通钢新2号高炉热风炉的优化设计.doc

通钢新2号高炉热风炉的优化设计

摘 要:通过采用数值计算、CFD仿真、CAESAR Ⅱ管系分析等先进手段,对通钢新2号高炉热风炉的设计进行了优化,确保了热风炉能够达到设计指标,为高炉降低焦比提供必要条件。
关 键 词:大型高炉;高风温;高温预热
我国是高品质气体燃料贫乏的国家,尽管在使用100%高炉煤气实现高风温的技术上取得了一定进步,但随着热风温度、压力的提高,给工程设计人员带来了更大困难。为了保证热风炉的工作安全,热风炉工艺流程选择、蓄热室的设计、管道的受力分析、耐火材料选择等都需要更精确的计算,以便进行设计优化。借助计算机技术的发展,工程设计人员能够利用当今较为先进的手段,对热风炉的关键部位进行有效计算和分析,提升工程设计水平。
1 工艺参数
首钢通钢新2号高炉(2680m3)热风炉采用3座顶燃式热风炉,全烧高炉煤气,设计风温1280℃。采用顶燃式预热炉高温预热助燃空气,低温热管换热器预热煤气的工艺,将助燃空气预热至500℃,高炉煤气预热至180℃,满足在热风炉全烧高炉煤气的情况下实现高风温的要求。新2号高炉热风炉和预热炉的主要工艺参数见表1。
2 格子砖
高炉煤气干法除尘的应用,为小直径格孔的高效格子砖使用创造了条件。热风炉操作制度向着通过缩短送风期提高风温的方向发展,与之相对应的高效格子砖也得到了进一步的应用。在格孔直径减小的同时,格子砖填充率也可以在一定程度上得到提高,从而既增加单位体积格子砖蓄热面积,也提高了热风炉贮热量,但同比蓄热面积增幅要大于填充率的增幅。格子砖的选型应与热风炉操作制度相适应,快速换炉的操作制度需要大蓄热面积的高效格子砖与之配套。
本工程热风炉采用格孔直径为25mm的19孔高效格子砖,预热炉则采用格孔直径为20mm3的37孔高效格子砖,此格子砖和近年来典型的几种格子砖主要热工参数见表2。
3 热风炉传热计算
本工程热风炉和预热炉的蓄热室高温段均采用硅砖,往下依次为低蠕变高铝砖、低蠕变黏土砖和普通黏土砖。热风炉和预热炉的蓄热室主要参数见表3。
热风炉蓄热室传热计算采用基于豪森理论的蓄热室纵向温度计算方法[1],利用计算机软件建立数学模型进行数值计算。经过多年实际使用及不断调整和完善,该数学模型能够较为准确地计算热风炉蓄热室温度分布情况,可为热风炉设计提供准确的设计指导。通过对热风炉的蓄热室数值计算,可以得到热风炉蓄热室高度方向上的温度随时间的变化情况,从而确定蓄热室合理尺寸和不同部位格子砖的材质。
4 空、煤气双预热
由于高炉煤气热值很低,不预热的情况下其理论燃烧温度只有1250℃左右。用高热值燃料对高炉煤气进行富化可以有效提高理论燃烧温度,但由此也会带来实际操作问题。很多热风炉由于高热值燃料混合不均匀使得炉内产生局部高温,对热风炉带来损害。同时,我国也是高品质气体燃料贫乏的国家,高昂的操作成本不适合。
本工程通过对助燃空气、高炉煤气进行预热的方法来提高其理论燃烧温度,以提高热风炉的拱顶操作温度。以高炉煤气热值为3140kJ/Nm3进行计算,如果热风炉拱顶操作温度要达到1400℃,所需助燃空气和高炉煤气的预热温度如图1所示。
通过图1可以根据各种不同的预热温度来选择助燃空气和高炉煤气预热方案。本工程高炉煤气采用低温热管换热器通过回收烟气热量进行预热,因此预热温度在180℃左右,与此对