CN105803146A - 一种独立的热风炉充压方法及充压装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种不需要高炉鼓风参与的热风炉充压方法和工艺装置，利用独立、稳定的高压气源为热风炉充压，通过恒压（定流量）方式对热风炉充压，而不需要高炉鼓风参与热风炉充压（或称均压）操作，可以彻底消除高炉鼓风参与热风炉充压而带来的一系列弊端，从而提升高炉炉况的稳定性、提高高炉产能并节约能源、降低高炉焦炭的消耗量。本发明缩短了热风炉换炉时间，提升了热风炉效作业时间，具有投资低、效益高的特点。借助于本发明的充压装置，还可以利用热风炉需要排压的废风参与充压流程，从而可以降低充压能耗和工程投资，还可以增加热风炉在更换热风阀时进行热风释放的功能，这项功能可以避免热风对操作人员带来损伤。

Description

一种独立的热风炉充压方法及充压装置

技术领域

本发明涉及黑色冶金领域高炉热风炉的充压操作方法和工艺装置，特别适用但不限于高炉（及非高炉）炼铁配置的顶燃式、外燃式、内燃式热风炉系统。

背景技术

高炉热风炉是一种周期性工作的大型蓄热式换热器。在一个工作周期内，煤气（或者其它燃料）与空气混合燃烧，高温的烟气从热风炉蓄热室的上部向下流动，其热量被蓄热室内的蓄热材料吸收，烟气降温后从热风炉底部排出；之后，停止对蓄热材料加热的操作，再将冷鼓风从下部通入热风炉并向上穿过蓄热室，冷风从蓄热材料中吸收热量，被加热成热风，最后从蓄热室顶部排出热风炉，经保温的管道送入高炉；当蓄热材料的温度下降到一定程度后，热风炉再重新转换到对蓄热室的加热过程。

通常情况下，一座高炉都配置3~4座热风炉，组成热风炉组，其中，每座热风炉按一定的工作制度进行周期性的切换操作，这样不仅可以保证热风炉组不间断地向高炉输送热风，而且可以将热风的风温维持在一定值，这种工作方式有利于高炉稳定生产。

热风炉的工作循环过程为“烧炉”—“焖炉（Ⅰ）”—“送风”—“焖炉（Ⅱ）”—“烧炉”，所谓的“焖炉”操作，即热风炉在转换操作模式之前，需要进行充排压操作，以及相关的阀门启闭操作，在“焖炉”阶段，热风炉即不烧炉也不送风。

由“烧炉”操作转到“送风”操作时，此时热风炉进入“焖炉（Ⅰ）”阶段，炉内处于常压状态（“烧炉”期间空煤气燃烧后的烟气通过烟道接入换热器，之后排入烟囱）。但由于之后的“送风”操作是在高压（鼓风压力）下进行，因此，在此“焖炉（Ⅰ）”阶段需要完成充压操作，直至炉内压力和冷风管的鼓风压力（0.25~0.5Mpa或更高）达到一致时，才能打开冷风阀、热风阀，热风炉转入“送风”操作。

由“送风”操作转为“烧炉”操作的热风炉，此时热风炉进入“焖炉（Ⅱ）”阶段，炉内处于鼓风压力的高压状态。由于烧炉操作在常压下进行，因此，在此“焖炉（Ⅱ）”阶段需要完成排压操作，即炉内废风通过排压管排放到烟道总管，直至炉内压力与大气环境平衡。

目前最普遍采用的对热风炉充压的方法，是通过鼓风机往热风炉内输入高压空气来实现，即从冷风管引出一根充压管，为热风炉充压。

鼓风机以恒定风压、风量向高炉供风，当一座热风炉需要进行充压时，由于鼓风需要分流少量用于充压，必然引起高炉入炉风压突然下降。充压风量愈大，高炉入炉风压下降幅度愈大。工业实践证明，这种情况对高炉生产的影响很大，可能会造成高炉“冒尖”、“悬料”等一系列问题，尤其是高炉炉况不佳时，鼓风的压力、风量波动对高炉的操作影响更大。

为此，提高鼓风机的性能，以及“换炉时定风压，换炉结束后定风量”是一种目前常用的工艺方案，但这使得鼓风机的投资和运行成本增加；在热风炉的操作方面，目前比较普遍应用的有冷风阀小阀充压、旁通阀充压等，无论是上述的哪一种充压流程，都需要对充压进行特别控制，通过缓慢充压以减少入炉风压的周期波动，但这会延长充压时间，缩短热风炉烧炉时间。即使采用了上述多种工艺措施，换炉时因风压波动造成高炉炉况失稳的现象仍然时有发生。

