江海峰 陳杰亮 郝江華 田富強(qiáng)

（金鼎重工有限公司  河北 邯鄲 056300）

摘  要：金鼎煉鐵廠配套的10 m²豎爐，在不改變?cè)Q爐外殼和配套設(shè)施的基礎(chǔ)上，通過局部爐體調(diào)整，增大烘干床面積、擴(kuò)大培燒面積、增加噴火口、擴(kuò)大水梁通風(fēng)面積等措施，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容改造，改造后10 m²豎爐培燒面積達(dá)13.5 m²，產(chǎn)量提高到日產(chǎn)2200 t左右，節(jié)能降耗，可為同行提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：豎爐；擴(kuò)容；改造

1  前言

隨著公司產(chǎn)能提高，對(duì)球團(tuán)礦需求量越來越大，為了提高球團(tuán)礦的產(chǎn)量， 2019年10月，利用豎爐大修，通過局部爐體調(diào)整，布料車抬高，鋼結(jié)構(gòu)局部調(diào)整，爐型及耐火材料新設(shè)計(jì)，汽化系統(tǒng)調(diào)整，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容改造，改造后公稱爐容由10m²改造為13.5m²豎爐；產(chǎn)量提高到日產(chǎn)2200 t左右，節(jié)能降耗，滿足了高爐球團(tuán)礦的供應(yīng)需求，可為同行提供一定的借鑒與參考。 

2  生產(chǎn)概況

金鼎煉鐵廠配套的10 m²豎爐于2011年6月份投產(chǎn)，年產(chǎn)50萬t球團(tuán)礦，其主要的配套設(shè)備見表1。                 

表1  主要的配套設(shè)備

豎爐經(jīng)多年生產(chǎn)實(shí)踐，產(chǎn)量達(dá)62萬t/a，但由于生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，豎爐耐火襯磨損較大，竄風(fēng)透火嚴(yán)重，鋼結(jié)構(gòu)有燒紅現(xiàn)象，爐內(nèi)氣流分布不均勻，爐內(nèi)壓力高等原因，嚴(yán)重影響了球團(tuán)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量^[1~4]。金鼎煉鐵廠在2019年10月份大修時(shí)對(duì)豎爐進(jìn)行擴(kuò)容升級(jí)改造。

3  主要改造內(nèi)容

目前豎爐混凝土框架設(shè)四層平臺(tái)，平臺(tái)相對(duì)標(biāo)高為±0.00m、+7.00m、+13.18m、+18.75 m，豎爐導(dǎo)風(fēng)墻采用汽化冷卻，汽包運(yùn)行壓力：0.35～0.45MPa，汽包規(guī)格為 DN2500  L=4600 mm。導(dǎo)風(fēng)墻水梁采用12根Φ168×18，長(zhǎng)度7.3m的無逢鋼管焊接而成，無縫鋼管材質(zhì)為20g，導(dǎo)風(fēng)墻內(nèi)煙氣流速3.47m/s。水梁端部有根據(jù)循環(huán)回路設(shè)置的聯(lián)接管。豎爐采用復(fù)合矩形斷面，在爐體兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)圓柱形燃燒室和氣流分配室，對(duì)現(xiàn)有豎爐存在的問題和為了更大發(fā)揮產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)進(jìn)行考慮，對(duì)現(xiàn)有10m²球團(tuán)豎爐進(jìn)行爐型改造，公稱爐容由10m²改造為13.5m²豎爐；豎爐有效焙燒面積≥13.5m²。導(dǎo)風(fēng)墻及水梁設(shè)計(jì)使用壽命～2.5年。

圖-1豎爐擴(kuò)容改造項(xiàng)目方案

3.1  改造豎爐鋼結(jié)構(gòu):拆除原爐墻、烘干床、大小水梁、齒輥冷卻壁。

原冷卻壁、齒輥不變。爐殼擴(kuò)容，在原冷卻帶上端兩側(cè)擴(kuò)302mm，補(bǔ)焊擴(kuò)容的鋼板、槽鋼，原頂部鋼板拆除。

冷風(fēng)口由原直徑377mm改為370mm方管，并延長(zhǎng)原冷風(fēng)主管。冷風(fēng)口由原來的直徑377mm管改為主管370*370mm，面積1.78m²增大到2.19m²，面積增加到0.41m²。

