卡盧金頂燃式熱風爐優(yōu)勢分析

2.1 內(nèi)燃式熱風爐

內(nèi)燃式熱風爐結(jié)構(gòu)具有6大先天的缺陷（圖1），最主要原因是蓄熱室和燃燒室布置在同一個爐殼里的布局。2.1.1. 煤氣短路或直聯(lián)（短路現(xiàn)象）。由于分隔墻上的磚體之間存在裂縫，燃燒室和格子磚蓄熱室的煤氣會發(fā)生短路或直接互通，這種現(xiàn)象使熱風溫度降低可達100度。這一缺陷導致的一個不良后果，是CO會溢出并進入廢氣中 (檢測結(jié)果達到0.5-1.0%)， 對環(huán)境造成嚴重污染。

2.1.2. 燃燒室與蓄熱室之間的隔墻彎曲下傾(香蕉效應)。原因在于靠近爐殼的大墻磚與靠近蓄熱室的隔墻磚之間存在溫差，結(jié)果是燃燒室和蓄熱室均受到損壞。

2.1.3. 燃燒室磚體、熱風管拱門和熱風爐燃燒器很容易變形和受損。這是因為在燃燒室底部的高溫和壓力下，耐火材料會發(fā)生蠕變，尺寸高的燃燒室更容易出現(xiàn)這種問題。

2.1.4. 燃燒產(chǎn)物分布不均。燃燒產(chǎn)物沿著格子磚蓄熱室的分布不均勻，偏差達到15%。這將減小熱風爐的實際效率，會導致蓄熱室的耐火材料出現(xiàn)大范圍裂縫，并損壞蓄熱室的爐箅子。這種事故在內(nèi)燃式熱風爐中葉很常見。

2.1.5. 脈沖燃燒。脈沖燃燒與本身高度過高的燃燒室的高頻震動有關(guān)，消除這種影響的困難較大。這將導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)強烈振動，砌磚被毀壞，熱風爐不能正常運行。實際應用中，經(jīng)常在靠近熱風爐燃燒器的位置安裝大型抗共振器，單由于其尺寸較大，也會堵塞大量空間。

2.1.6. 溫度波動損傷。 在燃燒和送風階段，磚砌體遭受的溫度波動可能將達到600攝氏度。在送風和燃燒期間，如果出現(xiàn)溫度的突然波動，將導致耐火材料出現(xiàn)裂縫。在內(nèi)燃式熱風爐的陶瓷燃燒器的上部經(jīng)常能夠觀察到大的裂縫。

因為存在上述缺陷，內(nèi)燃式熱風爐不適應在高風溫 (最高 1250度) 工作條件下長期運行（不可能達到30 年無大修的要求）。內(nèi)燃式熱風爐長期穩(wěn)定的工作狀態(tài)是能夠保證1200 度風溫。"para" label-module="para">

2.2外燃式熱風爐

外燃式熱風爐最重要的改進是把燃燒室外置（圖2）。燃燒室自身具有外殼，改進后的熱風爐更加可靠。這種改進雖然消除了“短路”和“香蕉效應”兩個缺陷，卻使熱風爐的構(gòu)造更加復雜。這不但使得設(shè)備的成本提高了30%，而且需要占用更多空間。實際熱風溫度能達到1200-1250度。

2.3 無燃燒室--頂燃式熱風爐

如果去除熱風爐的燃燒室，使煤氣在熱風爐頂部的燃燒系統(tǒng)內(nèi)燃燒，則燃燒室的主要缺陷也將隨之消除。為此卡盧金公司研究、設(shè)計了幾代頂燃式熱風爐：

2.3.1 帶環(huán)形預燃室的大球頂熱風爐（圖3）帶環(huán)形預燃室的大球頂熱風爐是卡盧金設(shè)計的第一代無燃燒室--頂燃式熱風爐。在拱頂?shù)幕A(chǔ)部分有一個1米高的環(huán)形預燃室，預燃室下部有幾十個小型陶瓷燃燒器噴嘴。環(huán)形的煤氣和空氣收集器以及陶瓷燃燒器噴嘴都安置在爐殼內(nèi)。

