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技高一筹改造球式热风炉
技高一筹改造球式热风炉
球式热风炉是顶燃式热风炉的一种，其特征是蓄热室蓄热体采用自然堆放的耐火球作为传热换热的载体。我国在上
世纪末大批量建设的这种热风炉具有下列特点：蓄热性能好，热交换面积大，热风炉炉体高度低，耐火球自然堆放
，建设周期短，投资费用小，操作方便，热风温度高，换球和维修方便等，在中小高炉中得到普遍应用。
球式热风炉有何缺点呢？刘世聚向记者详细介绍了他所了解的信息。
先说带套筒燃烧器的球式热风炉。这种热风炉混合燃烧状态较差，即使在多烧嘴情况下也不会有太大改善。通常煤
气与空气进入后不能很好地充分混合，燃烧过程基本上处于半预混半扩散燃烧状态，导致混合不均匀、燃烧不完全
、燃烧强度低、过量空气系数大、燃烧温度上不去、效率低等状况发生。此外，其燃烧后的高温烟气最后进入球式
蓄热体，在旋流情况下的速度分布极不均匀，又因其燃烧状态不佳从而使温度分布也不可能均匀，尤其是在单烧嘴
情况下更是如此。
再说带预燃室球式热风炉。采用的大都是煤气、空气分层预混燃烧模式，导致煤气、空气在预燃室中没有快速混合
，大量的CO随旋流进入其下部的燃烧室甚至进入耐火球床蓄热体内混合燃烧。由于进入蓄热体的气流不能够做到均
流与均温，甚至燃烧过程还在蓄热体中继续进行，出现蓄热体耐火球局部高温，产生球体局部黏连乃至板结，严重
影响蓄热体耐火球寿命，使耐火球的换球周期大大缩短。
刘世聚总结道：“顶燃式球式热风炉的结构不会产生良好的流动、燃烧与传热性能，导致其热效率和热风温度在周
期内都不高。如果再考虑拱顶结构的不稳定性和球床的流动阻力过大而带来的耗能费用的增加，以及球床频繁更换
耐火球等弊端，球式热风炉的投资省、传热效果好的优点就被抵消了。”
勇于探索找出合理化的技改方案
改造方案：
首先是重新设计与优化热风炉技术参数。即参照原热风炉的设计图纸和实际配置以及参数要求，根据豫兴型高风温
热风炉原理进行改造而重新计算设计热风炉的燃烧器、拱顶结构。其目的包括：一是检测原炉型是否满足原有高炉
的送风量与送风温度的要求；二是确定采用豫兴型热风炉后的燃烧室与燃烧器的结构尺寸；三是基于现有炉子的结
构尺寸利用计算程序来优化热风炉的技术参数，使其能够提供更高质量的热风。由于顶燃式球床热风炉炉身直段不
高，炉体内直径偏大，这为采用豫兴型高风温热风炉炉型和进行技术参数优化提供了回旋余地。豫兴人坚信，经过
计算程序的计算，一定可以寻找到用户满意的优化技术参数。
其次是对原热风炉提出技术改造的具体方案并进行评价。即参照原热风炉的技术参数进行结构设计，确定其燃烧器
和拱顶形状与大小，特别是燃烧室的尺寸、燃烧器的功率、蓄热体的高度与直径，以及热风管等结构尺寸，提出对
原有热风炉结构进行合理改造的具体方案。
由于对原热风炉的改造是以提高风温、提高效率、延长寿命、减小动能功率为目的，又必须以最节省的投资和最高
效益回报为前提。因此，豫兴公司的改造方案是保留热风炉的外壳、管网、热风出口、烟道出口等原有的设备不动
，仅改造热风炉内部的拱顶、炉箅子，将耐火球优化为格子砖，拆除拱顶之下到蓄热室的某个位置，为砌筑新型燃
烧器和燃烧室留出空间；只改动煤气管和助燃空气管路走向以及进口位置，操作平台以及控制系统基本不用调整。
多家用户的改造实践证明，原球式热风炉经豫兴公司改造后，具有良好的流动特征与燃烧性能，进入蓄热室的气流
速度与温度分布实现双均匀，传热效果好，蓄热体利用率高，且能有效避免格子砖蓄热体出现局部高温，使格子砖
蓄热体更换周期由原来的耐火球寿命的1年~2年延长至10年以上。如果使用除尘效果好的高炉煤气，其使用寿命将会
进一步延长。
勤于实践共享改造后的效益成果
2009年，经考察探讨，济源钢铁公司决定将其一座带预燃室的球式热风炉改造成同样结构的豫兴型高风温顶燃式热
风炉。针对该热风炉的弊端，豫兴公司用一种单位换热面积较大的小孔径格子砖取代了炉中原有的耐火球，使蓄热
体的使用寿命从2年～3年延长到10年以上。同时，豫兴公司还将其炉壳内原有拱顶和燃烧室拆除，并将炉壳上部截
断，重新安装新颖的带有预燃室结构的炉壳上段，然后砌筑安装了带环形交错布置且呈旋转角度的喷嘴的预燃室，
还建造了带有锥形结构的拱顶燃烧室，使原热风炉整体结构彻底改变。由于预燃室中的燃烧器变成了交错混合的旋
流预热着火的燃烧模式，其空气、煤气混合燃烧的完全程度和燃烧强度均大为提高。由于位于预燃室下部的燃烧室
流场结构合理改变，使得进入格子砖蓄热体的烟气实现温度均匀、流场稳定可控，并彻底克服燃烧室局部高温及格
子砖蓄热体的燃烧状态。
该热风炉技术改造完成后，经烘炉于2010年2月上旬投入实际运行，至今已有3年多。其整体运行状态良好，拱顶温
度达到1340℃左右，平均热风温度在联合送风时（2小时）在1190℃上下，单独送风时（1小时）为1240℃左右，烟
气温度在300℃上下。与济源钢铁其他几台未改造的套筒式热风炉比较，相同状态下该热风炉单独送风温度提高约50
℃，且排烟温度比较低，在300℃上下；炉壳表面温度在60℃以下，仅热风出口周围有80℃～100℃的表面温度；烟
气随机抽查结果显示，O2含量为1%以下（还有调节的余地），CO为零（小于1ppm），对照的2号热风炉O2含量为1.4%
左右，CO为45ppm；经核算热风炉热效率达到78.7%。整体实现了低过量空气系数下的完全充分燃烧，实现了高热风
温度、低排烟温度的高传热效率的运行状态，达到了节能增效、低污染、低排放的要求。
