CN201525853U - 一种高风温长寿型两级双预热装置 - Google Patents

Abstract

一种高风温长寿型两级双预热装置，属于钢铁工业高炉炼铁工艺中热风炉技术领域。包括：集中助燃风机，助燃空气和煤气低温热管换热器，二级助燃空气蓄热式预热炉，热风炉，以及用于连接它们之间的高炉煤气、空气、烟气管道。在配置二级助燃空气蓄热式预热炉预热助燃空气的情况下，同时配置助燃空气低温热管和煤气低温热管换热器；优点在于：提高热风炉烟气温度，缩小热风炉尺寸，从而减少热风炉本体投资；获得较高的助燃空气温度和适当的煤气预热温度，从而在采用单一高炉煤气的情况下获得1300℃及以上的热风温度，热风炉系统整体热效率保持在很高的水平；助燃空气二级预热采用蓄热式热风炉，与热风炉本体寿命保持同步。

Description

一种高风温长寿型两级双预热装置

技术领域

本实用新型属于钢铁工业高炉炼铁工艺中热风炉技术领域，特别是涉及一种高风温长寿型两级双预热装置，适用于热风炉系统使用单一高炉煤气，热风炉温度达1300℃及以上，相配套的高炉有效容积达3200m³及以上，预热装置寿命与热风炉系统同步。

背景技术

从全世界范围来看，大家都在努力提高热风温度，从而为提高喷煤量，节约宝贵的焦炭而创造条件。一些厂由于拥有多余的高热值煤气(焦炉煤气或转炉煤气)，故获得1300℃及以上高风温比较容易实现。但是由于各钢铁厂高热值煤气越来越紧张，这就迫使人们考虑在采用单一高炉煤气的情况下如何获得1250℃以上的风温(对于大型高炉要求1300℃及以上的风温)。目前国内许多钢铁厂在这方面做了大量的工作，涌现出了各种各样的工艺流程。实践证明，各种各样的工艺流程，都有其特点，为推动热风炉风温水平的提高做出了一定的贡献。但是仔细分析目前各厂采用的工艺流程，又或多或少的存在一定的缺陷。在新设计的热风炉或者旧热风炉改造时，应该仔细研究，从而推动我国热风炉高风温技术的进一步发展。

目前我国高炉热风炉系统为了获得高风温所采取的措施中存在如下一些缺陷：

1热风温度偏低。对于仅采用低温热管换热器而预热高炉煤气和助燃空气的热风炉系统，在采用单一高炉煤气的情况下，其风温水平一般不会超过1200℃，故这种工艺流程已经不能满足高风温的要求；

2.预热系统的寿命不能与热风炉本体同步，且在大型高炉热风炉系统上应用有一些缺陷。为了达到1250℃热风温度，目前国内普遍采用的是附加燃烧炉加中温换热器的组合方式，将助燃空气和煤气预热到较高温度，从而满足1250℃的高风温。中温换热器主要有两种类型，一种为扰流子中温管式换热器(烟气温度一般不超过600℃)，另外一种为强制油循环中温管式换热器。前者由于工艺特点及制造水平限制，实践证明不能和高炉寿命同步，更不能和热风炉寿命同步，其使用寿命一般为10年左右；当高炉大型化以后，这种换热器的体积变得非常庞大，节省投资的优势不明显；而且一般只能将煤气和空气预热到300℃，风温最高一般只能达到1250℃而无法达到1300℃及以上，且一旦系统出现故障，对热风温度的影响较大。目前带附加燃烧炉的预热系统的助燃风机都是单独配置，且附加燃烧的助燃空气也未充分利用废烟气的余热进行预热。