为解决上述问题，现有技术之中有如下两种技术方案:

技术方案一：

参见图1-2，在俄罗斯公开的资料介绍和中国的专利（《热风炉废风回收利用方法与装置》，专利公开号CN1080659A）中，都提供了一种相同的“预充压”（或称“自均压”）方案。即在高炉配置4座热风炉、热风炉组按照交错并联工作制度运行时，当一座热风炉从“焖炉（Ⅱ）”模式转入“烧炉”模式时，借助于技术方案中的“放散管”使压力进入另一座正在从“焖炉（Ⅰ）”模式转入“送风”模式的热风炉。

具体方法是：按照4座热风炉的换炉制度，其中一个热风炉（下称HS-1）工作模式从“烧炉”转入“焖炉（Ⅰ）”，烟道阀门（14,15）顺次关闭。此时，另一座热风炉（下称HS-2）结束“送风”，进入“焖炉（Ⅱ）”模式，这座热风炉上的冷风阀（7）和热风阀（8）顺次关闭。此时，该热风炉处于鼓风风压力下的“焖炉（Ⅱ）”模式。

之后，热风炉（HS-2）上的废气放散阀（16）开启，该阀门经放“放散管”和烟囱关联。“放散管”上面配置有切断阀（19），此时阀门（19）处于关闭状态，切断了热风炉（HS-2）内压力向烟囱排放。随后热风炉（HS-1）的废气放散阀（16）打开，两座热风炉（HS-1和HS-2）之间进行均压，每座炉内压力达到大约工作压力的一半时即停止。

监测到两座热风炉的压力均匀之后：

关闭热风炉（HS-1）的废气放散阀（16），该热风炉利用传统的充压模式继续完成充压：开冷风旁通阀（7a），小通径冷风调节阀（7c）开，充压到工作压力（和热风管道内的压力值相等）。完成均压以后，开热风阀（8），关闭充压阀（7A）和调节阀（7C），热风炉（HS-1）切换到“送风”模式。

热风炉（HS-2）的废气放散阀（16）处于打开状态，此时打开“放散管”上的均压阀（19），实现炉内和大气的连通（即放散）。放散完成后，顺次关闭废气放散阀（16）和“放散管”上的阀门（19），热风炉（HS-2）实现了炉内压力和大气压的均衡。第二座热风炉切换到“烧炉”模式，此时烟道阀（14）和（15）打开，接下来的阀门动作都按照热风炉烧炉时的传统工艺流程进行。

在大型高炉上，按照传统的工艺流程，热风系统中两座热风炉之间实现均压需要大约5-8分钟，运用该技术方案则可以把这个过程减少到3-5分钟，这因此缩短了换炉过程，进而延长了烧炉时间。该发明可以降低热风炉换炉期间高炉入炉的风压下降程度。

技术方案二：

参见图2，一种实用新型（专利号ZL200420099277.6），该方案为热风炉系统设置了一个独立的充压装置，方法是设置一根充压进气管100，与每座热风炉通过充压管101（带充压阀）相连，充压进气管100与带有补气阀的高压气补气管103连接，高压补气管103同时连接储气罐104，储气罐104通过高压进气管与高压气源相连，高压气源可以是小型鼓风机或者空气压缩机。该实用新型方案的实质是通过外部高压气源实现对热风炉的充压操作。

为解决常规的热风炉充压方法的缺陷，“技术方案一”和“技术方案二”都做了有益的努力，部分地解决了常规充压方法的缺陷，包括提出完全脱离常规的充压模式（如“技术方案二”）。但是，就彻底消除热风炉系统充压操作对高炉鼓风的影响、同时实现余压利用、综合降低能耗、降低投资的目标来说，上述技术方案都存在不足和缺陷，甚至影响到推广应用。

上述技术方案的缺陷和不足主要如下：

技术方案一：该方案（“预充压”或“自均压”）的实质是借助于一根“放散管”使从“烧炉”模式转入“送风”模式的热风炉炉内压力进入另一座正在从“烧炉”模式转入“送风”模式的热风炉，该方案的优势是回收废风（即：通常直接排放的高压风）、无需任何外补压力即可以完成两座热风炉之间的压力均衡。但该方案存在明显的缺陷，即：虽然完成了两座热风炉之间的压力均衡，但“送风”前的热风炉炉内压力只达到鼓风压力的一半左右，并没有达到“送风”模式之前的充压目标，后续仍然需要利用鼓风按照常规模式进行充压，因此并未彻底解决热风炉充压对高炉鼓风带来的压力波动的问题。