第一座這種結(jié)構(gòu)的熱風爐（硅磚拱頂，圖）建成于1982年（用于1500 立方米高爐），于2009年停爐。研究表明，實際上所有的煤氣燃燒都是在預燃室的出口處完成的，沒有出現(xiàn)脈沖燃燒現(xiàn)象，燃燒產(chǎn)物沿著蓄熱室分布的不均勻度僅為5%；熱風爐在最高1350 度條件下成功地進行了運行試驗，在熱風溫度最高1220 度條件下運行可靠。該座頂燃式熱風爐的大修期為30年，已經(jīng)運行了27年狀況依然良好。在停爐后對熱風爐進行了詳細檢測，拱頂和大墻磚、格子磚都良好。

2.3.2 卡盧金頂燃式熱風爐(簡稱卡式熱風爐，即第二代卡盧金頂燃式熱風爐，圖5).卡式熱風爐是對第一代環(huán)形預燃室大球頂熱風爐的進一步發(fā)展和改進：

與第一代卡盧金熱風爐比較，新結(jié)構(gòu)將原有的燃燒器噴嘴設(shè)計為帶有噴射渦流式（煤氣和空氣的）供氣系統(tǒng)，布置在預燃室內(nèi)周，預燃室位于拱頂?shù)纳喜?，預燃室在爐殼中有獨立支撐的內(nèi)襯砌體。預燃室里的煤氣和空氣（噴射式渦流）充分混合后在弧形拱頂燃燒，在進入蓄熱室之前已充分燃燒完畢，燃燒產(chǎn)物沿著格子磚分布更加均勻。

因此，第二代卡式熱風爐與第一代環(huán)形預燃室大球頂熱風爐相比，預燃室結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、噴射渦流式供給的煤氣空氣混合更充分（燃燒更完全）、熱風爐尺寸更小、投資更低，便于用戶逐一更換改造。

研究和檢測的結(jié)果證明卡式熱風爐的主要優(yōu)點如下：1) 煤氣和空氣噴射渦流式混合系統(tǒng)可使煤氣充分燃燒。 經(jīng)過卡盧金公司與“EKO-Stahl” 公司（德國）協(xié)同進行的測量表明，在0.3~5.1%的范圍內(nèi)調(diào)整氧濃度，排出廢氣中的一氧化碳濃度是恒定的（0.0016%，20 毫克/立方米)，甚至比德國標準低五倍（圖7）。由此可見，卡盧金頂燃式熱風爐的結(jié)構(gòu)燃燒充分、更加環(huán)保。

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3) 燃燒產(chǎn)物均勻供給蓄熱室(95-97%)，提高了熱風爐利用系數(shù)。

4) 熱風爐阻抗小。燃燒前煤氣壓力僅為600 daPa時，就足以維持熱風爐滿負荷運行。

5) 可承受煤氣和空氣預熱到500-600 °C。

6) 在所有的運行模式中不會發(fā)生脈動燃燒。

7) 氣流噴射不會直接噴至格子磚面，格子磚不會出現(xiàn)局部過熱情況，溫度在拱頂、蓄熱室、內(nèi)層和外殼上對稱分布。降低了溫度劇變，改善了熱風爐的穩(wěn)定性。

8) 預燃室磚體不承受高溫。燒爐和送風周期之間磚體溫度變化與第一代卡式熱風爐接近（該頂燃式熱風爐運行27年，并保持良好狀況）。因此這是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、長壽的獨立預燃室。

9) 硅磚拱頂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可長期運行。因為硅磚拱頂可在燃燒溫度最高1550度條件下正常工作，因此卡式熱風爐拱頂溫度可以大大提高，熱風溫度最高可達1400度?？ㄊ綗犸L爐的使用壽命為30年。

10) 卡盧金頂燃式新型格子磚熱風爐。卡盧金公司首創(chuàng)并廣泛使用了加熱面積高達48.0㎡/ m的30mm孔徑 格子磚。正在推廣使用加熱面積高達 64.0m/m 的 20mm孔徑格子磚。因為加熱面積大，熱傳導率高，并且沒有燃燒室，所以格子磚蓄熱室的整體高度可以明顯降低。在保持熱功率條件下，與一般的熱風爐相比，此熱風爐尺寸更小，能夠明顯節(jié)省耐火材料。

