第5章 送風(fēng)系統(tǒng) 2

5高爐送風(fēng)系統(tǒng)5.1高爐鼓風(fēng)機(jī)

5.1.1高爐冶煉對鼓風(fēng)機(jī)的要求:5.1.2高爐鼓風(fēng)機(jī)工作原理及特性常用的兩種高爐鼓風(fēng)機(jī)有：離心式和軸流式離心式鼓風(fēng)機(jī)1.工作原理：是靠裝有許多葉片的工作葉輪旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，使空氣達(dá)到一定的風(fēng)量和風(fēng)壓。高爐用的離心式鼓風(fēng)機(jī)一般都是多級的，級數(shù)越多，風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)壓也越高。

四級離心式鼓風(fēng)機(jī)1－機(jī)殼；2－進(jìn)氣口；3－工作葉輪；4－擴(kuò)散器；5－固定導(dǎo)向葉片；6－排氣口2

結(jié)構(gòu)示意圖：

3.特性曲線：

K－4250－41－1型離心式鼓風(fēng)機(jī)特性曲線

鼓風(fēng)機(jī)特性曲線：在一定吸氣條件下，鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、效率及轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線。特性如下：離心式鼓風(fēng)機(jī)特性如下：1）在某一轉(zhuǎn)速下，管網(wǎng)阻力增加（或減?。┏隹陲L(fēng)壓上升（或下降），風(fēng)量將下降（或上升）。2）風(fēng)量和風(fēng)壓隨轉(zhuǎn)數(shù)而變化，轉(zhuǎn)速可做為調(diào)節(jié)手段；3）風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速愈高，風(fēng)壓——風(fēng)量曲線曲率愈大。4）風(fēng)壓過高時，風(fēng)量迅速減少，如果再提高壓力，則產(chǎn)生倒風(fēng)現(xiàn)象，此時的風(fēng)機(jī)壓力稱為臨界壓力。5）風(fēng)機(jī)的特性曲線是在某一特定吸氣條件下測定的，同一轉(zhuǎn)速夏季出口風(fēng)壓比冬季低20～25％，風(fēng)量也低30％左右。

依靠在轉(zhuǎn)子上裝有扭轉(zhuǎn)一定角度的工作葉片隨轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)，由于工作葉片對氣體作功，使獲得能量的氣體沿軸向流動，達(dá)到一定的風(fēng)量和風(fēng)壓。

1.工作原理：二.軸流式鼓風(fēng)機(jī)軸流式鼓風(fēng)機(jī)1－機(jī)殼；2－轉(zhuǎn)子；3－工作葉片；4－導(dǎo)流葉片；5－吸氣口；6－排氣口

2.結(jié)構(gòu)示意圖3.特性曲線：4.軸流式鼓風(fēng)機(jī)特性①氣體在風(fēng)機(jī)中沿軸向流動，風(fēng)機(jī)效率高（90%）；②結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量小，運(yùn)行穩(wěn)定，功率大，更能適應(yīng)大型高爐冶煉要求；③有較寬的工作范圍（轉(zhuǎn)速可調(diào)或靜葉可調(diào)）；④特性曲線斜度很大，近似等流量工作；⑤飛動曲線斜度小，容易產(chǎn)生飛動現(xiàn)象；

5.1.3高爐鼓風(fēng)機(jī)的選擇

1.高爐鼓風(fēng)量的確定：(1)高爐入爐風(fēng)量式中：V0

——標(biāo)態(tài)入爐風(fēng)量，m3/min；

Vu——高爐有效容積，m3；

I——高爐冶煉強(qiáng)度，t/(m3·d)，取最高值；

qj——每噸干焦消耗標(biāo)態(tài)風(fēng)量，m3/t。

灰分為10%~16%一般在2750～2604m3/t之間。（2）考慮漏風(fēng)率：大高爐0.1，中小高爐0.15

（3）熱風(fēng)爐換爐充風(fēng)量按理論準(zhǔn)確計算充風(fēng)量比較復(fù)雜，生產(chǎn)中一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算，或按經(jīng)驗(yàn)取值確定。其經(jīng)驗(yàn)公式如下：

