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典型工程及应用效果
3.1 首钢四制粉
首钢国际工程公司用不到一年的时间完成了首钢四制粉整个工程的设计和施工服务工作,并于2000年11月投产。新的制粉喷耐磨板系统与此前首钢的间接喷吹不同,采用了直接喷耐磨板工艺,即制粉和喷耐磨板同在一所厂房内。制粉系统以两台中速磨作为主要设备,每台生产能力为40t/h(实际出力),制粉总能力为80t/h。两套总管—分配器喷吹系统分别对2号高炉(1780m3)、3号高炉(2536m3)进行直接喷吹,喷吹工艺为双系列串联罐组、总管加分配器,分别为2号和3号高炉的喷吹耐磨板粉。2号高炉喷耐磨板总管总长452m,3号高炉喷耐磨板总管总长358m。喷耐磨板能力按每个高炉耐磨板比200kg/t设计,喷吹耐磨板种为烟耐磨板。
本项工程采用长距离直接喷吹的新工艺,其主要技术特点如下:
1) 采用直接喷耐磨板工艺,简化喷耐磨板流程,在喷吹烟耐磨板时更为。厂房布置紧凑,占地面积小,大大节约了投资。2号高炉喷耐磨板总管总长达到452m,当时是国内长的;
2) 大胆采用大倾角胶带机,在现有场地条件下,使利用旧储耐磨板场的耐磨板成为可能,即节省投资,又减少设备;
3) 采用新型封闭式干燥炉,在满足烟气温度条件下,使整个耐磨板粉输送管道全部处于封闭状态,减少了系统漏风率,降低了氧含量,在喷吹烟耐磨板时更为。而且合理地利用了锅炉废气,节约了能源;
4) 采用中速磨耐磨板机制粉,降低制粉运行费用,从而减少耐磨板粉生产成本;
5) 采用低压脉冲耐磨板粉收集器一级收粉工艺,简化工艺流程,提高了耐磨板粉收集效率,而且使排尘浓度大大降低,减少了环境污染;
6) 设计中考虑两个系统之间耐磨板粉的互相补充和分配,其结构简单实用,给生产创造许多方便;
7) 贮耐磨板罐与喷耐磨板罐之间设置压力平衡式波纹补偿器,提高连续喷耐磨板过程中的计量精度;
8) 采用自动可调耐磨板粉给料机和高精度耐磨板粉分配器,以流化喷吹为前提,实现时间过程的均匀喷吹,了脉动耐磨板流;
9) 提高自动化控制水平,实现喷耐磨板倒罐自动控制和调节。
该工程经生产实践验证,证实是成功的,采用直接喷耐磨板工艺也是非常合理的,为首钢进一步扩大喷耐磨板量,提高耐磨板比,创造了必要的先决条件。该工程当时经专家鉴定达到国际先进水平。另外,设计整体构思非常巧妙,布局合理,尤其是占地面积非常小,对旧厂改造来说值得借鉴,而且该工程总投资也是国内类似同等项目中少的。
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迁钢4000m3高炉制粉喷耐磨板
首钢国际工程公司设计的迁钢3号高炉,有效容积4000m3,设计耐磨板比正常190kg/tHM,设备能力可达250kg/tHM。在原有耐磨板场基础上进行改造,新建1座配耐磨板间,设置10个圆筒仓,可同时满足厂区内3座高炉24h连续正常喷吹原耐磨板需要;原耐磨板运输本次选用管式皮带机运耐磨板,相比传统皮带机原耐磨板运输,解决了长距离运输时皮带机通廊布置困难和转运站多的问题,同时管式皮带机还具有占地面积小,环保清洁,允许上行或下行皮带同时两个方向输送以及多点物料输入,并可以根据地形位置进行空间曲线布置等优点,而且减少建设费用和时间,此外在厂房东侧还备有一条大倾角皮带机可临时使用汽车进行上耐磨板;新建制粉喷吹厂房,采用直接喷吹工艺,即制粉喷耐磨板同建在一座厂房内,制粉选用弹簧加载的中速磨耐磨板机和一次布袋耐磨板粉收集器收粉,制粉能力可达75t/h;喷吹系统形式为并列喷吹罐布置、单管路加耐磨板粉分配器,其中引进一些先进的设计理念,如采用全自动喷吹控制、喷耐磨板支管耐磨板粉均匀分配等。另外,为保证喷吹气使用稳定设有单独喷耐磨板空压站,且在厂房内设有压缩空气和氮气缓冲储气罐。
该工程投产三年多来,运行良好,各生产指标达到或超过预期水平。
新型顶燃式热风炉技术原理和研究过程
2.1 新型顶燃式热风炉理论研究
热风炉是典型的蓄热室热交换器,其热交换过程具有周期性和非稳态的特点,因此对热风炉蓄热放热的研究应以非稳态热交换理论为基础,建立热风炉蓄热室非稳态热交换方程组,利用数值计算方法求解。
自主研发了热风炉燃烧和传热计算程序,可根据不同工况条件和操作制度,优化热风炉蓄热面积和结构尺寸,大大提高了设计效率和设计精准性。
2.2 新型顶燃式热风炉计算流体力学研究
用CFD技术(计算流体力学技术)进行模拟计算,针对特大型耐磨板新型顶燃式热风炉的结构形式,建立三维模型,优化燃烧器结构形式,合理设置助燃空气和煤气的烧嘴布置,使燃烧产生的高温烟气形成均匀有序的旋流流场,使蓄热室被均匀加热,提高其利用率,实现换热。
利用CFD技术优化设计新型顶燃式热风炉,从理论研究的层面确保热风炉及其燃烧器能够满足特大型耐磨板超高风温的工作要求,确保CO完全燃烧,炉内温度分布均匀,产生均匀有序的高温烟气旋流流场,均匀进入蓄热室,充分发挥蓄热室的储热放热功能。
2.3 新型顶燃式热风炉冷态实验研究
为研究掌握不同喷口形式对热风炉内部流场分部的影响规律,根据相似定律,搭建了新型顶燃式热风炉冷态实验模型,通过测定不同喷口处的气体流速,检验气体分配的均匀性;通过测量冷态模型内部的速度、压力、温度,对数值模拟的计算结果进行验证;通过调整空煤气的喷口形式和角度,结合实验和计算机模拟,找出适用于实际热风炉的规律;根据测定的压力损失,推算实际热风炉的压力损失。
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