3.1 卡盧金熱風爐運行穩(wěn)定可靠

3.1.1 圖8為卡盧金公司第一代熱風爐運行27年的照片。自1982年投產(chǎn)到2009年停爐，該熱風爐從未大修過。長期監(jiān)測、研究的結(jié)論表明：所有的煤氣燃燒都是在預燃室的出口處完成，沒有出現(xiàn)脈沖燃燒現(xiàn)象；熱風爐在最高1350 度條件下成功地進行了運行試驗，長期在熱風溫度最高1220 度條件下運行。運行了27年后，拱頂和大墻磚、格子磚都良好。

3.1.2 2002年在俄羅斯西西伯利亞鋼鐵廠為3000立方米高爐建設(shè)的1座卡盧金頂燃式熱風爐（第二代），同年在中國山東為750立方米高爐建設(shè)的頂燃式熱風爐。2002年在中國和俄羅斯幾乎同時投產(chǎn)的卡式熱風爐兩個卡式熱風爐項目良好運行至今近10年，自此開始，卡盧金頂燃式熱風爐在中國和俄羅斯、烏克蘭、印度、日本、哈薩克斯坦等地加速發(fā)展。

3.1.3 自2009年開始，為5000和5500立方米大高爐上配套的卡式熱風爐開始逐步投入運行，分別在日本福山、俄羅斯切列波韋茨、中國唐山建成投產(chǎn)了5000和5500立方米大高爐配套的卡盧金頂燃式熱風爐。世界上大高爐廣泛采用卡盧金頂燃式熱風爐，這說明卡式熱風爐的技術(shù)已經(jīng)被大型鋼鐵公司全面認可和接受，卡式熱風爐正在大高爐熱風爐上向高風溫發(fā)起挑戰(zhàn)。在5000~5500立方米高爐熱風爐上，已經(jīng)創(chuàng)紀錄地實現(xiàn)了1300度的運行平均風溫。

3.2 卡盧金熱風爐的余熱利用技術(shù)和高風溫

即使沒有富化燃料，僅僅使用高爐煤氣，通過對煤氣空氣雙預熱，卡盧金頂燃式熱風爐可以實現(xiàn)1300度風溫的高指標?？ūR金熱風爐還可以利用小預熱爐（CAP，與熱風爐結(jié)構(gòu)相似）對空氣進行預熱，助燃空氣預熱溫度可達500~600度，這保證了卡盧金熱風爐風溫可以到達1300度的水平。

3.3 卡盧金熱風爐的技術(shù)發(fā)展

3.3.1 卡盧金熱風爐是長壽命熱風爐，實踐證明，由于卡盧金熱風爐使用了硅質(zhì)耐火磚做拱頂材料、使用了抗熱振耐火材料做預燃室內(nèi)襯，保證了熱風爐壽命可以達到30年無大修。

3.3.2 卡盧金熱風爐使用了獨創(chuàng)的獨立支撐無梁式爐箅子系統(tǒng)，可以允許廢氣溫度500度，因此可以降低格子磚高度、降低投資。3,3,3 卡盧金獨創(chuàng)的20毫米孔徑格子磚，將格子磚加熱面積由30毫米孔徑格子磚的48平方米/每立方米增加到64平方米/每立方米。已經(jīng)在俄羅斯切列波韋茨的5580立方米高爐熱風爐、中國山東3200立方米高爐熱風爐上使用。20毫米孔徑格子磚頂燃式熱風爐正在成為現(xiàn)代熱風爐發(fā)展趨勢，卡盧金公司的技術(shù)訣竅可以保證：在熱風爐整個運行期間，30毫米孔徑格子磚和20毫米孔徑格子磚都不會被粉塵堵塞。