式中C—充風(fēng)量占高爐入爐風(fēng)量的百分?jǐn)?shù)，%，大型高爐C值一般取0.1左右。（4）鼓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量計算用下式：2.鼓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓的確定式中：

P

B——鼓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓，Pa；Pt——高爐爐頂壓力，Pa；△PLS——高爐料柱阻力損失，Pa；△PFS——高爐送風(fēng)系統(tǒng)阻力損失，Pa。3.鼓風(fēng)機(jī)的選擇

高爐操作條件所確定的鼓風(fēng)機(jī)工況區(qū)，必須位于鼓風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行范圍以內(nèi)。同時，各工況點(diǎn)，尤其是年平均點(diǎn)應(yīng)處于鼓風(fēng)機(jī)的高效運(yùn)行區(qū)域。

選擇鼓風(fēng)機(jī)時，應(yīng)由制造廠提供鼓風(fēng)機(jī)的夏季、冬季和年平均性能曲線。（1）大氣狀況對高爐鼓風(fēng)機(jī)工作的影響由于各地的大氣溫度、濕度和壓力的變化，風(fēng)機(jī)的吸氣條件發(fā)生了變化，必須用氣象修正系數(shù)對風(fēng)量和風(fēng)壓分別加以修正。（2）鼓風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)風(fēng)量和風(fēng)壓計算

高爐鼓風(fēng)機(jī)必須根據(jù)鼓風(fēng)機(jī)的特性曲線來選擇，不能直接用銘牌風(fēng)量、風(fēng)壓來選擇，因此對標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)量和風(fēng)壓必須進(jìn)行修正換算。按下式將要求的鼓風(fēng)機(jī)的出口風(fēng)量換算為鼓風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的容積風(fēng)量：q——鼓風(fēng)機(jī)特性曲線上工況點(diǎn)的容積風(fēng)量，m3/min；qc——要求鼓風(fēng)機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的容積風(fēng)量，m3/min；K——風(fēng)量修正系數(shù)。將鼓風(fēng)機(jī)特性曲線上工況點(diǎn)的風(fēng)壓(絕對大氣壓力)換算為某地區(qū)鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際出口風(fēng)壓(絕對大氣壓力)：PC——某地區(qū)要求鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際達(dá)到的出口風(fēng)壓，MPa；P——鼓風(fēng)機(jī)特性曲線上工況點(diǎn)的風(fēng)壓，絕對大氣壓力，MPa；K/——風(fēng)壓修正系數(shù)。(3).選擇風(fēng)機(jī)要考慮以下兩點(diǎn)：

①應(yīng)滿足夏季最高冶煉強(qiáng)度的要求；冬季，風(fēng)機(jī)應(yīng)能在經(jīng)濟(jì)區(qū)域工作；②對于高壓操作的高爐，應(yīng)考慮常壓冶煉的可行性和合理性，風(fēng)機(jī)應(yīng)在ABCD區(qū)域工作，如圖：

高壓高爐鼓風(fēng)機(jī)工況區(qū)示意圖為了確保高爐安全生產(chǎn)，應(yīng)設(shè)置備用鼓風(fēng)機(jī)，其臺數(shù)與爐容大小和高爐座數(shù)有關(guān)。5.1.4風(fēng)機(jī)的并聯(lián)與串聯(lián)

一.風(fēng)機(jī)并聯(lián)：風(fēng)機(jī)并聯(lián)可以提高風(fēng)量。風(fēng)機(jī)串聯(lián)風(fēng)機(jī)的串聯(lián)可以提高風(fēng)壓。