技术方案二：该方案提出了一种独立的热风炉系统充压装置的概念，目的是彻底消除热风炉充压对高炉鼓风的影响。该技术方案存在比较明显的缺陷和不足。

首先，该方案不具备完整性。方案中仅提出了一种外接高压气源充压的构想而非可以应用的工艺装置，例如，其并未就完整的热风炉充排压的管道结构做出说明，忽略了热风炉组内各个热风炉之间工作模式转换和充排压的关系，因此缺乏完整性，无法用于技术推广；其次，该方案存在较明显的技术缺陷，例如：当利用储气罐的高压气源直接对热风炉进行充压时，由于高压气源的压力较高，将对热风炉内衬造成损坏；如果建设体积较大的储气罐，或者使用功率很大的鼓风机或空气压缩机，这会极大地增加投资，不利于推广应用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种独立的热风炉充压方法和充压装置，消除了现有技术中热风炉充压的缺陷。

本发明的目的之一是提供一种独立的热风炉充压方法，该方法采用独立的高压气源在热风炉换炉期间为热风炉充压，其特征在于，采用分阶段充压，即在初始阶段采用小流量充压，当热风炉炉内压力达到一定值后，再转入较大流量的以定流量或恒压的方式完成后续的充压，直至热风炉炉内压力与鼓风压力一致。

所述初始阶段小流量充压设定的流量范围是1~10nm3/s。

当热风炉炉内压力达到20~100kpa时，转入较大流量充压。

较大流量充压时设定的流量为10~50nm3/s，充压压力维持在0.10Mpa~0.40Mpa。

本发明的目的之二是提供一种独立的热风炉充压装置，其包括独立高压气源、充压主管及充压支管，充压主管一端外接独立高压气源，充压主管上分布多个充压支管，每个充压支管与对应的热风炉相通。

所述独立高压气源包括充气装置和储气罐。

充压主管通过调压阀和止逆阀与储气罐相通，每个充压支管上配置有充压阀。

充压主管的另外一端设置有带切断阀的引风机。

借助上述装置，还可以采用一种“预充压+独立充压”的充压方法，即，即整个充压过程分为“预充压”阶段和“独立充压”阶段。

预充压阶段：当多个热风炉中的一个热风炉处于从“烧炉”模式到“送风”模式的转换期间，同时另外一个热风炉处于从“送风”模式到“烧炉”模式的转换期间，两个热风炉之间先进行“预充压”操作，具体方式为：打开两个热风炉对应充压支管上的充压阀，关闭充压主管上的逆止阀和调压阀，此时处于从“送风”模式到“烧炉”模式的热风炉炉内压力通过充压主管向另外处于从“烧炉”模式到“送风”模式的热风炉内充压；

独立冲压阶段：“预充压”结束后，关闭位于从“送风”模式到“烧炉”模式热风炉的充压支管上的充压阀，依次打开逆止阀和调压阀，储气罐开始对处于从“烧炉”模式到“送风”模式的热风炉继续充压。

“所谓“预充压”阶段，又分为初始充压阶段和自由充压阶段充压初始阶段，在“预充压”阶段，关闭高压气源系统，打开排压热风炉的充压阀，打开充压热风炉的充压阀，通过调整该充压阀的开合角度调整充压流量。

在初始充压阶段里，通过充压阀开合角度采取小流量方式充压，当炉内压力达到一定值后，再调整充压阀的开合角度转入自由充压阶段。在两座热风炉压力接近平衡（一般不大于30kPa）时，切断排压热风炉的充压阀，至此热风炉完成了“预充压”操作，这时两座热风炉内压力值约为鼓风压力的二分之一，即热风炉排放的废气的50%被用于充压。

之后，利用本发明，打开储气罐到调压阀之间的充压阀门，打开调压阀，由储气罐和自动调压阀继续对需要充压热风炉进出快速充压操作，直至热风炉炉内压力达到鼓风压力，此时，充压操作采用恒定压力、定流量方式进行充压。

本发明具有的技术效果：

1、无论是4座热风炉组成的热风炉组还是3座热风炉组成的热风炉组，本发明都可以完整地实现独立的热风炉充压，彻底消除热风炉充压对高炉鼓风压力和流量的影响，进而消除热风炉充压过程对高炉生产的影响，这对于高炉生产意义重大，通过提高高炉鼓风稳定性，可以避免由于热风炉充压造成高炉“冒尖”、“悬料”等危害，提高高炉生产的稳定性，降低高炉生产能耗。

