高炉热风炉煤气预热器技术改造及应用

齐立东①

( 北京首钢股份有限公司河北迁安064404)

摘要北京首钢股份有限公司4000m3高炉热风炉通过技术改造采用一种先进的高效节能型预热器－板式煤气预热器取代原管式预热器，效果显著。技术改造的结果表明，原煤气预热器失效的主要原因是热管损坏失效超过总数的一半以上，煤气预热温度只能达到40℃，严重影响到了烟气余热的回收，造成热风炉系统热效率降低、燃料消耗增加，设备维护成本大幅升高。技术改造后，热风炉系统整体热效率大幅提高，高炉煤气消耗有效降低、便于设备维护，节约生产成本。

关键词热风炉 煤气预热器 改进 节能

1 概述

北京首钢股份有限公司( 以下简称首钢股份公司) 三高炉炉容4000m3，热风炉系统配置4 座内燃式热风炉，运行方式为交叉并联2 烧2 送，煤气采用低温预热，助燃空气采用预热炉高温预热，目前送风平均风温1170℃。热风炉产生的烟气一部分用于预热高炉煤气，一部分通过烟气旁通管进入烟囱放散，预热炉产生的烟气直接进入烟囱放散。烟气温度250～330℃，平均温度290℃。

高炉热风炉煤气预热原设计采用低温热管预热器，2010 年投入使用两年左右出现预热效果下降的问题，2014 年8 月三高炉煤气换热器卡盲板开始检漏，三炉煤气预热器共安装管束34 排，19排管束内泄不能继续使用，其余外泄管束处理完成可恢复15 排继续使用，检修费用30 万元。2015 年1 月16 日煤气预热器投入使用煤气预热温度110℃，三周后煤气预热效果逐步下降，进入5 月份煤气预热温度降低至40℃。因此决定将原高炉煤气热管预热器改进为新型板式预热器。

2 新型板式预热器领域技术现状

新型板式预热器克服了热管换热器的一些缺点，传热效率高、耐腐蚀、寿命长、积灰现象不明显，热风炉系统的热效率可以长期维持在高水平运行，从而减少了高炉煤气消耗、节约了运行成本，近年来在国内多座高炉的热风炉系统上得到应用，取得了良好的效果，是一种较为先进的高效节能型预热器。

2． 1 新型板式预热器结构特点

1) 换热板片加工成椭圆形流水线曲面波纹，区别于现有正弦波纹。使其流道更平缓，具有更小的流体阻力。

2) 采用高低温不等流道设计技术，使高温通道与低温通道保持稳定的流速，获得相同的流动特性保证阻力与传热的良好结合。

3) 换热箱体内设计有波纹补偿技术，消除换热单元的热膨胀对板束的应力破坏。

4) 采用煤气管箱内承压流道设计技术，使设备密封性能与保温得到更好的保护。

5) 采用介质管箱的导流设计技术，使介质的阻力进一步降低。

2． 2 新型板式预热器优点

新型板式预热器采用高效、防堵、耐腐蚀、寿命长、技术成熟的板式预热器预热煤气和助燃空气。该技术已在国内高炉热风炉系统广泛采用，取得了良好的使用表现。由于采用引进的耐煤气腐蚀材料，从根本上解决了现有设备存在的寿命短、不安全的问题。

3 热管预热器与板式预热器的对比

3． 1 热管预热器

热管预热器是目前在冶金行业常用的预热器，但热管式预热器存在热媒损失、不凝气等缺点，热管会因真空度下降而失效。如果使用温度过高时( 水临界温度374℃ 时，临界压力225 公斤) ，热管内蒸气压特别大，就必须采用价格较昂贵的工质或者采用耐高温高压材料做热管，导致设备造价过高。若使用水－碳钢热管则容易出现爆管，温度过低( 140℃) 又产生结露腐蚀。以上因素严重制约了设备的使用寿命和使用温度。由于热管失效很难判定原因和检测缺陷位置，一般情况下需要对所有的热管进行重新抽真空或更换，维修成本高，检修周期长，间接地造成更大的经济损失。另外带翅片的热管预热器还有其他的一些弱点，如热管的排数不能过大，翅片积灰且不易清除等缺点。以上所有缺点不但降低了换热效果，增加了生产成本，甚至影响正常生产，造成安全隐患。热管式预热器的寿命一般为2～5年，其中能满足设计要求的时间为1 ～ 3 年。