混風(fēng)室管道直徑1946mm改為直徑1760mm,減小管道直徑，增加風(fēng)壓。

烘干床兩側(cè)墻板外擴(kuò)200mm.增加烘干床面積。抬高布料車，提高煙罩。

3.2  改造豎爐導(dǎo)風(fēng)墻及水梁:

大水梁增寬、增加通風(fēng)面積，提高烘干床烘干效率，寬度由原來的780mm改為980mm，面積由原來的1.55m²增加到2.6m²，增加1.05m²。改造后，導(dǎo)風(fēng)墻通風(fēng)孔面積增加67%，可減小風(fēng)壓，增加冷卻風(fēng)流量，爐內(nèi)的懸浮顆粒擾流現(xiàn)象也將大幅減少；冷卻風(fēng)加大，烘干床下和爐身上部壓力也不會(huì)過大，爐況好，有利于焙燒風(fēng)運(yùn)行。

改造后                                    改造前

              圖-2    烘干床改造

改造后大水梁汽化冷卻以3根管串聯(lián)為4個(gè)循環(huán)，再串聯(lián)管上并聯(lián)2根小水梁通汽泡大循環(huán)。改變以前為2管串聯(lián)后并聯(lián)通汽泡小循環(huán)，增強(qiáng)汽化冷卻效率。

改造后大水梁去掉原設(shè)計(jì)的筋板，改造為梁上活動(dòng)托架。水梁兩端與爐墻連接，設(shè)置人孔和膨脹法蘭，水梁受熱膨脹能夠自由移動(dòng)不影響導(dǎo)風(fēng)墻位移和變型。

去掉原水梁堆焊層，增加水梁熱傳導(dǎo)率，使水梁在高溫環(huán)境中材質(zhì)不受影響，延長(zhǎng)水梁使用壽命。

圖-3豎爐水梁改造

3.5  配套改造豎爐汽化冷卻水系統(tǒng):

汽化冷卻水系統(tǒng)將大水梁、小水梁、大汽泡有序地串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)了大水梁、小水梁、汽泡間有序大循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了汽化冷卻水強(qiáng)制循環(huán)冷卻，提高設(shè)備冷卻效率，延長(zhǎng)水梁使用壽命。（圖-4）

氣化冷卻汽包容積由原來的3m³改為6m³，設(shè)計(jì)壓力0.65Mpa,水耗3-5m³/h,高度提高5m，增加汽化冷卻水系統(tǒng)壓力,提高強(qiáng)制循環(huán)冷卻效果。增加強(qiáng)制循環(huán)水泵，在開爐及水溫低時(shí)強(qiáng)制循環(huán)，避免因水溫、水壓低造成影響及水梁振動(dòng)。（圖-3）。

圖-4豎爐汽化水冷卻改造

3.6改造冷風(fēng)系統(tǒng)

   鼓風(fēng)機(jī)室目前布置1臺(tái)D900mm冷卻風(fēng)機(jī)不能滿足改造要求，根據(jù)13.5m²豎爐要求，在現(xiàn)有土建基礎(chǔ)和供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪改造優(yōu)化，使風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和流量達(dá)到滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的目的,冷風(fēng)機(jī)葉輪進(jìn)行改造.

表2 冷風(fēng)機(jī)改造前后性能對(duì)比

冷風(fēng)口由原來的直徑377mm管改為主管370*370mm，面積由1.78m²增大到2.19m²，面積增加到0.41m²。增大通風(fēng)面積22%。

冷風(fēng)機(jī)風(fēng)葉改造，風(fēng)量由900m³/min改為1000m³/min，壓力由28KPa降低為23KPa，提高了風(fēng)量100m³/min，，降低了風(fēng)壓。風(fēng)壓和流量達(dá)到滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

3.7爐體砌筑改造    

豎爐改造的部位主要有混氣室、噴火口、大水梁、冷風(fēng)口、烘干床等。豎爐改造前后的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

              改造后                             改造前

圖5 豎爐改造前后內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

改造豎爐燃燒系統(tǒng):爐墻、燃燒室按擴(kuò)容后要求砌墻，爐墻及混氣室爐墻減薄，增加爐內(nèi)容積，保持原來的特性，燃燒室原直徑2170mm變?yōu)?070mm，出口煙道由直徑1272mm變?yōu)?00mm。減少容積，增加風(fēng)壓。

