莱钢750m3高炉热风炉系统测试

摘　要：采用系统测试方法对包含多个相关动态参数的高炉热风炉及其余热回收系统进行测试，并对测试结果进行分析，认为系统测试为摸清设备真实运行状况、找出问题所在及设计和改造系统装备提供了依据。
关键词：高炉；热风炉; 余热回收系统; 系统测试
中图分类号：TF544　　 文献标识码：B　　 文章编号：1004-4620(2002)03-0042-03

System Testing of the Hot-blast Stoves of 750m³ BF at Laigang

ZHOU Liang-wen, LIANG Kai-li, WU Zhan-yong,CHEN Li-jun

(Laiwu Iron and Steel Group Co., Ltd.,Laiwu 271104，China)

Abstract：The hot-blast stoves and its waste heat recovery system containing many corelated dynamic parameters is tested and analyzed with the systemical testing method. The system testing provides the reference for knowing the equipment movement condition, finding the wrong place,designing and reforming system equipment.
Key words：BF;hot-blast stoves;waste heat recovery system;system testing

    节能降耗是降低企业产品成本、提高经济效益的主要途径之一。因此，作为节能技术依据的节能监测就显得尤为重要。通过对莱芜钢铁集团有限公司（简称莱钢）750m³高炉热风炉及烟气余热回收系统进行系统测试，了解到目前实际运行状况，在监测基础上引进先进的余热回收节能新技术，达到了节能增效的目的。

1 热风炉及余热回收系统简介

　　莱钢750m³高炉采用3座改进型内燃式热风炉送风，送风工艺采用两烧一送制，助燃风机集中送风，并配置了烟气余热回收的煤气、空气双预热装置（见图1）。

图1 莱钢某高炉热风炉余热回收系统示意图

　　测试这样一个包含多个相关动态参数的系统，采用了系统测试方法，对测试进行了系统的设计使得所测参数数据能客观地反映该系统运行的实际状况。

2 测试

2.1 测试目的
　通过对莱钢炼铁厂750m³高炉热风炉的排烟组分进行分析测试，以了解目前热风炉的燃烧状况，对现用的燃烧器燃烧状况进行评估；对热风管网外壁温度进行测试，以了解目前热风管网的保温情况；对3台蓄热式热风炉的燃烧用煤气量、空气量、烟气量、排烟温度进行连续测试，对现有的热风炉排烟余热回收系统——空气预热器和煤气预热器进行热工测试。通过系统测试了解现有设备的运行状况、节能潜力以及存在的问题，为余热回收设备的设计和节能效果的评估提供依据。
2.2 测试内容
　　热风炉及余热回收系统测试点多达二十多处,包括：热风温度,热风流量,1^#、2^#、3^#热风炉的助燃用空气量,1^#、2^#、3^#热风炉消耗的高炉煤气量,1^#、2^#、3^#热风炉各自的排烟温度,烟气总管烟气量,烟气总管排烟温度,预热器进、出口的煤气、空气和烟气温度,热风输送系统表面温度等。
2.3 测试用仪器仪表
　考虑实际的测量要求，选择以下仪器设备：
    (1)温度测量：采用热电偶测量预热器出口空气、煤气和烟气温度。采用美国OMEGA公司的K型铠装热电偶测量煤气，线径为3mm，长1500mm，测温范围为-200～1370℃，测温精度0.1℃。其余测温点采用现场的K型热电偶。采用日本横河电机株式会社YOKOGAWA 245515型数字式温度计，配合K型热电偶进行测试。
    (2)数据采集单元：采用DA100独立型数据采集单元（日本横河电机株式会社）和COMPAQ ARMADA M700型笔记本电脑采集记录和显示测试数据。该数据采集系统有40个输入通道，采集数据间隔1.0s，温度分辨率0.1℃。本次实验仅使用前13个通道:
　第1通道：空气出预热器温度
　第2通道：烟气出空气预热器温度
　第3通道：煤气出煤气预热器温度
　第4通道：烟气出煤气预热器温度
　第5通道：1^#炉排烟温度
　第6通道：1^#炉煤气量
　第7通道：1^#炉空气量
　第8通道：2^#炉排烟温度
　第9通道：2^#炉空气量
　第10通道：2^#炉煤气量
　第11通道：3^#炉排烟温度
　第12通道：3^#炉煤气量
　第13通道：3^#炉空气量
　同时这些数据也在工厂控制室现有的数据显示记录仪上显示和记录。
    (3)烟气成分及效率分析：采用美国EES公司的M2000E型燃烧效率分析仪，可测量环境温度、烟气温度及烟气中的CO、O₂、NO、NO₂、SO_2、CO₂、NOX、可燃气体等成分，可直接计算并显示出CO₂、NOX、空气过剩系数以及燃烧效率。
    (4)热线风速仪:采用日本加野麦克斯的KANOMAX 6161型高温用热线风速仪，探头型号为0685，可同时测定常压、常湿的清洁气体的速度和温度，测定的速度范围为 0～25.0m/s，温度范围为 0～500℃。
    (5)热风炉及送风系统表面温度测量：红外线辐射式温度计。

