大型高炉热风炉技术的比较分析

张健欣

摘 要：高炉热风炉是炼铁厂高炉重要的附属设备，随着高炉热风炉技术的不断改进和提高，我国高炉热风温度已经逐渐得到了提高。高炉热风炉于二十世纪五十年代在我国得到应用，当时以内燃式热风炉技术为主，之后逐渐引入并开发了外燃式热风炉和顶燃式热风炉，技术逐步得到了提高。大型高炉热风炉以外燃式热风炉和顶燃式热风炉为主，比较典型的有外燃式热风炉Didier、NSC和顶燃式热风炉，该文主要比较分析了三种典型热风炉的本体结构，并对外燃式热风炉和顶燃式热风炉的速度分布、格子砖表面温度分布、风炉流场进行比较分析。

关键词：大型高炉 高炉热风炉 外燃式热风炉 顶燃式热风炉 拱顶 结构

中图分类号：TF578 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0051-01

高炉热风炉是炼铁厂高炉重要的附属设备，炼铁生产过程中，高炉热风炉向高炉内部持续鼓入大量的高温空气，从而保证高炉中燃烧的焦炭将铁矿石中的铁氧化物还原成金属铁，能够能将降低焦比、增加产量。

二十世纪五十年代，我国高炉以内燃式热风炉为主，不过其在技术方面有许多不完善的地方，同时随着风温的增加其缺陷也会更为明显。到了六十年代，出现了燃烧室与蓄热室分开的外燃式热风炉。七十年代，我国开发了顶燃式热风炉，并且在的高炉上得到了应用。之后对高炉热风炉进行不断的完善。从高炉热风炉的发展过程可以看出，高炉有效容积、强化冶炼程度及炉温、风压的不断提高，致使热风炉的结构也随之变化。该文主要比较分析Didier、NSC以及顶燃式三种典型热风炉的本体结构，并对外燃式热风炉和顶燃式热风炉的速度分布、格子砖表面温度分布、风炉流场进行比较分析。

1 高炉热风炉的分类

根据现代热风炉结构形式，应用于4000 m3级别的高炉热风炉可分为三类，包括内燃式、外燃式以及顶燃式三种。

1.1 内燃式热风炉

霍戈文热风炉是内燃式热风炉的成功代表，其体积小、材料用量少，能够节省很大一部分的投资，并且其良好的生产效果能够满足高风温和长寿的需求。普通内燃式热风炉存在一定的缺陷，比如火井偏在一侧导致气流的分布参差，阻碍了直径的扩大；燃烧室隔墙结构相对比较复杂；拱顶温度不得超过1320℃、风温要控制在980～1100℃。

1.2 外燃式热风炉

大型高炉多采用外燃式热风炉，目前使用较多且效果好的外燃式热风炉是新日铁工外燃热风炉。其具有结构稳定，防止晶间应力腐蚀，增加了热风阀的使用寿命等优点。外燃式热风炉也存在一些缺点，其材料消耗相对较大，异型砖拱顶的复杂结构造成施工比较困难，同时结构不对称，受力参差。

1.3 顶燃式热风炉

其撤除了燃烧室，在热风炉的拱顶直接安装燃烧器。顶燃式热风炉将内燃式、外燃式的优点相结合，不仅增强了结构的稳定性、增加了蓄热面积，而且还降低了热损失，增加了热风炉的使用寿命等等。

用于5000 m3级别的高炉热风炉技术为外燃式热风炉和顶燃式热风炉两种。

2 大型高炉热风炉技术的比较分析

该文主要比较分析用于5000 m3级别大型高炉热风炉的外燃式热风炉和顶燃式热风炉两种。

2.1 外燃式和顶燃式热风炉本体结构的比较

外燃式热风炉应用较多的类型是得式（Didier）式和新日式铁式（NSC）外燃式。下面对典型形式的外燃式、顶燃式热风炉进行比较：

2.1.1 Didier外燃式

（1）布置：一列式。

（2）拱顶特点：2个不同半径近于1/4球体和半个截头圆锥组成，尺寸大、结构复杂。

（3）燃烧器：栅格燃烧器，火焰短，空煤气预热温度要求基本相同，对掉物具有较强的敏感性，有火井，可用15年。

（4）气流：分布较差。

（5）优势：外形低。

（6）缺点：结构复杂，拱顶温度高，晶间应力腐蚀问题突出，稳定性差，对温度差具有较强的敏感性。

2.1.2 NSC外燃式

（1）布置：一列式。

（2）拱顶特点：2个相同半径半球顶和1个圆柱连联管组成，尺寸小、结构稳定。

（3）燃烧器：3孔套筒燃烧器，火焰长，需要建立在其它设备比较严格的基础上运行，有火井，可用15年。

（4）气流：分布较好。

（5）优势：结构稳定。

（6）缺点：面积大，存在晶间应力腐蚀、联通管问题。

2.1.3 顶燃式

（1）布置：一列式、矩形、菱形。

（2）拱顶特点：燃烧和蓄热相结合，拱顶直径小，具有较强的稳定性，结构对称。

（3）燃烧器：旋流扩散环形燃烧器，多孔旋流喷射，火焰短，适应性较强，无火井，可使用25年。

（4）气流：分布良好。

（5）优势：结构对称，布置灵活，面积小，原材料消耗相对较小，烟气分布优，降低了晶间应力腐蚀。

（6）缺点：火器位置高导致管系设计相对较为复杂。

2.2 外燃式和顶燃式热风炉数值计算定性比较分析

2.2.1 速度分布比较

顶燃式风炉炉内的速度是围绕热风炉中心线进行，分布对称，从而确保烟气不会出现参差，使之受热均匀。

外燃式热风炉在燃烧的过程中，所形成的高温烟气不能达到中心对称的要求进入格子砖，造成受热参差不均匀，使格子砖的效率无法提高。

2.2.2 格子砖表面温度分布比较

顶燃式热风炉格子砖表面的温度分布比较均匀，最大的温差也不会超过50℃。

外燃式热风炉格子砖温度分布参差，而且相差较大，最大的温差可高达200℃。

2.2.3 风炉流场比较

顶燃式热风炉流场比较均匀，围绕热风炉中心线旋流向下流入格子砖，使格子砖能够均匀的受热。

外燃式热风炉由于空间结构制约了高温烟气，难以均匀的流入格子砖，在流入之前会形成比较大的涡流，导致气流分配参差，降低结构的稳定性。

3 结语

高炉是消耗能量巨大的专业设备，必须要在大量的热量基础上才可以确保冶炼成功，现代热风炉的发展要求提高热效率、节约能源、延长使用寿命等。顶燃式热风炉的本体结构技术、流场传热技术都具有明显的优势，特别是对于大型高炉来说，具有可观的经济效益。

参考文献

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