噴火口由18對(duì)減少為16對(duì)；面積由1.68m²改造為2.56m²增加0.88m²，增加培燒通風(fēng)面積50%左右。

燃燒室原直徑2170mm變?yōu)?070mm，出口煙道由直徑1272mm變?yōu)?00mm。減少容積，增加風(fēng)壓10%左右。燒嘴由渦流式改為直通式燒嘴保證燃燒室溫度。

混氣室改造后焙燒風(fēng)經(jīng)過混氣室,間距由原來的460mm改變?yōu)?00mm起到阻流增壓效果。保證自噴火口噴出的焙燒風(fēng)對(duì)爐內(nèi)球團(tuán)有足夠的穿透風(fēng)壓，并可彌補(bǔ)因爐身上部擴(kuò)容，因球團(tuán)容積增大需增大的風(fēng)壓動(dòng)力相應(yīng)增大。

混氣室砌墻厚減少114 mm,火道口隨著向兩側(cè)縮小60mm,焙燒帶寬度由2680mm增加到3781mm。改造后焙燒帶橫截面達(dá)到13.5m²。

3.8 烘干床改造

烘干床面積和烘干效率達(dá)不到提產(chǎn)后匹配，為提產(chǎn)增效，增大烘干床面積，提烘干效率，主要采取對(duì)其水梁與爐篦條進(jìn)行改造。

⑴  水梁安裝改造

 圖6為水梁安裝改造前后示意圖。可見，改造后，爐口寬度向兩側(cè)各擴(kuò)327 mm；最下方小水梁的安裝寬度由2450 mm增加到2705mm，增加255 mm；烘床高度由9mm提高100 mm；保持坡度為36°。

改造后，烘干床長(zhǎng)度5784mm，寬度3746mm,加寬烘干床的面積21.66m²，通風(fēng)面積10.68m²。

⑵ 爐篦條改造

小水梁安裝尺寸加寬,篦條隨著加長(zhǎng),保持原篦條寬度不變,篦條長(zhǎng)度由501 mm增加到到553 mm、676mm,增大了烘床的有效通風(fēng)面積。經(jīng)計(jì)算,烘干床有效通風(fēng)面積由原來的16 m²增加到21.66 m²,有效烘干面積增加5.66 m²。

改造后                                     改造前

圖6 水梁安裝改造前后示意圖

3.9 除塵風(fēng)機(jī)改造

由于擴(kuò)大烘干床面積，除塵風(fēng)機(jī)后加裝脫硫與濕電除塵，風(fēng)壓明顯不足，對(duì)除塵風(fēng)葉進(jìn)行改造。風(fēng)量不變前提下提高風(fēng)壓，原風(fēng)機(jī)不變^{[5, 6]}。

4 改造后的整體實(shí)施效果

表3 除塵風(fēng)機(jī)改造前后性能對(duì)比

10 m²豎爐擴(kuò)容后，焙燒面積達(dá)13.5 m²，噴火口數(shù)量由原來的18對(duì)改成16對(duì)，噴火口面積增加50%；混氣室壓力增加10%；導(dǎo)風(fēng)墻通風(fēng)孔面積增加65%。烘干床面積達(dá)到21.66 m²,有效烘干面積增加5.66 m²。

改造前后豎爐產(chǎn)量對(duì)比結(jié)果見表4。可見，改造前2019年1-12月份平均月產(chǎn)量41901.28t，平均日產(chǎn)1984.7t；改造后，2020年1~12月份平均月產(chǎn)量64439.62t，平均日產(chǎn)量2169.43t；2021年第三季度平均月產(chǎn)量69491t，平均日產(chǎn)量2317.8t。

從以上數(shù)字可以看出通過局部爐體調(diào)整，布料車抬高，鋼結(jié)構(gòu)局部調(diào)整，爐型及耐火材料新設(shè)計(jì)，汽化系統(tǒng)調(diào)整，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容改造，改造后公稱爐容由10m²改造為13.5m²可在原材料、原操作、原設(shè)備基本不變的基礎(chǔ)上提高產(chǎn)量，節(jié)能降耗，達(dá)到了豎爐擴(kuò)容增產(chǎn)的目的。

表4 改造前后產(chǎn)量對(duì)比 

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