5.1.5富氧、脫濕鼓風(fēng)一、富氧鼓風(fēng)二、脫濕鼓風(fēng)作業(yè)：1高爐冶煉對鼓風(fēng)機(jī)有何要求？風(fēng)機(jī)出口風(fēng)量如何計算？2高爐使用鼓風(fēng)機(jī)有哪幾種類型？什么叫風(fēng)機(jī)特性曲線？3如何選擇高爐鼓風(fēng)機(jī)？4畫出離心式鼓風(fēng)機(jī)特性曲線并說明離心式風(fēng)機(jī)的工作特性？5畫出軸流式鼓風(fēng)機(jī)特性曲線并說明軸流式風(fēng)機(jī)的工作特性？5.2熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)及分類現(xiàn)代高爐普遍采用蓄熱式熱風(fēng)爐。蓄熱式熱風(fēng)爐基本工作原理：煤氣在燃燒室燃燒，高溫?zé)煔馔ㄟ^蓄熱室加熱格子磚，然后再使鼓風(fēng)通過熾熱的格子磚加熱并送入高爐。每座高爐配置三或四座熱風(fēng)爐，輪流交替地燃燒和送風(fēng)，高爐連續(xù)不斷地得到高溫助燃空氣。熱風(fēng)爐的大小及各部尺寸，決定于高爐所需風(fēng)溫及風(fēng)量。熱風(fēng)爐的加熱能力：用每m3高爐有效容積所具有的加熱面積表示，一般為80～110m2/m3。自1857年蓄熱式熱風(fēng)爐問世以來，已有130余年的歷史，它在生產(chǎn)實(shí)踐過程中不斷得到改進(jìn)和完善。目前蓄熱式熱風(fēng)爐有三種基本結(jié)構(gòu)形式：內(nèi)燃式熱風(fēng)爐——傳統(tǒng)型和改進(jìn)型外燃式熱風(fēng)爐頂燃式熱風(fēng)爐

從加熱煙氣及鼓風(fēng)氣流在格子磚室內(nèi)的分布狀況來看，外燃式最好，頂燃式次之，內(nèi)燃式最差，但按它們所需的投資來排序卻正好相反。因此，對于較小的高爐，熱風(fēng)爐直徑較小，多采用內(nèi)燃式和頂燃式;大高爐由于熱風(fēng)爐直徑大，為使氣流均勻分布，多采用外燃式熱風(fēng)爐。5.2.1.1傳統(tǒng)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐

一.基本結(jié)構(gòu)：由爐襯、燃燒室、蓄熱室、爐殼、爐篦子、支柱、管道及閥門等組成。燃燒室和蓄熱室砌在同一爐殼內(nèi)，之間用隔墻隔開。5.2.1熱風(fēng)爐的分類及工作原理結(jié)構(gòu)圖：熱風(fēng)爐主要尺寸是外徑和全高，一般新建熱風(fēng)爐的高徑比（H/D）在5.0左右。高徑比過低時會造成氣流分布不均，格子磚不能很好利用;高徑比過高熱風(fēng)爐不穩(wěn)定，并可能導(dǎo)致下部格開磚不起蓄熱作用。不同爐容熱風(fēng)爐的高徑比見下表二、工作原理燃燒室和蓄熱室砌在同一爐殼內(nèi)，之間用隔墻隔開。煤氣和空氣由管道經(jīng)閥門送入燃燒器并在燃燒室內(nèi)燃燒，燃燒的熱煙氣向上運(yùn)動經(jīng)過拱頂時改變方向，再向下穿過蓄熱室，然后進(jìn)入大煙道經(jīng)煙囪排入大氣。在熱煙氣穿過蓄熱室時，將蓄熱室內(nèi)的格子磚加熱。格子磚被加熱并蓄存一定熱量后，熱風(fēng)爐停止燃燒，轉(zhuǎn)入送風(fēng)。送風(fēng)時冷風(fēng)從下部冷風(fēng)管道經(jīng)冷風(fēng)閥進(jìn)入蓄熱室，空氣通過格子磚時被加熱，經(jīng)拱頂進(jìn)入燃燒室，再經(jīng)熱風(fēng)出口、熱風(fēng)閥、熱風(fēng)總管送至高爐。三、傳統(tǒng)型熱風(fēng)爐具有如下特點(diǎn):（1）燃燒室和蓄熱室之間的隔墻溫差太大，易引起燃燒室產(chǎn)生裂縫、掉磚、短路燒穿。（2）拱頂為圓球形，當(dāng)高溫?zé)煔庥晒绊斶M(jìn)入蓄熱室時，氣流分布很不均勻，造成局部過熱，損壞耐火磚，使火井向蓄熱室傾斜;且拱頂坐落在大墻上。受大墻不均勻漲落與自身熱膨脹的影響而產(chǎn)生拱頂裂縫。（3）隨著高爐大型化，風(fēng)壓越來越高，熱風(fēng)爐己成為一個受壓容器，加之熱風(fēng)爐的爐皮隨著耐火砌體的膨脹而上漲，將爐底板拉成碟子狀，以致焊縫拉開，爐底板拉裂，造成嚴(yán)重漏風(fēng)。（4）由于熱風(fēng)爐存在著周期性的擺動和上下漲落運(yùn)動，經(jīng)常出現(xiàn)熱風(fēng)爐短管‘’爛脖子”現(xiàn)象。（5）多采用金屬套筒燃燒器，容易產(chǎn)生脈動。5.2.1.2改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐（霍戈文）一、改進(jìn)型的主要特征：（1）采用懸鏈線形拱頂，且拱頂與大墻脫開。（2）燃燒室下部隔墻增設(shè)絕熱磚和耐熱不銹鋼板，用以防止氣流短路。（3）采用眼睛形火井和矩形陶瓷燃燒器相配合。（4）采用圓弧形爐底板。改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐

1.懸鏈線拱頂

特點(diǎn)：①內(nèi)襯由鋼結(jié)構(gòu)支撐，拱頂與大墻分開；②采用關(guān)節(jié)磚，使拱腳磚與關(guān)節(jié)磚、關(guān)節(jié)磚拱頂上部磚之間能相對轉(zhuǎn)動；③拱頂由一層致密磚代替了傳統(tǒng)的兩層致密磚；④蓄熱室斷面氣流分布均勻。2.特殊的隔墻結(jié)構(gòu)

①合理設(shè)置膨脹縫；②隔墻兩層致密磚間加入隔熱層；③隔墻各層砌體間、隔墻與熱風(fēng)爐大墻間設(shè)置滑動縫；④隔墻靠近蓄熱室側(cè)在一定高度上增加一層不銹鋼板。

改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐燃燒室隔墻的砌筑1-42%Al2O3粘土磚；2-42%Al2O3粘土磚；3-30%Al2O3高鋁磚；4-55%Al2O3高鋁磚；5-60%Al2O3高鋁磚；6-66%Al2O3高鋁磚；7-硅磚；8-隔熱磚；9-耐熱鋼板3.眼睛型燃燒室

①隔墻斷面小，增加了蓄熱室的有效蓄熱面積。②蓄熱室的煙氣流分布均勻。③燃燒室隔墻與大墻不咬砌。4.矩形陶瓷燃燒器

①與眼睛型燃燒室相配的燃燒器，能充分利用眼睛型燃燒室斷面的空間。②矩形燃燒器氣體混合效果好，燃燒穩(wěn)定，效率高，燃燒強(qiáng)度大；③氣流阻力損失小

二.內(nèi)燃式熱風(fēng)爐優(yōu)缺點(diǎn)：

1.優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，建設(shè)費(fèi)用較低，占地面積較小。2.缺點(diǎn)：①蓄熱室煙氣分布不均勻；②燃燒室隔墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損壞。

5.2.1.3外燃式熱風(fēng)爐

一、外燃式熱風(fēng)爐爐型特征：燃燒室和蓄熱室分別在兩個圓柱形殼體內(nèi)，兩個室的頂部以一定方式連接起來。外燃式熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)示意圖二、.分類（1）地得式：拱頂由兩個直徑不等的球形拱構(gòu)成，并用錐形結(jié)構(gòu)相互連通。（2）考貝式：拱頂由圓柱形通道連成一體。（3）馬琴式：蓄熱室的上端有一段倒錐形，錐體上部接一段直筒部分，直徑與燃燒室直徑相同，兩室用水平通道連接起來。（4）新日鐵式：蓄熱室上部有一個錐體段，使蓄熱室拱頂直徑和燃燒室直徑相同。