、本发明还有利于提高高炉鼓风风机运行的经济性，有效地降低风机运行损耗、延长高炉鼓风风机寿命。

、本发明不仅有利于保护热风炉内衬在充压过程中不受损坏，而且有效提高了充压效率，缩短了充压时间（换炉时间），进而增加了烧炉时间，提高了热风炉系统的工作效能，大大的提高了整个系统的经济效益。

、本发明可以避免由于高炉生产对热风炉操作制度的影响，例如受高炉生产影响而过度延长热风炉的送风时间等，因此可以有效地提高热风炉运行的稳定性，避免受高炉运行限制而非常规地延长送风时间，这对热风炉稳定生产的意义重大；对于热风管道来说，由于本发明减小了高炉鼓压力波动，也有利于提高热风管道的稳定性。

、对于由4座热风炉组成的热风炉组来说，本发明可以采用“预充压+独立充压”方式进行废风回收，大幅度降低了充压能耗，同时也大大降低了工程投资。

、本发明还具有多项综合功能，包括利用本发明可以建立热风释放系统，优化热风炉“空运转”模式操作，具有较为广泛的推广价值。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1—背景技术中技术方案一的结构示意图；

图2—图1技术方案中的烧炉制度的阀门动作示意图；

图3—背景技术中技术方案二的结构示意图；

图4—本发明所述独立充压装置的结构示意图；

图5—带热风释放装置的独立充压装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步描述：

实施例1

如图4所示，一种独立的热风炉充压装置，包括储气罐（21）、充压主管（22）、充压支管（23）和储气罐补压用的空气压缩机F1（24）组成，充压主管（22）一端连接储气罐，充压主管上设置多个充压支管（23），充压支管与热风炉相通。其中，储气罐（21）与充压主管（22）之间，设置有逆止阀（25）以及调压阀（26），在通向每座热风炉的充压支管（23）上，配置充压阀（27）。热风炉系统原配置有烟气总管（28）和通向每座热风炉的烟气支管，烟气支管上设置有排压管（30），排压管上设置有排压阀（31）。

以4座热风炉组成的热风炉组为例，对示意图说明如下：

当1号热风炉需要充压时，依次打开逆止阀（25）和通向1号热风炉的充压支管（23）上的充压阀（27），然后开启调压阀（26），储气罐（21）开始对1号热风炉充压。1号热风炉充压结束后，依次关闭逆止阀（25），以及调压阀（26），最后关闭充压阀（27）。

对2号、3号、4号热风炉的充压过程与上述操作相同。

充压采用分阶段充压方法：

分阶段充压方法：

在充压初始阶段，为了保护热风炉内衬不受损坏，应采取恒定的小流量进行充压，此时设定的流量范围是1~10nm3/s。当热风炉炉内压力由逐步升高至20~100kpa（表压）时，转入快速充压阶段。

当充压阀前后压差过大时，会引起高噪音和瞬时温降等一系列问题，如果该压差过小，则会影响充压操作的效率。为此，在快速充压阶段，采用定流量（恒压）方式进行充压，直至充压结束。此时，设定的充压流量范围是10~50nm³/s，充压压力维持在0.10Mpa~0.40Mpa，当充压过程结束时，充压管道与热风炉炉内的压力差不变。

根据工程的具体要求，在初始充压阶段可以在上述小流量范围内取值，也可以按不同流量分阶段慢速充压；在快速充压阶段可以在上述充压流量的范围内取值，也可以按不同流量分阶段快速充压。

储气罐的压力设定：

为热风炉充压的高压气源来自于储气罐，储气罐的初始压力P0=nP1+P2，其中，P1=鼓风压力，P2=快速充压阶段的充压压力，n为储气罐备用量系数，n=1~3。n值越小则储气罐的体积越大，n越高则储气罐内的初始压力越高。

储气罐的补压：

在一座热风炉的充压结束后至下一座热风炉的充压操作开始前，为储气罐进行补压操作，即储气罐的补压操作时间t0应短于邻近的两次热风炉换炉之间的时间t1。可利用工厂高压气源为储气罐补压，或配置空气压缩机为储气罐补压。

在热风炉换炉期间，从“送风”阶段转入“烧炉”阶段的热风炉需要进行排压。本发明并不影响热风炉系统原有的排压操作，即热风炉排压操作是依靠原有的排压装置进行的。当1号热风炉需要排压时，利用热风炉原有的排压装置进行排压操作，即打开1号热风炉排压支管（30）上的排压阀（31），热风炉炉内压力经排压支管（30）到烟气总管（28）进行放散，排压操作结束后，关闭排压阀（31）。对由3座热风炉组成的热风炉组进行独立充压的操作与上述一样。

