高炉热风炉座数的比较及其优化

2015-01-10唐文权魏翠萍

冶金经济与管理 2015年4期

□ 唐文权魏翠萍

高炉热风炉座数的比较及其优化

□ 唐文权1魏翠萍2

目前,国内外高炉设置的热风炉座数只有三座和四座2种。三座热风炉的操作制度名义上有3种：两烧一送、一烧两送、半并联。而实际上,三座热风炉均采用了两烧一送,四座热风炉的操作制度则采用两烧两送交错并联。在对三座和四座热风炉比较分析的基础上,得出了高炉热风炉座数的优化路径,即采用热并联制度。

三座和四座热风炉；交错并联；风温；能耗；优化

一、热风炉座数的变迁

早在20世纪五六十年代,国外有的高炉只设两座热风炉。例如,1957—1961年日本有8座高炉(容积326～1 791m3)只设有两座热风炉；德国高炉早期也有只设两座热风炉的。我国连云港东海镍铁厂70m3小高炉至今还在用两座热风炉(风温1 000℃～1 050℃)。

两座热风炉采用一烧一送,流程简单合理,成本较低,但是使用不久,国外企业就将其淘汰。原因有以下两点：一是当时的耐材质量以及设计施工水平不高,只设两座热风炉缺乏安全性,当其中1座热风炉需要检修时,高炉就得休风停产；二是高炉逐渐要求提高风温,在没有预热煤气、助燃空气的条件下,拱顶温度提不高,只有采用缩短送风时间的办法来提高风温,但是随着高炉容积的加大,换炉时间增加导致送风时间减少后,燃烧时间不够用。

目前,国内外高炉设置的热风炉座数只有三座和四座2种。三座热风炉的操作制度名义上有3种：两烧一送、一烧两送、半并联(50%时间由1座单炉送风,50%时间由2座并联送风),实际上都在采用两烧一送。四座热风炉的操作制度采用两烧两送交错并联。本文将重点对三座热风炉和四座热风炉进行比较,并提出优化方案。

二、三座热风炉和四座热风炉的比较

1.投资和用地的比较

三座热风炉比四座热风炉节省投资和用地,但不能笼统地说是省掉了1座热风炉。主要表现在以下方面：一是热风炉的大小不同,三座和四座格子砖总重相等时,单座热风炉格子砖更重,三座为四座的4/3；二是通风量不同,三座热风炉两烧一送,单炉通过100%风量,四座热风炉两烧两送,单炉通过风量为50%；三是阀门大小不同,冷风、热风阀的通道面积相差一倍,当排压时间相同时,三座热风炉的烟道阀也要比四座大。

2.给高炉提供稳定风温的比较

高炉操作需要稳定的风温,不论三座还是四座热风炉送出的风温都是先高后低,刚换炉时的风温(送风初温)高,送风到最后换炉前风温(送风末温)低。为了满足高炉需要的稳定风温,在送风过程中要兑入冷风,冷风量从最多到零。而实际上,混风管上的调节蝶阀是不可能完全关死的,高炉得到的风温始终是兑入了冷风后的风温。

比较风温时,要在可比的参数下进行。例如,通过热风炉的风加氧量相等,拱顶温度相同,格子砖总重相等、砖型相同,冷风、废气温度相同,等等。此外,还需要比较2个方面：一是一次送风时间的比较；二是换炉时排放能耗的比较。

国内外在设计三座或四座热风炉时,一般所取格子砖总重大致相等。例如,我国京唐5 576m3高炉设四座热风炉,格子砖总重9 950t。德国斯维尔根NO.25 513m3高炉设三座热风炉,格子砖总重9 782t。

当三座热风炉和四座热风炉格子砖总重相同时,为了便于说清楚问题,在与三座热风炉进行比较时,先假设四座热风炉中的两座热风炉不是交错并联而是同时送风的。可以得出,四座热风炉中的两座热风炉各送50%热风,一共占用了50%格子砖总重；三座热风炉两烧一送,单炉送100%热风,只占用1/3格子砖总重。可见,前者单位时间送风温降小；后者单位时间送风温降大,约为前者的1.5倍。例如,前者两座热风炉同时送风,送风初温1 330℃,送风时间100min,平均温降1℃/min,送风末温1 230℃；三座热风炉两烧一送,单炉送风初温也是1 330℃,平均温降1.5℃/min,为了也得到1 230℃的末温,其送风时间必须缩短到100/1.5=66.7min。四座热风炉每天的换炉排放次数=2×1 440/100=28.8次,三座热风炉每天的排放次数=1 440/66.7=21.6次。三座热风炉单炉格子砖量为四座热风炉单炉格子砖量的4/3倍,如果炉内空间也是这种比例时,两者的换炉排放气体总量大体相等,符合可比条件。

以上是假设四座热风炉中的两座热风炉同时换炉送风和三座热风炉的比较。实际操作上四座热风炉采用交错并联送风,下面是继续用前面的例子进行计算交错并联后的结果：

根据以上举例计算结果,四座热风炉采用交错并联操作制度,在符合可比条件下与三座热风炉两烧一送相比,可以提高25℃稳定风温。

3.散热损失引起的风温降比较

三座热风炉或四座热风炉送出的稳定风温不等于高炉得到的稳定风温。热风炉送出的稳定风温减去两部分风温降才等于入炉稳定风温。这两部分温降,一是热风管路散热损失引起的风温降；二是混风管上的调节阀关不严(也不敢关严)漏人冷风引起的风温降(热风炉到达送风末温时,应该不需要兑入冷风,实际上是调节蝶阀关不严或不敢关严而漏入冷风)。

散热损失引起的风温降可参考下列公式进行计算：

式(1)中：tg ,每米管道长度上的温降；αrk,对流传热系数,单位kcal/m2h·℃(可取4～6)；△t,管道表面温度与气温温差,单位℃(可取当地月平均最低气温值)；F,每米管道表面积,单位m2；VF,管内热风流量,单位m3/h；Cp,湿空气比热,单位kcal/m3·℃。

从混风管漏入冷风引起的风温降无法计算,但可以从主控室操作台上查算：一是三座热风炉的送风末温(拱顶温度)-管路散热损失引起的风温降-围管温度=混风管漏风损失的温降；二是四座热风炉两座热风炉混合后的送风末温(在混冷风前的热风管上测得的温度)-管路散热损失引起的风温降-围管温度=混风管漏风损失的温度。经估算,热风管路散热损失风温为每10m管长损失1℃

4.风温对热风管路影响的比较

对热风支管来说,无论三座还是四座热风炉,承受的最高风温都是送风初温。对热风总管来说,三座热风炉时受到的最高风温仍然是送风初温,采用四座热风炉交错并联,在有效风温可提高约25℃的情况下,总管承受的最高风温反而比三座热风炉低了约25℃。交错并联后混合初温=单炉送风初温-(单炉送风初温-单炉送风末温)/4=1 330-(1 330-1 230)/4=1 305℃。