從四種外燃式熱風(fēng)爐來看，地得式和拷貝式的高度較低，地得式占地面積較小，但結(jié)構(gòu)龐大，穩(wěn)定性差，氣流分布較差，新日鐵式占地面積最大；在氣流分布均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面，新日鐵式與馬琴式比較好，但使用的材料較多，散熱面積較大。現(xiàn)在新建的外燃式熱風(fēng)爐多為新日鐵式和馬琴式。三.外燃式熱風(fēng)爐的優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)上：外燃式比內(nèi)燃式合理；（2）燃燒室、蓄熱室、拱頂?shù)炔课淮u襯可以單獨(dú)膨脹和收縮，可以承受高溫作用；（3）由于兩室都做成圓形斷面，且拱頂有特殊連通結(jié)構(gòu)，使?fàn)t內(nèi)氣流分布均勻，有利于燃燒和熱交換。（4）可長時間保持較高的送風(fēng)溫度。四、外燃式熱風(fēng)爐的缺點(diǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，投資成本增加，一般應(yīng)用于新建的大型高爐。但是從高風(fēng)溫、長壽命所獲得的經(jīng)濟(jì)效益角度來講，這不能算是缺點(diǎn)。當(dāng)前外燃式熱風(fēng)爐在世界上被普遍采用，特別是要求提供1200℃以上高風(fēng)溫的大型高爐。5.2.1.4頂燃式熱風(fēng)爐

頂燃式熱風(fēng)爐是新發(fā)展起來的一種熱風(fēng)爐形式，在我國應(yīng)用很多。它取消了燃燒室，將燃燒器直接安裝在熱風(fēng)爐的頂部，以拱頂空間作為燃燒室。國外稱之為無燃燒室熱風(fēng)爐。頂燃式熱風(fēng)爐具有如下特點(diǎn):（1）擴(kuò)大了蓄熱室容積，在相同熱風(fēng)爐容量條件下，蓄熱面積增加25%~35%。（2）結(jié)構(gòu)對稱，穩(wěn)定性好，氣流分布均勻。（3）采用大功率短焰或無焰燃燒器，使高溫集中在拱頂部位，熱損失減少，有利于提高拱頂溫度。（4）蓄熱室內(nèi)氣流分布均勻，效率高。（5）耐火材料工作穩(wěn)定性提高，熱風(fēng)爐壽命延長。（6）布置緊湊，占地面積小，節(jié)約材料。一、卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐特點(diǎn):(1)縮小了球頂?shù)闹睆剑m用于現(xiàn)有內(nèi)燃式熱風(fēng)爐技術(shù)改造。(2)煤氣和助燃空氣混合很好，燃燒完全、熱效率高。(3)結(jié)構(gòu)對稱，穩(wěn)定性好。(4)采用高效蜂窩式格子磚19孔六邊形格子磚，節(jié)省鋼材和耐火材料，占地面積較小。整個熱風(fēng)爐的投資可節(jié)約50%。該熱風(fēng)爐屬于高溫長壽型熱風(fēng)爐，風(fēng)溫維持在1150~1220℃工作，及30年(爐襯砌體無檢修)壽命。卡魯金式熱風(fēng)爐

〔a)俄羅斯冶金熱工研究院設(shè)計；(b)卡魯金型預(yù)燃熱風(fēng)爐1、助燃空氣通道；2、助燃空氣噴口；3、前室；4、格子磚室；5-熱風(fēng)出口；6、煤氣通道；7、助燃空氣環(huán)集管；8、煤氣環(huán)集管；9一助燃空氣管；10、煤氣管；11、爐篦和支柱二、球式熱風(fēng)爐

結(jié)構(gòu)與頂燃式相同，所不同的是蓄熱室用自然堆積的耐火球代替格子磚。用于小型高爐的熱風(fēng)爐。（1）單位體積球的加熱面積大，可縮小熱風(fēng)爐體積；（2）熱效率高。氣流呈紊流狀態(tài)，風(fēng)溫和拱頂溫度基本接近，一般溫差在80~100℃。（3）燃燒器多為金屬與陶瓷相結(jié)合的套筒燃燒器。（4）球式熱風(fēng)爐的體積小、結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，使得投資成本大大降低。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）要求煤氣干凈；（2）助燃空氣和煤氣壓力要高。