3 测试结果及分析

　　测试采用日本横河电机株式会社DA100独立型数据采集板和COMPAQ ARMADA M700型笔记本电脑连续采集、记录和显示测试数据，取样周期为1.0s，同时用控制室仪表进行显示和记录，通过对比认为两者数据基本相符。将采集的数据按每分钟取一组的方式进行处理。
3.1 测试结果
    (1)热风炉排烟温度随时间变化呈脉冲波形，与3台热风炉的操作制度相对应。每台炉的交替周期约3h，其排烟温度最高为364℃，最低温度为160℃。将3台炉的烟气按时间顺序混合，混合后的烟气按气量与温度加权平均，得排烟处平均烟气温度为288.1℃，最高温度为364.1℃（对应于3^#炉烧到最高温度，2^#炉送风，1^#炉切换），最低温度为168.1℃。
    (2)烟气温度分布近似于正态分布，其数学期望值约等于其平均值为288.1℃，烟气温度低于240℃和高于330℃的频率很低，可认为正常操作时，烟气温度介于240℃和330℃之间。但作预热器设计时应对最高温度和最低温度给予足够的重视。
    (3)煤气预热器烟箱侧烟气出口温度、空气预热器烟气出口温度、空预器空气出口温度和煤预器煤气出口温度的最大值、最小值及平均值见表1。

表1 测试计算结果

3.2 测试结果分析
　　在空气和煤气进口温度分别为30℃和40℃、烟气进口平均温度288℃时，空气预热至95.7℃，煤气预热至54.8℃,换热量共计1310kW,其中空气预热器换热1010kW,煤气预热器换热300kW。从煤气和空气预热状况可见，煤气温升仅15℃,表明煤气预热器几乎完全失效,而空气温升66℃,与原设计空气出口170℃、温升140℃的设计指标相差较大；从预热器烟气出口温度分析,煤气预热器烟气温度260℃，温降28℃,烟气放出的热量与煤气吸收的热量基本相当,而空气预热器烟气出口预期值应为230℃左右,与实测平均值121℃相差较大，其输入热量远大于输出热量。分析可能原因如下：换热器内部泄漏,许多冷空气漏入烟气中使烟气温度降低,同时造成换热管腐蚀；或烟气侧结露积灰,烟气流动阻力上升,使流过烟箱的烟气量下降,低于设计值。实际情况也可能是上述两种因素的综合影响。
　空气预热器出口烟气温度热量平衡计算值与实测值对比，热平衡计算温度与实测相差约110℃，达总温降167℃的66%。
　煤气量平均、最大和最小分别为53.57、76.66和17.83km³/h；空气量平均、最大和最小分别为42.81、63.26和20.95km³/h。
　按实测的煤气量和空气量及莱钢年平均煤气组成（见表2）, 通过燃烧计算所得到的烟气量平均值、最大值和最小值分别为90.16、118.96和48.35km³/h。同时得到煤气热值3369kJ/Nm³，空气过剩系数1.19，空气与煤气比为0.80。
　表3为现场测试2号热风炉的烟气组成与计算的烟气组成。

表2 莱钢年平均煤气组成%

表3 实测与计算烟气组成%

    实测烟气的氧含量和二氧化碳含量与计算值基本相符。
　　进入高炉的热风流量和烟气温度变化幅度较小，其平均值分别为1823km³/h和944.5℃。
　如果按热量计算，热风炉提供热量为42242kW，高炉收到热量35054kW，约17%的高温热量(～7　188kW)被损失。
　经测算，热风炉正平衡热效率84.1%，供热风热效率69.8%。

4 结论

    通过系统测试发现某些参数与理论存在差别，可以通过分析找出问题所在；通过对热风输送管道表面温度的测试与计算，得出热风管道热损失较大，因此加强热风管道的保温，将是节能的有效措施之一。对目前热风炉余热回收系统进行测试，摸清了真实的运行状况，真实反映了预热器换热效果；通过连续测试热风炉消耗的煤气量、空气量以及排烟温度，计算出总的煤气量、空气量、排放的烟气量、排烟组成以及排烟温度范围，为节能改造和余热回收 装置的科学设计提供了依据。

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