3． 2 新型板式预热器

新型板式预热器是近年来开发的一种较为先进的高效节能型预热器，具有传热效率高、结构紧凑、耐腐蚀、寿命长，不易积灰、易清洗、维护量小等优点，近年来在国内多座高炉的热风炉系统上得到应用，取得了良好的效果，板式预热器主要有以下特点:

1) 预热器核心部件根据介质特性选用优质不锈钢材质，经液压机压制并作渗漏探伤、板管自动生产线焊接、焊缝的探伤及逐个试压、端部组装焊接、板束的探伤及试压、设备的总成及试压等工序。设备箱体采用碳钢及结构件; 单元与单元之间的连接、固定、支撑、导向等用材与所在位置的板片材质保持一致。

2) 烟气、煤气在板束内交错预热，结构简单、流道清晰，充分考虑煤气特点，无煤气死区。采用模块化组装，便于设备制造、运输、安装、维修。

3) 考虑到烟气、煤气含尘问题，采用合理的流速避免磨损和沉积。煤气自上而下流动，加强煤气侧灰分的自吹扫作用，使煤气、烟气侧粉尘不易在板管内沉积，且不易积垢。

4) 为解决两侧介质热膨胀而引起的温差应力，以及板束与箱体的热膨胀不均引起的温差应力，在壳体内部设置膨胀节，保证设备长周期安全运行，避免热应力对设备的破坏。

综上所述，新型热管式预热器在传热效率、耐腐蚀、维护成本上与传统热管式预热器相比具有巨大优势，是目前使用效果较好的煤气预热器。

4 预热器的改造及应用

针对首钢股份公司热风炉相关参数和高炉操作的特殊情况，结合在原有的低温热管预热器使用过程中出现的问题，确保预热器工作安全可靠，本次改造工程进展顺利并进行了有针对性的特殊改进。

4． 1 预热器改造主要参数

预热器改造主要参数见表1。

4． 2 预热器防腐蚀性能

本次改进，充分考虑了高炉煤气采用干法除尘，煤气中S －、Cl － 腐蚀特性，对预热器箱体( 外壳) 及预热片采取可靠的防腐和必要的保温措施，尤其是箱体下部、箱体底板及煤气预热器前部( 靠近煤气入口区域) ，采取涂装树脂的办法，提高箱体的抗腐蚀能力; 箱体底部设计排水坡度，并在箱体底部设置有排水口，排水孔公称直径为DN50，即使箱体内部有积水，也能及时排出，以降低积水对箱体的腐蚀; 在煤气换热器排水管后设置煤气水封，方便箱体内冷凝水及时排出。

4． 3 预热器维检方便、可靠

箱体上留有氮气吹扫接口，并在管道高处设置放散装置，方便检修时对箱体进行吹扫。为方便检修维护，在预热器下部及各介质的进口、出口均设置有检修人孔。

4． 4 预热器保温及安全性能

预热器箱体采用硅酸盐保温材料隔热，箱体外壳温度≤50℃，减少热损失; 在换热器烟气进、出口处各设置一台CO 在线监测仪，实时监控热风炉烟气中的CO 量变化，从而可以判断换热器是否存在泄露问题，确保换热器的使用安全; 为了能安全、方便地检修，在煤气进出口管道上各增加一个插板阀及手孔，在烟气进出口管道上各增加一套盲板及法兰。

5 改进前后经济效益对比

预热器改造前后的能源回收及经济效益分析对比情况见表2。

通过上表可以看出，板式预热器回收的能量与现有换热器相比，每年可以节约高炉煤气费约640 万元，则项目正常年增量效益为640 万元。

6 结论

1) 采用一种先进的高效节能型预热器－ 板式煤气预热器取代原管式预热器，节能效果明显。

2) 技术改造前，原煤气预热器失效的主要原因是热管损坏失效超过总数的一半以上，煤气预热温度只能达到40℃，严重影响到了烟气余热的回收，造成热风炉系统热效率降低、燃料消耗增加，设备维护成本大幅升高。

3) 技术改造后，煤气出口温度由40℃ 升至185℃; 年回收能源增量约12850 吨标准煤，降低吨铁工序能耗约4． 6kgce /t。热风炉系统整体热效率大幅提高，高炉煤气消耗有效降低、便于设备维护，节约生产成本。

参考文献

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［2］周建新，宋秉棠等． 板式空气预热器的推广应用［J］．石油化工设备， 2007( 1) ．

［3］项钟庸． 高炉炼铁工艺设计规范的理论与实践［J］． 冶金工业， 2007．