3.4 卡盧金熱風爐的發(fā)明專利

卡盧金頂燃式熱風爐2003年9月3日取得了中國專利局頒發(fā)的發(fā)明專利（專利號CN1439726A）。卡盧金博士不僅是卡式熱風爐的發(fā)明人，同時也是卡式熱風爐技術(shù)發(fā)展的推動者?？ūR金博士鄭重聲明：一些簽署了保密合同的機構(gòu)使用在項目執(zhí)行構(gòu)成中收到卡盧金公司發(fā)來的圖紙向用戶提供不完善的熱風爐設(shè)計，這既是違約行為，同時在質(zhì)量上不能給用戶以完整的保障，對用戶來說是存在極大風險的?？ūR金博士同時聲明：卡盧金頂燃式熱風爐在中國的唯一代理是北京天啟金橋冶金設(shè)備技術(shù)有限公司（總經(jīng)理王長春先生，地址是北京市廣安門外大街168號朗琴國際大廈B917）。

高風溫是現(xiàn)代高爐的重要技術(shù)特征。提高風溫是增加噴煤量、降低焦比、降低生產(chǎn)成本的主要技術(shù)措施。隨著引進卡盧金頂燃式熱風爐技術(shù)，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)高爐的熱風溫度逐年升高，特別是新建設(shè)的一批大高爐（大于2000立方米）熱風溫度均超過1200℃，達到國際先進水平。如曹妃甸京唐公司5500立方米高爐采用卡盧金頂燃式熱風爐，熱風溫度達到了1300℃的世界水平。

熱風爐基本結(jié)構(gòu)。熱風爐是為高爐加熱鼓風的設(shè)備，是現(xiàn)代高爐不可缺少的重要組成部分。現(xiàn)代大高爐最常用的是蓄熱式格子磚熱風爐，蓄熱式熱風爐按燃燒方式可以分為頂燃式，內(nèi)燃式，外燃式等幾種。其工作原理是先燃燒煤氣，用產(chǎn)生的煙氣加熱蓄熱室的格子磚，再將冷風通過熾熱的格子磚進行加熱，然后將熱風爐輪流交替地進行燃燒和送風，使高爐連續(xù)獲得高溫熱風。蓄熱式熱風爐有燒爐、送風兩種主要操作模式：將高爐煤氣燃燒對蓄熱室的格子磚進行加熱，即為“燒爐”操作模式，用蓄熱室格子磚對冷風進行加熱并送風到高爐，即為“送風”操作模式。

先進熱風爐的特征。高風溫、低投資、長壽命是現(xiàn)代熱風爐的基本特征。理論研究和生產(chǎn)實踐表明，頂燃式熱風爐是最先進的熱風爐結(jié)構(gòu)形式，采用頂燃式熱風爐結(jié)構(gòu)，可以提高熱風爐熱效率、降低設(shè)備投資、延長熱風爐壽命。

格子磚基本特點

1.具有多個與側(cè)表面互相平行的通透格孔，以及位于兩個平行表面上的定位凸起和定位凹槽。

2.體積穩(wěn)定性好，高溫荷重蠕變性能優(yōu)良，高密度低氣孔率?，F(xiàn)代高爐熱風爐通常采用格子磚蓄熱室結(jié)構(gòu)。

格子磚加熱面積

舊型高爐熱風爐使用的是孔徑為40毫米、加熱面積為32.7平方米每立方米的標準格子磚?？ūR金頂燃式熱風爐最初推廣的是孔徑30毫米、加熱面積為48平方米每立方米的格子磚?？ūR金頂燃式熱風爐正在全球推廣的格子磚，是卡盧金公司最早使用、并已經(jīng)取得專利的孔徑20毫米、加熱面積為64平方米/立方米的格子磚。

中國和俄羅斯高爐應用的測試證明，在卡盧金頂燃式熱風爐里，30毫米孔徑格子磚和20毫米孔徑格子磚，由于其通道內(nèi)沒有形成渣化的條件，因此在熱風爐整個使用期（30年無大修）內(nèi)，都不會被粉塵堵塞。

使用20毫米孔徑格子磚，增加了加熱面積，減少了格子磚用量，大幅度降低了熱風爐耐材用量，因此降低了熱風爐投資。