三、旋流頂燃式熱風(fēng)爐該熱風(fēng)爐有如下特點(diǎn)：（1）多點(diǎn)環(huán)形布置燒嘴，形成旋轉(zhuǎn)氣流環(huán)繞蓄熱體頂端作渦旋向下運(yùn)動，空氣、煤氣進(jìn)一步強(qiáng)紊流充分混合，使燃燒完全。（2）將內(nèi)燃式熱風(fēng)爐的燃燒室變成只輸送熱風(fēng)的通道，在爐體直徑不變的條件下，蓄熱面積增加了20%~30%,有利于氣流和溫度的均勻分布，消除了蓄熱死角，提高了換熱效力。（3）蓄熱室內(nèi)氣流分布均勻，熱交換效率高。（4）采用通冷風(fēng)保護(hù)技術(shù)和自由式燒嘴技術(shù)，使燃燒器壽命增加。5.2.2熱風(fēng)爐的結(jié)構(gòu)熱風(fēng)爐由爐襯、燃燒室、蓄熱室、爐殼、爐篦子、支柱、管道、閥門及爐基、爐殼等組成。一、燃燒室：燃燒室是燃燒煤氣的空間，位于爐內(nèi)一側(cè)緊靠大墻。1.內(nèi)燃式熱風(fēng)爐斷面形狀有三種：圓形、眼睛形、復(fù)合形

燃燒室斷面形狀A(yù)－圓形；B－眼睛形；C－復(fù)合形

圓形燃燒室，燃燒能力大，氣流在燃燒室內(nèi)分布均勻，燃燒效果較好。但蓄熱室的死角大，燃燒廢氣進(jìn)入蓄熱室分布不均勻，使蓄熱室的有效利用面積減?。谎劬π稳紵?，所占面積較小，燃燒廢氣進(jìn)入蓄熱室分布較均勻，蓄熱室的死角小，有效利用面積增加，但燃燒室的通道當(dāng)量直徑減小，煙氣阻力損失增加，對燃燒不利。復(fù)合型燃燒室兼有前兩種燃燒室的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較廣。燃燒室截面積（包括隔墻面積）占熱風(fēng)爐總內(nèi)截面積的22～30％，大高爐取小值，小高爐取大值。3.燃燒室隔墻：由兩層互不錯縫的高鋁磚砌成，大型高爐345mm＋230mm；中、小型高爐兩層230mm。

