砖重
t
1950
本次新增顶燃热风炉位于现有1号热风炉一侧，直径与现有热风炉基本一致，与1号热风炉间距为13.200m，与现有热风炉间距相同。
为了新增热风炉布置，需要将烟气换热器的入口烟气管道向换热器侧移动约4750mm，或者将烟气换热器向烟囱侧整体移动6900mm。
新增热风炉施工时，现有液压站站房一侧局部需要临时拆除，施工完成再恢复。
站内蓄能器及氮气瓶等部分设备需要移位。
本次新增顶燃热风炉由于热风出口标高比原内燃热风炉热风出口高，因此在新增顶燃热风炉热风出口处采用联络管连接新旧热风管道系统，通过联络管来消除两种内型热风炉热风出口不同的影响。
并预留将原有三座内燃式热风炉改造成顶燃式热风炉的条件。
新增顶燃热风炉的空煤气支管道从原空煤气主管道接出，将新空煤气支管道从原吊车顶部接入新顶燃热风炉系统。
热风炉附属设施
1）热风炉各种阀门
本设计热风阀及倒流休风阀采用阀座和阀板带有耐高温涂料的水冷式闸板阀，软水密闭循环冷却，冷却水来自炉体冷却系统。
其它阀门主要采用竖式闸阀。
主要阀门采用液压驱动。
实际设计时尽可能与现有设备保持一致。
热风炉系统主要阀门规格保持与现有规格相同。
烟囱、助燃风机及煤气、助燃空气预热设施全部利用旧有设施。
阀门传动液压系统并入现有液压站。
2）炉箅子及支柱
炉箅子及支柱为多种孔型的带横梁式结构，炉箅子及支柱设计最高允许使用温度≤450℃。
3）热风炉钢结构
热风炉炉壳由直筒壳体、锥顶壳体及球顶壳体三部分焊接构成。
炉壳座落混凝土基础上，与埋入混凝土基础的螺栓相连接固定。
炉壳的直径变化处以及直筒壳体与炉底板的连接采用圆弧过渡，减小应力集中。
在炉壳开孔处局部设置加强环或加劲板。
4）热风炉控制与操作
（1）热风炉工作制有：
两烧一送、三烧一送、并联送风、交错并联送风等。
（2）新增热风炉控制并入现有热风炉控制系统
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