3对热风炉系统总体热效率重视不够。在首钢2号高炉率先利用旧的热风炉，加以适当的改造，用来预热助燃空气，以获得600℃的助燃空气以来，国内很多高炉也采用了类似的系统，从而获得1250℃的风温。但是在采用这样的系统时，往往对热风炉系统的总体热效率重视不够，这里面不仅仅有投资限制上的考虑，往往主要的原因还是认识上存在偏差。在国内已经投产的高炉的热风炉系统中，在配置蓄热式热风炉预热助燃空气的情况下，一般只配置助燃空气低温热管或者煤气低温热管换热器，而不是两者同时配置。这样做的缺点有二条。一是根据热风炉系统得热平衡计算，在只配置一种介质低温预热的情况，将导致大量烟气能量排向大气，不仅导致环境的恶化，也降低了整个热风炉系统的总体热效率，一些观点认为，由于现在的高炉都在追求高喷煤比，故喷煤系统肯定需要一部分热风炉烟气用来制粉。但是通过整个喷煤系统和热风炉系统烟气平衡的计算，喷煤制粉系统需要的热风炉烟气量占热风炉系统的烟气只是很小一部分，根本无法全部消化。还有一部分人认为，部分没有换热的热风炉烟气可以直接用来制粉，取消制粉系统的烟气炉。实践证明这样的系统存在一些缺陷，因而未得到钢铁厂的普遍采用(只有个别钢铁厂采用，国内某钢铁厂采用的条件，一是热风炉距制粉距离较近，而是热风炉为4座，这样烟气温度较为恒定)。第二个缺点是目前普遍的做法是只进行空气的低温热管换热，而不进行煤气的低温热管换热。这样做其实并不好，因为，为了环保和节能，各钢铁厂目前普遍接受了高炉煤气干法除尘系统，不仅在中型高炉上得到了大量使用，而且在国内大型高炉上(3200～5500m³)也获得了许多应用。在实践过程中，发现干法除尘系统的煤气的低温冷凝液具有很强的酸腐蚀性，在许多钢铁厂出现了管道和设备的点腐蚀。而进行煤气的低温热管换热，既提高了热风炉系统总的热效率，又减少甚至消除了煤气的低温冷凝，从而为热风炉系统的长期安全生产创造了条件。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高风温长寿型两级双预热装置，解决了预热系统的寿命不能与热风炉本体同步，以及最大限度利用热风炉烟气余热以提高热风炉整体热效率等问题；适用于现代化的大型高炉的热风炉系统(高炉有效容积大于等于3200m³)。

本实用新型包括：集中助燃风机，助燃空气和煤气低温热管换热器，二级助燃空气蓄热式预热炉，热风炉，以及用于连接它们之间的高炉煤气、空气、烟气管道。配置二级助燃空气蓄热式预热炉预热助燃空气的情况下，同时配置助燃空气低温热管和煤气低温热管换热器。助燃空气(包括热风炉和二级助燃空气蓄热式预热炉所需要的所有助燃空气)从集中助燃风机出来后，经过常温空气总管输送到助燃空气低温热管换热器被预热到约190℃。集中助燃风机和助燃空气低温热管换热器之间通过常温空气总管相连。经过低温预热后的助燃空气通过低温空气总管后，分成五根支管，其中的四根两两分别与两座二级助燃空气蓄热式预热炉相连，另外一根通过冷空气混风管道及冷空气混风阀与混风炉相连。

煤气管网和煤气低温热管换热器之间通过一根煤气总管相连，煤气低温热管换热器出口设置两根煤气管道，分别与二级助燃空气蓄热式预热炉和热风炉相连。

二级助燃空气蓄热式预热炉和热风炉各自的烟道总管在烟气换热器入口前汇合成一根废烟气总管后与烟气换热器相连。二级助燃空气蓄热式预热炉的助燃空气和煤气分别通过其助燃空气燃烧阀和煤气燃烧阀进入预热炉混合燃烧，完成对二级助燃空气蓄热式预热炉蓄热。二级助燃空气蓄热式预热炉蓄热完成后，将其切换到送风状态，这时来自低温空气总管的空气(～190℃)通过二级助燃空气蓄热式预热炉冷风管道和冷空气阀进入二级助燃空气蓄热式预热炉，与其内的格子砖换热后，产生的高温空气经过热空气阀进入混风炉，与流经冷空气混风管道和冷空气混风阀进入混风炉的低温空气(～190℃)混合，产生的中温助燃空气(450～700℃)通过中温助燃空气管道输送到热风炉，用于热风炉的燃烧。

