徐倩霏

（江蘇常熟龍騰特種鋼有限公司煉鐵分廠） 

 關鍵詞：煙氣爐；交叉混合；引射混合；廢氣預熱

煙氣爐作為干燥氣體制備設備，是噴煤制粉的重要環節。但由于其發生量較小，在煉鐵系統中并不被重視。隨著國內鋼鐵形勢的急轉直下，各大鋼企紛紛自我加壓、放下身段，在細節之處下功夫。作者根據客觀數據，闡述了對噴煤煙氣爐系統的個人見解。

在使用熱風爐爐廢氣作為主要干燥氣的高爐噴煤系統中，熱風爐廢氣受熱風爐自身降耗的要求下，熱量已經不足以干燥原煤，必須使用噴煤煙氣爐進行提溫。溫度的來源是煤氣的燃燒，但如何最大化的利用燃燒熱量達到節能效果則取決于以下幾個方面：爐型結構、混合方式、預熱時間、余熱利用。現逐一闡述：

1  爐型方面

噴煤制粉系統煙氣爐是提供熱量，惰化系統以及運輸煤粉的干燥氣發生設備，其干燥氣的90%來自于熱風爐廢氣，燃燒煤氣所產生的熱量是將150度廢氣提溫至300度左右，并與廢氣混合來達到滿足制粉條件的合格干燥氣。上述以說明溫度的來源是煤氣的燃燒，但提溫的關鍵在于混合均勻程度。煙氣爐煙氣與廢氣兩者混合的方式主要有三種：煙道混合、交叉混合、引射混合。其中，煙道混合類似與水管三通，混合不均勻，除受特別限制外基本不采用；交叉混合結構比較均勻，爐體砌筑和場地要求不高，是最廣泛采用的形式；引射混合相對與以上兩種，結構較復雜，但混合均勻度最高，正在被越來越多的新項目采用。

了解到附近企業的煙氣爐形式，有針對性對引射混合和交叉混合進行了實地考察，其主要指標如下：

對比發現普通交叉混合煙氣爐型相對于引射混合爐型的煤氣消耗高出25%以上，排除儀表誤差，消耗差距還是非常明顯的。根據各方反饋和現場情況，了解發現三種爐型各自優缺點還有以下幾個方面：

1、預熱廢氣：交叉混合沒有廢氣預熱區以及空氣預熱，熱風爐廢氣從風機出口直接進入煙氣爐混合室，而引射混合擁有廢氣預熱層，廢氣旋流經過爐壁時既能預熱又對燃燒室爐殼進行了冷卻。

2、環流穩定：交叉混合由于其空間有限，廢氣大量涌入受熱而導致體積增大，在體積增大又沒有導流的條件下流動不穩定，雖然在燃燒室尾部設置了擋火墻，廢氣產生的溢出正壓紊流勢必影響燃燒室煤氣燃燒狀態，這也是爐膛壓力波動的主要原因。其次，擋火墻內側承受燃燒溫度，外側承受廢氣溫度，兩面所接觸的氣體溫差高達400℃，冷熱不均又加速了擋火墻的形變而引發坍塌風險。而引射混合中的廢氣切向進入爐體在爐殼的環流導向作用下被引導向前，預熱作用的發揮又使體積增大的速度放緩，在風速的作用下在混合室端部會形成負壓區便于引出煙氣，爐膛內壓力穩定而不會對煤氣燃燒狀態產生影響，擋火墻始終承受燃燒溫度，受熱均勻利于耐材壽命。

3、保溫隔熱：交叉混合的煙氣爐燃燒室爐殼溫度一般在160-260度，直接暴露在外造成熱量散失，而引射混合利用廢氣預熱層將燃燒室全部包裹，起到了保溫隔熱作用，燃燒產生的熱量得到部分利用。

綜上所述，結果與理論分析相同。充分利用熱量、穩定爐內氣流分布的引射混合煙氣爐是現階段節能的理想選擇。

2  深度優化

確定下爐型后以制粉系統正常工況參數代入計算公式，進行實際測算，計算得出數據，制粉系統使用新爐型煤氣消耗至少可降低800m³/h，模擬制粉系統滿負荷工況煤氣消耗最高可降低1550m³/h。得出數據后，逐步開始討論各項細節。但溝通過程中出現三個比較突出的矛盾點：爐皮溫度、擋火墻、放散位置。

