高炉喷煤用烟气炉的优化设计

肖红涛

（中冶华天工程技术有限公司，江苏 南京210019）



高炉喷煤用烟气炉的优化设计

肖红涛

（中冶华天工程技术有限公司，江苏 南京210019）

为解决现有烟气炉燃烧不充分、炉膛蓄热能力差、出口烟气混合不均匀以及烟气混合段容易发红变形等问题，从燃烧器设计、内衬砌筑以及混合室结构进行了一系列优化，通过改进有效提高了烟气炉的热效率以及烟气系统的稳定性。

高炉喷煤；烟气炉；燃烧器；混合室

烟气炉作为高炉喷煤的重要设备之一，对于喷煤制粉系统的安全、稳定运行起着关键作用。然而，目前的烟气炉普遍存在如下不足：①烟气炉燃烧器热效率不高，煤气燃烧不完全，主要表现在出口烟气中CO含量偏高，对后续制粉系统的生产造成安全隐患；②炉膛蓄热能力弱，制粉系统波动时容易造成炉膛内火焰熄灭，进而影响制粉系统连续生产；③高温烟气与低温废气混合不均匀，容易造成烟气出口管道发红、变形甚至坍塌等生产事故。

为改善烟气炉的上述缺点，本文将从现有烟气炉的组成入手，在燃烧器布风板、混合室结构以及内衬砌筑等三个方面对烟气炉进行优化改进。

1　烟气炉的结构特点

现有高炉喷煤用烟气炉一般由燃烧器、燃烧室及混合室等组成，如图1所示。其中，燃烧器由高炉煤气进口、助燃空气进口组成，部分还设有用焦炉煤气入口。燃烧室作为高炉煤气燃烧的主要部位，由耐火砖砌筑而成，燃烧室一般设有热电偶及压力传感器，对炉膛温度、压力进行在线实时监测。混合室为高温烟气与低温废气混合场所，热风炉废气经混风板（不锈钢材质、均布圆形透风孔）兑入混合室，混合均匀后的合格烟气经出风口进入磨煤机。

图1　烟气炉结构示意图

2　烟气炉优化设计

2.1燃烧器布风板优化

在原有燃烧器中，尽管助燃空气与高炉煤气采用多通道交错布置，但依然存在助燃空气与高炉煤气燃烧前混合不均的问题，表现为出口烟气中CO 与O2含量偏高并存，CO在完全燃烧前已经被抽走并送进磨煤机，造成极大的安全隐患。为此，在现有空气-煤气多通道交错布置的基础上，各空气、煤气出口端增加一段旋转弯头，且空气与煤气的旋向相反，通过空气与煤气的对流，达到煤气与空气的充分混合。图2为改进前与改进后燃烧器布风板的对比示意图。

图2　改进前后燃烧器布风板的对比示意图

将改进燃烧器布风板的烟气炉运用于实际生产，并通过布置在烟气炉出口端的高温摄像对炉膛内部的燃烧情况进行观测，可以发现，改进前燃烧火焰沿炉膛中心呈火炬状分布，且随着炉膛内气压波动有较大抖动；改进后火焰沿着烟气炉内壁在圆周方向上均匀分布，火焰长度较短，燃烧稳定。

2.2混合室与混风腔优化

原烟气炉高温烟气及热风炉废气混合不均匀，出口烟气局部温度超过350℃，导致烟气炉出口管道发红变形，长时间易坍塌造成生产事故。为改变上述不利情况，将原热风炉废气入口前置，增大混风腔，形成双层套筒结构，一方面使得进入烟气炉的热风废气在混合前沿套筒圆周方向均布，进而均匀地通过混风板与高温烟气混合，促进均匀效率；另一方面，双层套筒结构可以减少热量散失，提高热效率。图3为优化后的烟气炉结构示意图。

2.3炉体内衬结构优化

烟气炉使用高炉煤气作为燃料最大缺点是燃烧稳定性差，容易熄火，特别是高炉冶炼技术提升后，高炉煤气热值普遍偏低。制粉系统在生产、调试过程中，时常会出现系统内部气流不畅，特别是当原煤水分偏大，系统风量与给煤机煤量匹配困难时，烟气炉炉膛内部负压偏大，瞬间将炉膛火焰抽灭。而原有炉膛蓄热差，炉内温度下降迅速，即便是负压迅速恢复正常时也很难复燃。此时，为了确保安全，需要迅速切断煤气，进行氮气吹扫，然后重新点火，耗时耗力影响连续生产。

图3　优化后烟气炉结构示意图

针对上述问题，对烟气炉进行优化设计时，在炉膛内增设蓄热格子砖，增大蓄热面积，同时在燃烧室末端采用格子砖砌筑挡火墙，在保证气流通过面积的基础上，适当增大炉膛阻滞力。改进后的烟气炉具有蓄热能力强，稳定性好，不易熄灭或熄灭后复燃能力强，大大增强了系统的安全性，同时由于挡火墙的存在，进一步阻止了燃烧火焰蔓延至混合段，提高了炉膛温度。生产实践表明，增加挡火墙能够提高炉膛温度约50℃左右，与此同时，烟气炉的出口烟气管道超高温（＞320℃）现象明显减少，管道发红变形的状况得到了有效缓解。

3　结语

按照上述思路设计的改进型烟气炉，已经成功运用在青岛钢铁环保搬迁高炉喷煤工程中。实践证明，对烟气炉的优化改进，较好地克服了烟气炉原有缺点，有效地增加了合格烟气产生量，提高了系统热效率、安全性与稳定性。经验表明，对烟气炉的改造，虽在一定程度上增加了制造成本，但对于制粉系统整体的挖潜提产、节能降耗有着很大帮助。

［1］同济大学.燃气燃烧与应用［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.

Optimization Design of Hot Gas Generator for Blast Furnace Pulverized Coal Injection

XIAO Hongtao
（Huatian Engineering&Technology Corporation，Nanjing 210019，China）

By redesigning the burner，the furnace lining and the construction of mixing chamber，some problems such as incomplete burning，insufficient heat storage capacity，unevenness of the flue gas，and easy to superheat of the flue pipe，are properly solved.The thermal efficiency and stability of the mixing chamber are effectively improved through the optimization design.

blast furnace pulverized coal injection；hot gas generator；burner；mixing chamber

TF572

B

1001-6988（2016）02-0043-02

2016-01-19

肖红涛（1983—），男，工学硕士，工程师，主要从事炼铁工程设计工作.