热风炉———高炉高风温的重要载体
来源：中国钢铁新闻网作者：毛庆武张福明发布时间：2008.04.29
高风温是现代高炉的重要技术特征。提高风温是增加喷煤量、降低焦比、降低生产成本的主要技术措施。近几年，国内钢铁企业高炉的热风温度逐年升高，2007年重点企业热风温度比上年提高25℃。特别是新建设的一批大高炉（大于2000立方米）热风温度均超过1200℃，达到国际先进水平。如2002年后，首钢技术改造或新建高炉的热风温度均实现高于1200℃的目标。
热风炉是为高炉加热鼓风的设备，是现代高炉不可缺少的重要组成部分。提高风温可以通过提高煤气热值、优化热风炉及送风管道结构、预热煤气和助燃空气、改善热风炉操作等技术措施来实现。理论研究和生产实践表明，采用优化的热风炉结构、提高热风炉热效率、延长热风炉寿命是提高风温的有效途径。
高风温有赖热风炉的结构优化
20世纪50年代，我国高炉主要采用传统的内燃式热风炉。这种热风炉存在着诸多技术缺陷，且随着风温的提高而暴露得更加明显。为克服传统内燃式热风炉的技术缺陷，20世纪60年代，外燃式热风炉应运而生。该设备将燃烧室与蓄热室分开，显著地提高了风温，延长了热风炉寿命。20世纪70年代，荷兰霍戈文公司（现达涅利公司）对传统的内燃式热风炉进行优化和改进，开发了改造型内燃式热风炉，在欧美等地区得到应用并获得成功。与此同时，我国炼铁工作者开发成功了顶燃式热风炉，并于上世纪70年代末在首钢2号高炉（1327立方米）上成功应用。自上世纪90年代KALUGIN顶燃式热风炉（小拱顶）投入运行，迄今为止在世界上已有80多座KALUGIN（卡鲁金）顶燃式热风炉投入使用。
截至目前，顶燃式热风炉由于具有结构稳定性好、气流分布均匀、布置紧凑、占地面积小、投资省、热效率高、寿命长等优势，已在国内几十座高炉上应用。首钢第5代顶燃式热风炉自投产以来，已正常工作22年3个月，曾取得月平均风温≥1200℃的业绩。生产实践证实，顶燃式热风炉是一种长寿型的热风炉，完全可以满足两代高炉炉龄寿命的要求。然而，由于国内有的企业高炉煤气含水量高、煤气质量差，致使顶燃式热风炉燃烧口出现过早破损；而且采用的大功率短焰燃烧器在适应助燃空气高温预热（助燃空气预热温度≥600℃）方面还存在一些技术难题。因此，国内钢铁企业进行了技术改造，Corus（康力斯）高风温内燃式热风炉也因此得到应用。
合理的热风炉配置保持高炉稳定
根据实践，现代大型高炉配置3～4座热风炉比较合理。大型高炉如果配置4座热风炉，可以实现交错并联送风，能提高风温20℃～40℃，在炉役的中后期，还可以在1座热风炉检修的情况下，采用另外3座热风炉工作，使高炉生产不会出现过大的波动。目前，国内外许多大型高炉都配套建设了4座热风炉，但采用3座热风炉可以大幅度降低建设投资，减少占地面积，也同样具有非常大的吸引力。随着设计和安装大直径热风炉条件的改进，热风炉设计的日趋合理，热风炉使用的耐火材料质量也得到提高，设备更经久耐用，控制系统也日益成熟可靠，形成了多种多样的热风炉高风温和长寿技术，使得热风炉操作可以更加平稳可靠，从而保证了高炉稳定操作。以此为基础，现代热风炉的发展方向转变为减少热风炉座数、延长热风炉寿命、强化燃烧能力、缩短送风时间、减少蓄热面积、回收废气热量、提高总热效率上。另外，尽量缩短送风时间的操作方式也得到重视，基于新设计理念和完备的技术支撑，国内钢铁企业将热风炉数量由4座减少为3座，热风炉的操作模式改为“两烧一送”，风温的调节控制依靠混风实现，也同样达到了高风温的效果。
提高加热炉传热效率和寿命是可靠保证
现代高炉多采用蓄热式热风炉，其工作原理是先燃烧煤气，用产生的烟气加热蓄热室的格子砖，再将冷风通过炽热的格子砖进行加热，然后将热风炉轮流交替地进行燃烧和送风，使高炉连续获得高温热风。因此，提高热风炉传热效率对提高风温有着重要意义。而增加格子砖的加热面积是提高传热能力的重要技术措施。近年来，随着热风炉操作制度的改进，国内钢铁企业在应用高效格子砖方面进行了尝试，通过对格子砖结构进行优化，缩小格子砖孔径，加大其加热面积，从而提高了格子砖的传热效率和热工性能。
热风炉耐火材料内衬在高温、高压环境下的工作条件十分恶劣。为了使热风炉满足高风温的要求，延长其使用寿命，对热风炉耐火材料的质量以及砌体的设计都有很严格的要求。如何根据热风炉各部位的工作温度、结构特点、受力情况及化学侵蚀的特点，选用不同性能的耐火材料，是钢铁企业关注的重点。
此外，加强热风炉热风管系的受力分析与计算，对热风管路进行优化设计，也是提高风温的重要措施。对承受高风温、高压管道的波纹补偿器以及管道支架的设置应进行详细的受力分析，特别是对承受高温热膨胀位移和高压产生的压力位移的管道，在设计中要给予充分的重视。
提高加热炉煤气热值是有效的技术措施
燃烧理论和生产实践已证实，提高煤气热值是提高风温的有效措施。而目前国内钢铁企业高热值煤气燃料缺乏是高风温的主要制约因素之一。为实现高风温，钢铁企业应采取了以下针对性技术措施：一是采用煤气、助燃空气低温双预热技术。该技术利用助燃空气和煤气通过热管换热器对热风炉进行预热，当预热温度达到200℃时，可以提高热风炉的理论燃烧温度和拱顶温度。首钢3号高炉采用煤气、助燃空气双预热技术以后，风温提高了50℃～70℃。
二是采用高炉煤气低温预热及助燃空气高温预热技术。利用热风炉烟气余热，通过分离式热管换热器将热风炉用高炉煤气预热到200℃～250℃；利用助燃空气预热炉将助燃空气预热到600℃以上。首钢采用了此类技术，但由于大型高炉煤气清洗系统处理能力不足，造成煤气温度高、饱和水和机械水含量高，使煤气热值严重降低。他们随后在煤气管道上配置了旋流脱水装置，降低了煤气含水量。实测表明这项技术的实施，可提高风温15℃～20℃。
三是采用高炉煤气干法除尘技术。采用高炉煤气干法除尘，可显著减少高炉煤气中的含水量。在同等条件下，高炉煤气热值可提高约200千焦/立方米。
近年来，我国高炉风温水平虽有显著的提高，但与国际先进水平相比还有较大差距，要真正达到1250℃以上的高风温仍需要继续努力。同时，我国热风炉结构形式向多样化发展，内燃式、外燃式和顶燃式多种结构的热风炉同时并存，并通过技术引进和消化吸收，使我国热风炉装备技术水平有了显著提高。结合国内钢铁企业的实情，开发新型高风温热风炉技术，高效利用低热值高炉煤气实现高风温仍然是炼铁工作者今后研究的重点。