来自管网的高炉煤气(包括所有的热风炉和二级助燃空气蓄热式预热炉燃烧需要的所有高炉煤气)，经过煤气低温热管换热器预热到约200℃后，然后通过两根煤气管道分别输送到二级助燃空气蓄热式预热炉和热风炉，与各自的助燃空气混合燃烧，完成各自的燃烧过程。

二级助燃空气蓄热式预热炉和热风炉各自燃烧产生的高温烟气，其热量被各自蓄热室的格子砖吸收后，通过各自烟道阀的废烟气最高温度被控制在450℃，然后通过各自的烟气管道汇总到烟气换热器入口，这样所有的废烟气都尽可能参与助燃空气和煤气的低温换热。完成换热后的废烟气最终通过共用烟囱排入大气。

本实用新型在配置二级助燃空气蓄热式预热炉预热助燃空气的情况下，同时配置助燃空气低温热管和煤气低温热管换热器，且二级助燃空气蓄热式预热炉用助燃空气也利用废烟气预热，大大提高了整个热风炉系统的热效率，整个预热系统的使用寿命与热风炉本体同步，满足了现代高炉长期高风温稳定运行的要求。国内现有的预热系统追求的只是1250℃的风温水平，而本实用新型实现了1300℃的风温水平。煤气采用低温热管换热器进行预热的目的，不仅利用废烟气的余热，提高热风炉系统总的热效率，而且根据目前国内的生产实践，煤气采用低温热管换热器进行预热后，其温度大大超过煤气结露温度，消除煤气低温冷凝，减少了煤气管道的酸腐蚀，从而为热风炉系统的长期安全生产创造了条件。

热风炉和二级助燃空气蓄热式预热炉所需要的所有助燃空气都由集中助燃风机提供，而不是将两者分开，使设备功能集中，减少了设备的台数，简化了工艺流程，为热风炉和二级助燃空气蓄热式预热炉所有助燃空气都经过助燃空气低温热管换热器创造了条件。

采用本专利后，在煤气和空气低温热管换热器长期使用以后换热效率变低而需要重新充填换热介质时，热风炉系统仍然能够稳定地为高炉提供1250℃的热风温度。

而这种预热系统的配置，反过来又为热风炉本体的优化设计创造了条件。由于采用了这种完善的预热系统，热风炉的废气温度可以提高到450℃，可以减少热风炉本体的格子砖使用量，热风炉本体的建设投资可以降低5％。

本实用新型的优点在于：提高热风炉烟气温度，缩小热风炉尺寸，从而减少热风炉本体投资；助燃空气采用二级预热，即助燃空气预热由一级热管换热器和二级蓄热式预热炉组合而成；煤气采用热管换热器。这样获得的效果是：1.获得了较高的助燃空气温度和适当的煤气预热温度，从而在采用单一高炉煤气的情况下获得1300℃及以上的热风温度；2.在获得1300℃及以上的热风温度的情况下，整个热风炉系统的热效率仍保持在很高的水平；3.助燃空气二级预热采用蓄热式热风炉，与热风炉本体寿命保持同步；4.在助燃空气和煤气低温预热系统失效时而进行检修时，仍然能够获得较高的热风温度，从而保证高炉始终在高风温水平下操作。

