用纯高炉煤气燃烧获得高风温的方法 一、技术领域
本发明涉及一种用纯高炉煤气燃烧获得高风温的方法，换句话说，这种高风温是采用燃烧低热值高炉煤气在落地式炉体结构的球式热风炉中获得的，属于高炉炼铁技术领域。
二、背景技术
随着高炉炼铁技术(含喷煤技术)的发展，炼铁要求热风温度越来越高。高风温可以提高高炉的冶炼强度、降低入炉焦比，使吨铁能耗降低，还可以提高生铁产量。所以，高风温技术是国家鼓励和重点发展的炼铁技术之一。
目前，国内外为提高风温采取了各种措施，如采用大幅度增加热风炉蓄热面积的球式热风炉，利用热风炉烟道废气余热，用荒煤气预热净煤气，采取热风炉自身预热，掺烧相当比例的高热值焦炉煤气，这些工艺方法不同程度地取得了一定的成就。但是，对绝大多数的钢铁厂来说，焦炉煤气均十分宝贵，掺烧焦炉煤气方法并不现实；自身预热工艺管线、阀门多，对旧厂改造难度极大，新厂建设投资高，且操作复杂；仅利用烟道废气余热提高风温多在50～60℃范围，十分有限，远不能满足炼铁高风温的要求。中国专利公告的CN2273311Y题为《250m3以上高炉用球式热风炉》，它公开了如下的技术：由镁铝和高铝质耐火球自然堆积成球床代替格子砖蓄热室的球式热风炉，加热面积一般为考贝式热风炉格子砖的2～4倍，其传热系数一般为格子砖的10倍左右，在相同拱顶温度下的热风出口温度比考贝式热风炉高。但根据多年的运行实践和测试表明，该技术发明存在的不足问题有：(1)球床蓄热室耐火球材质、不同材质组成的球床段数不合理，清球周期短，运行费用高。二段式球床蓄热室，上段镁铝球球床长期与燃烧过程产生的高温烟气接触，由于烟气中有水份，MgO在高温下与水蒸汽H2O反应生成Mg(OH)2，并产生体积膨胀，与烟气接触地球床表面出现了多孔、开裂破损，报废率高达78％，球床的载热、蓄热体功能遭受破坏；硅质球的上段球床，由于密度小，一般只有1.9t/m3，故热容量小，造成风温不稳定，且硅质球耐急冷急热性能差。中下段与镁铝球接触的高铝球球床，由于高铝球含Fe2O3偏高，在高温条件下发生化学反应，易生成低熔点物质，球床则出现了高温粘结和结块现象，严重阻塞气体通道，送风期阻力损失高达20kPa，有的球床1～2年就被迫清灰卸球，重新装入新球才能实现正常的热交换规律，导致生产运行费用增高。(2)热工现象紊乱、热效率不高。球式热风炉采用高架式炉体结构，倒圆台形的下部炉体，烟气出口断面呈收缩状，烟气为加速前行，加上顶燃空间不足，特别是笼形炉篦子气体流通面积明显偏小，造成燃烧过程烟气流动阻力大，送风初期风温不降反升，燃烧初期拱顶温度不升反降，废气温度上升缓慢，燃烧期长达3.5小时以上，出现了明显的热工紊乱现象，这与球式热风炉短周期的工作制极不匹配，系统的热效率仅为72％。(3)未考虑烟气余热利用。球式热风炉一般废气温度在250～300℃左右，直接由烟囱排入大气，余热资源未能利用。(4)风温水平不高。多年使用的风温在1050℃左右，短时间达到过1100℃，距离1200℃以上的高风温尚有100～150℃的差距。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种用纯高炉煤气燃烧获得高风温的方法，其特点是采用落地式炉体结构的球式热风炉，多段式球床，适应温度场变化的耐火球材质，前置炉系统充分利用高炉热风炉烟气对助燃空气、煤气进行预热，提高拱顶温度，确保在全部燃烧低热值纯高炉气的条件下获得高风温。
本发明的目的由以下技术措施实现：
用纯高炉煤气燃烧获得高风温的方法：
采用落地式炉体结构的球式热风炉，热风炉烟气对热风炉用助燃空气、煤气通过热管换热器进行第一次预热，前置炉燃烧经第一次预热的部分低热值煤气，产生高温烟气温度达900～1000℃，与热风炉烟气混合只对助燃空气进行第二次预热，经过扰流子或插入件高温换器，将助燃空气温度预热到350～400℃，送至球式热风炉的燃烧口与经第一次预热到200℃的大部分净煤气混合后进入球式热风炉的燃烧室燃烧，产生1300～1350℃的高温烟气，烟气通过φ40～80mm耐火球组成的多段式球床蓄热室，向下流动，将热量传递给耐火球床，球床温度上升，烟气被冷却至250～300℃后继续向下流动，经过球冠形炉篦子、气流均布装置、进入烟气出口、汇入总烟道。经扰流子或插入件高温换热器换热后的300～320℃烟气与大部分热风炉250～300℃的烟气混合再进入第一次预热的热管换热器对助燃空气、煤气进行热交换，烟气温度降150～180℃，经排烟风机由烟囱排放。冷空气A由三通进入冷风入口，与球床逆流热交换后，调控热风H温度到1200～1250℃送入高炉。