2.1爐殼優化

因爐皮溫度的高低直接決定了熱量收益，所以要求保證爐皮溫度不超過環境溫度。分別給出了三種不同的解決方案：外部巖棉包裹保溫、內部澆注敷貼保溫、內部鑲磚敷貼保溫。分析發現以上三條均不太可取：①外部巖棉保溫簡單，但爐皮出現問題不易發現而且隨著使用時間的增加其效果會越來越差，定期更換又增加維護成本。②內部澆注或貼磚只能在爐體鋼結構完工后進行，而廢氣預熱層厚度約400mm施工和質量把控極為困難；廢氣中夾雜熱風爐耐材的粉化物會對澆注層或耐火磚侵蝕和沖刷，甚至脫落。脫落后其修復的可能性幾乎為零，且脫落物不易取出，長此以往，廢氣預熱風道被侵占造成阻礙或堵塞而無法形成環流，嚴重的必須停產分解大修。

沒有成熟的解決方案，協議暫時擱置。期間無意中發現羽絨服的隔熱措施，其實是將空氣穿在身上進行保溫的，是不是爐體可以增加一層外殼來進行保溫？再者，熱風爐換熱器就是將煤氣和空氣進行預熱再燃燒從而提高風溫，是不是煙氣爐也可以預熱一下呢？

帶著這兩個問題，有針對性的進行了討論并描述了構想，計算助燃風壓力可以滿足燃燒要求后表示設計可以落地，并分別將構想轉化成草圖（如下）。至此，協議爐皮溫度可以保持與環境溫度一致的要求得到滿足。

該干燥煙氣發生爐采用臥式全密閉圓截面三層套筒殼體兩段式（燃燒室+混合室）爐型。包括內膛燃燒室、中膛環形廢氣預熱室、外膛環形助燃風預熱室、擋火墻、混合室、燃燒器、耐材等。由點火孔自動點火，同時在燃燒室尾部設置擋火墻能在燃燒室有限的空間內安全燃燒，混合室用耐熱不銹鋼材料設計成多孔噴射裝置，高爐熱風爐廢氣從煙氣爐靠燒嘴端側切向進入第二層中間層套筒，旋流降低燃燒室的溫度并充分預熱，使高溫煙氣和高爐熱風爐煙氣進行引射混合。助燃風從煙氣爐下部進入第三層最外層套筒，旋流降低混合室溫度并保溫而后從爐體上部出口彎管進入燒嘴。

（●設置；○未設置）

在雙層套筒結構的基礎上吸納空氣隔熱和預熱助燃風的優點，延伸出三層套筒結構爐型。保險起見，要求按超常規10mm錳鋼制作雙層套筒，而后再增加一層8mm鋼板包裹形成助燃風層，混合室不銹鋼采用310S材質。施工中嚴格把關，杜絕竄風的可能。這樣既利用廢氣熱量預熱助燃風，有利于煤氣充分燃燒，又使煙氣爐爐殼溫度可與環境溫度保持一致。加上采用環形旋轉細流燒嘴，理論節能效果比現用交叉混合煙氣爐高20%。

2.2  擋火墻優化

結合現場情況和生產需要，明確三層套筒結構爐型耐材明細：廢氣預熱層不設置澆注料；環形內膛耐材厚度≥240mm（硅酸鋁纖維板+高鋁扇形磚）；端墻耐材厚度≥460mm（外層硅酸鋁纖維板+粘土磚、內層高鋁磚）；擋火墻耐材厚度≥340mm（高鋁磚）；交叉混合爐型的擋火墻在實際生產過程中發生過多次坍塌現象，雖然通過爐型分析引射爐型對擋火墻的影響較小，但要求爐體絕對可靠，未能給出有效方案。隨著研究的不斷深入交流，理論上能夠有效降低氣孔率與高溫蠕變程度，提高耐壓和抗折強度，是有效提高擋火墻使用壽命的方法。意向在檢修時間充裕的情況下，進行試驗。

2.3  放散優化

煙氣爐放散設置在爐體上不利于耐材整體布置，結構強度也有較大影響，有多數煙氣爐爐體放散處有明顯形變和坍塌現象。再者，由于放散閥處溫度高，大部分使用水冷閥門，一旦發生內漏，對系統安全存在較大安全隱患，故應優化設于爐外。

以上內容，是淺顯闡述了個人見解，不足之處，懇請讀者指正。