附图说明

图1为本实用新型热风炉系统使用单一高炉煤气获得1300℃及以上高风温的长寿型两级双预热系统流程图。其中，高炉1、热风阀2、热风炉3、热风炉烟道总管4、热风炉冷风阀5、两级预热后中温助燃空气管道6、二级助燃空气蓄热式预热炉烟道总管7、混风炉8、二级助燃空气蓄热式预热炉9、烟气换热器10、煤气低温热管换热器11、助燃空气低温热管换热器12、集中助燃风机13、共用烟囱14、二级助燃空气蓄热式预热炉煤气燃烧阀15、二级助燃空气蓄热式预热炉冷空气阀16、二级助燃空气蓄热式预热炉助燃空气燃烧阀17、低温空气总管18、废烟气总管19、煤气管道20、煤气管道21、冷空气混风阀22、热管23、常温空气总管24、、二级助燃空气蓄热式预热炉冷风管道25、二级助燃空气蓄热式预热炉助燃空气管道26、冷空气混风管道27、热空气阀28、二级助燃空气蓄热式预热炉烟道阀29、热风炉烟道阀30、煤气总管31、煤气管网32

具体实施方式

图1为本实用新型的一种具体实施方式。助燃空气(包括热风炉3和二级助燃空气蓄热式预热炉9所需要的所有助燃空气)由集中助燃风机13送出，通过常温空气总管24，经助燃空气低温热管换热器12预热到约190℃，经过低温预热后的助燃空气流经低温空气总管18后，分成五根支管，其中的四根两两分别与两座二级助燃空气蓄热式预热炉9相连，另外一根通过冷空气混风管道27与混风炉8相连。二级助燃空气蓄热式预热炉的助燃空气和煤气分别通过其助燃空气燃烧阀17和煤气燃烧阀15进入预热炉9混合燃烧，完成对二级助燃空气蓄热式预热炉9的蓄热。二级助燃空气蓄热式预热炉9蓄热完成后，将其切换到送风状态，这时来自低温空气总管的空气(～190℃)通过二级助燃空气蓄热式预热炉冷风管道25和冷空气阀16进入二级助燃空气蓄热式预热炉9，与其内的格子砖换热后，产生的高温空气经过热空气阀28进入混风炉8，与流经冷空气混风管道27和冷空气混风阀22进入混风炉8的低温空气(～190℃)混合，产生的中温助燃空气(450～700℃)通过中温助燃空气管道6输送到热风炉3，用于热风炉3的燃烧。来自煤气管网32的高炉煤气，经过煤气总管31进入低温热管换热器11预热后，分别通过煤气管道21和煤气管道20输送到蓄热式预热炉9和热风炉3，然后与各自的助燃空气混合，完成各自的燃烧。

与格子砖换热完成后产生的废烟气流经二级助燃空气蓄热式预热炉烟道阀29和烟道总管7，与热风炉3产生的废烟气(通过热风炉烟道阀30和热风炉烟道总管4输送)相互混合，通过废烟气总管19输送到达烟气换热器10，经过烟气换热器10换热，换热后的废烟气通过共用烟囱14排向大气。烟气换热器10、煤气低温热管换热器11和助燃空气低温热管换热器之间的换热是通过热管23及热管内充填的液体来进行的。来自高炉鼓风机房的冷风经过热风炉冷风阀5，与热风炉3内的格子砖换热后，再通过热风炉3的热风阀2送往高炉1。

Claims (3)

1.一种高风温长寿型两级双预热装置，包括：集中助燃风机，助燃空气和煤气低温热管换热器，二级助燃空气蓄热式预热炉，热风炉，以及用于连接它们之间的高炉煤气、空气、烟气管道；其特征在于，在配置二级助燃空气蓄热式预热炉预热助燃空气的情况下，同时配置助燃空气低温热管和煤气低温热管换热器；集中助燃风机和助燃空气低温热管换热器之间通过常温空气总管相连；经过低温预热后的助燃空气通过低温空气总管后，分成五根支管，其中的四根两两分别与两座二级助燃空气蓄热式预热炉相连，另外一根通过冷空气混风管道及冷空气混风阀与混风炉相连。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，煤气管网和煤气低温热管换热器之间通过一根煤气总管相连，煤气低温热管换热器出口设置两根煤气管道，分别与二级助燃空气蓄热式预热炉和热风炉相连。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，二级助燃空气蓄热式预热炉和热风炉各自的烟道总管在烟气换热器入口前汇合成一根废烟气总管后与烟气换热器相连。

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