落地式炉体结构的球式热风炉的上段为拱顶燃烧室、两侧设有燃烧口和热风口，中段采用多段式球床，球床上装设φ40～80mm的耐火球组成的蓄热室，球床用有支柱的球冠形炉篦子支承、耐火球由人孔和卸球孔装卸，下段设气流均布装置和气流出入口。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、采用落地式炉体结构的球式热风炉，多段式球床蓄热室，较好地适应球床温度场的变化，球床寿命长，清灰卸球周期可达6～8年，成倍降低生产运行费用。
2、球冠形炉篦子和下段气流均面装置，极大地改善球床的热交换条件，气体阻力降低，球床热交换面积利用率提高，确保热效率在80％以上。
3、前置炉系统烟气余热资源利用充分，最终排入烟囱的烟气温度为150～180℃。
4、全部使用低发热值小于3000KJ/m3n的纯高炉煤气燃烧使球式热风炉的送风温度达到1200℃以上。
四、附图说明
图1为用纯高炉煤气燃烧获得高风温的工艺流程图。
1 1200℃以上的热风H，2前置炉，3扰流子或插入件换热器，4空气K换热器，5煤气换热器，6热风炉烟气Y，7高炉净煤气M，8助燃风机，9排烟风机，10烟囱，11热风炉。
图2为落地式炉体结构的球式热炉结构示意图。
12～15为耐火球球床，16球冠形炉篦子，17气流均布装置，18燃烧室，19燃烧口，20 热风出口，21气流进出口，22卸球口，23人孔，24支柱，25清灰孔
五、具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据口述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例
用纯高炉煤气燃烧获得高风温的方法如图1所示。由助燃风机8鼓出的20～25℃空气K被热管换热器4第一次预热到180～200℃后，少部份被前置炉2作助燃空气外，大部份由扰流子换热器或插入件换热器3进行第二次预热到380～400℃，送到球式热风炉燃烧口19。同时温度达150～170℃、含尘量小于10mg/m3n、干法除去的净煤气7经过热管换热器5第一次预热到200℃后，少部份被前置炉2作燃烧热源外，大部份送到燃烧口19，与助燃空气在燃烧口19混合后，进入拱顶燃烧室18燃烧，产生1300～1350℃的高温烟气，烟气通过φ40～φ80mm耐火球组成的4段式球床蓄热室12～15向下流动，进行热交换，将热量传递给耐火球床，烟气被冷却，温度逐渐降低，球床12～15被加热升温、贮存大量的热量。温度降到250～300℃的烟气继续向下流动，通过球冠形炉篦子15和下部气流均布装置16，进入烟气出口21最终汇入总烟道6，少部份被引入前置炉2的出口，与前置炉2产生的900～1000℃的高温烟气混合后，进入扰流子换热器或插入件换热器3，将热量传递给助燃空气。换热器3出口的300～320℃低温烟气与烟道6的大部份烟气汇合进入热管换热器4、5，进行热交换，烟气温度降至150～180℃后经排烟风机9，由烟囱10排放。
高炉鼓风机鼓出的80～100℃冷风A由三通送入冷风入口21，经下部气流均布装置17，进入冷风均布室后，通过球冠形炉篦子16强制向上流动，与球床蓄热室15～12进行逆流热交换，球床耐火球被冷却，冷风被加热成热风，根据需要适量兑入部份温度为80～100℃的冷风，确保由热风出口20汇合到热风总管H送往高炉的热风温度达到1200～1250℃。为了保证整个送风过程的连续不间断地进行，No 1～4热风炉11实行2座燃烧，2座送风的操作，或交叉并联送风的操作制度。送风和燃烧时间周期分别为1小时左右，具体周期长短可据实际送风温度或高炉需求的风温进行调整。
如图2所示，落地式炉体结构的球式热风炉的上段为拱顶燃烧室18，两侧设有燃烧口19和热风口20，中段为多段式球床12～15，球床上装设φ40～80mm耐火球组成的蓄热室，球床用有支柱24的球冠形炉篦子15支承、耐火球由人孔23和卸球孔22装卸，下段设气流均布装置16和气流出入口21。
落地式炉体结构的球式热风炉用耐火材料制作，耐火球的材料应与热风炉用耐火材料相匹配。
本发明是这样实现的，一般使用时间可达6～8年。当球床12～15的阻力损失达15～20kPa时可进行换球作业。4座球式热风炉依次分别进行，每次只换1座，另3座工作，保证生产的正常进行。换球时，先打开拱顶燃烧室18和下部气流均布装置16设置的人孔23即装球孔进行自然通风冷却降温，当拱顶温度降到600～700℃时，则可打开卸球口22，耐火球从球冠形炉篦子15上靠重力作用自然滚动排出炉外，小部份不易滚出的结块耐火球，人工爆破后，进行清灰处理和分选，未破损的耐火球可重新装入炉内再次使用，不足部份需补充新球。装完球后，关闭所有的孔洞、阀门，进行正常燃烧、送风操作。依次准备下一座球式热风炉的装卸球作业。一座球式热风炉的装卸球作业所需时间为10～12天即可完成。