本发明所涉及的“预充压+独立充压”方法适用于4座热风炉组成的热风炉组。

当1号热风炉处于从“烧炉”模式到“送风”模式的转换期间，同时3号热风炉处于从“送风”模式到“烧炉”模式的转换期间，1号热风炉与3号热风炉之间先进行“预充压”操作，具体方式为：打开3号热风炉的充压支管（23）上的充压阀（27），打开1号热风炉的充压支管（23）上的充压阀（27），此时逆止阀（25）和调压阀（26）均关闭。此时，3号热风炉炉内压力通过充压主管（22）向1号热风炉充压。

“预充压”结束后，关闭3号热风炉的充压支管（23）上的充压阀（27），依次打开逆止阀（25）和调压阀（26），储气罐（21）开始对1号热风炉继续充压。1号热风炉充压结束后，依次关闭逆止阀（25），以及调压阀（26），最后关闭1号热风炉的充压阀（27）。

同时，打开3号热风炉排压支管（30）上的排压阀（31），3号热风炉炉内剩余压力经排压支管（30）到烟气总管（28）进行放散，排压操作结束后，关闭排压阀（31）。

如图5所示，在充压主管的另外一端增加有引风机F2（32），引风机前端设置有切断阀（33），引风机及切断阀组成热风炉的释放系统，其作用是在更换热风阀时，通过释放系统排出炉内热风，避免损伤操作人员。

具体实施方法为：当更换热风阀时，打开充压支管23上的充压阀27，热风炉内的热风通过引风机F2抽出经充压总管排入大气。

利用本发明的充排压管道系统，在高炉休风、热风炉组长期以“空运转”模式运行（即保温运行）时，需要使用风机向炉内输送冷的空气冷却炉箅子，炉内的热风则通过倒流休风管放散。在常规的工艺方案中，需要启动1台助燃空气风机输入冷却风。而在本发明中，可以利用储气罐的空气对热风炉炉箅子进行冷却。其效果是减少了“空运转”模式下的能耗。

本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的保护范围的前提下，可以对上述实施方式进行各种修改、变化和组合，并且认为这种修改、变化和组合是在独创性思想的范围之内的。

Claims (9)

1.一种独立的热风炉充压方法，采用独立的高压气源在热风炉换炉期间为热风炉充压，其特征在于，采用分阶段充压，即在初始阶段采用小流量充压，当热风炉炉内压力达到一定值后，再转入较大流量的以定流量或恒压的方式完成后续的充压，直至热风炉炉内压力与鼓风压力一致。

2.如权利要求1所述的一种独立的热风炉充压方法，其特征在于，所述初始阶段小流量充压设定的流量范围是1~10nm3/s。

3.如权利要求1所述的一种独立的热风炉充压方法，其特征在于，当热风炉炉内压力达到20~100kpa时，转入较大流量充压。

4.如权利要求1所述的一种独立的热风炉充压方法，其特征在于，较大流量充压时设定的流量为10~50nm3/s，充压压力维持在0.10Mpa~0.40Mpa。

5.一种独立的热风炉充压装置，包括独立高压气源、充压主管及充压支管，充压主管一端外接独立高压气源，充压主管上分布多个充压支管，每个充压支管与对应的热风炉相通。

6.如权利要求5所述的一种独立的热风炉充压装置，其特征在于，所述独立高压气源包括充气装置和储气罐。

7.如权利要求6所述的一种独立的热风炉充压装置，其特征在于，充压主管通过调压阀和止逆阀与储气罐相通，每个充压支管上配置有充压阀。

8.如权利要求6所述的一种独立的热风炉充压装置，其特征在于，充压主管的另外一端设置有带切断阀的引风机。

9.一种利用权利要求7所述的热风炉充压装置进行充压的方法，其特征在于，当多个热风炉中的一个热风炉处于从“烧炉”模式到“送风”模式的转换期间，同时另外一个热风炉处于从“送风”模式到“烧炉”模式的转换期间，两个热风炉之间先进行“预充压”操作，具体方式为：打开两个热风炉对应充压支管上的充压阀，关闭充压主管上的逆止阀和调压阀，此时处于从“送风”模式到“烧炉”模式的热风炉炉内压力通过充压主管向另外处于从“烧炉”模式到“送风”模式的热风炉内充压；

“预充压”结束后，关闭位于从“送风”模式到“烧炉”模式热风炉的充压支管上的充压阀，依次打开逆止阀和调压阀，储气罐开始对处于从“烧炉”模式到“送风”模式的热风炉继续充压。