2.燃燒室尺寸：復(fù)合型燃燒室砌磚1、尖角部分填充粘土泥料；2、填充粘土泥料或草袋二.蓄熱室蓄熱室是熱風(fēng)爐進(jìn)行熱交換的主體，它由格子磚砌筑而成。1.對格子磚的要求：①有較大的受熱面積進(jìn)行熱交換；②有一定的磚重量來蓄熱；③能引起氣流擾動；④砌成格子室后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2.格子磚的主要特性指數(shù)有：（1）1m3格子磚的受熱面積f（m2/m3）：（2）1m2磚格子橫斷面積中格孔所占的通道面積（活面積）m2/m2γ—格子磚的密度，kg/m3；A—格子磚中格孔的通道面積，m2；Az—格子磚的面積，m2；L—格子磚通過煙氣的格孔周邊長，m。（3）1m3磚格子中磚所占有的體積(或稱填充系數(shù))1-ψ（m3/m3）（4）當(dāng)量厚度S（m）δ為當(dāng)量半磚厚，即為分?jǐn)偨o加熱面積的格子磚厚度。（5）格孔的流體直徑dh(m)（6）1m3磚格子的重量g（kg/m3）3.常用的格子磚類型：板狀磚：每個孔由四塊磚組成。塊狀穿孔磚：是在整塊磚上穿孔。采用較多的是五孔磚和七孔磚。4.蓄熱室的結(jié)構(gòu)：在設(shè)計蓄熱室時，主要是考慮格子磚的材質(zhì)、熱工特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。格子磚上部高溫區(qū)域一般采用高鋁磚和硅磚，下部溫度較低的區(qū)域一般采用粘土磚。在確定格子磚的熱工特性時，應(yīng)當(dāng)使格子磚的傳熱和儲熱的能力都能充分發(fā)揮，同時要求蓄熱室體積要盡可能小，以保持砌體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在蓄熱室上部高溫區(qū)，具有強(qiáng)烈的傳熱條件號，應(yīng)著重考慮蓄熱能力，即應(yīng)適當(dāng)縮小格孔當(dāng)量直徑，增加磚的當(dāng)量厚度和磚重，采用熱容量大的耐火材料。對于蓄熱室下部低溫區(qū)，由于溫度低，主要考慮加強(qiáng)氣流與格子磚之間的對流傳熱，盡可能地增大氣流的湍流程度，適當(dāng)減小格子磚的當(dāng)量厚度，以減少一單位體積格子磚的重量。為了達(dá)到蓄熱室上、下段格孔具有不同當(dāng)量直徑的要求，可以采用多段格孔直徑的蓄熱室結(jié)構(gòu)，即上段格孔小，下段格孔大。但是，這種結(jié)構(gòu)不僅使格子磚的磚型復(fù)雜化，而且清除積灰困難，所以，目前大多數(shù)熱風(fēng)爐的蓄熱室格孔為單段式，只有少部分熱風(fēng)爐采用兩段或三段式。五.爐墻

1.作用：爐墻起隔熱作用并在高溫下承載。2.組成：由砌體（大墻）、填料層、隔熱層組成。大墻：厚度：中小高爐為230mm，大高爐345mm。材質(zhì)：上部高溫區(qū)用高鋁磚，下部低溫區(qū)用粘土磚。隔熱磚：一般為65mm硅藻土磚，緊靠爐殼。填料層：在隔熱磚和大墻之間留有60～80mm的水渣——石棉填料層。在上部高溫區(qū)大墻外增加一層113或230mm的輕質(zhì)高鋁磚；注意：熱風(fēng)口、燃燒口周圍一米半徑范圍內(nèi)的砌體緊靠爐殼，以防止填料脫落時竄風(fēng)。爐墻砌磚（P168）a-低溫區(qū)；b-中溫區(qū)；c-高溫區(qū)1-噴涂層；隔熱磚；3-耐火磚六.拱頂

1.作用：連接燃燒室和蓄熱室。2.結(jié)構(gòu)：半球形、錐形、錐球形、拋物線形和懸鏈線型。3.確定拱頂砌體各種耐火材料層的砌筑厚度時，既要著重考慮高溫區(qū)的隔熱保溫，又要同時考慮砌體的應(yīng)力分布和重量載荷?？偟脑瓌t是減薄耐火磚層厚度，增加隔熱層厚度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，多種因素綜合考慮。拱頂砌體的獨(dú)立式支承結(jié)構(gòu)1、磚托;2、噴涂層;3、SiC填料4、陶瓷纖維;5、拱頂隔熱磚;6、拱頂耐火磚;7、爐墻隔熱磚;8、爐墻耐火磚七.燃燒器

燃燒器是用來將煤氣和空氣混合，并送進(jìn)燃燒室內(nèi)燃燒的設(shè)備。目前我國熱風(fēng)爐常見的燃燒器有兩種:金屬套筒燃燒器和陶瓷燃燒器。1.對燃燒器的要求：①有足夠的燃燒能力。②有足夠的調(diào)節(jié)范圍。③避免煤氣和空氣在燃燒器內(nèi)燃燒、回火。2.金屬燃燒器金屬燃燒器1－煤氣；2－空氣；3－冷凝水

結(jié)構(gòu)簡單，阻損小，調(diào)節(jié)范圍大，不易發(fā)生回火現(xiàn)象。（2）缺點(diǎn)：①空氣與煤氣混合不好；②需較大的空氣過剩系數(shù)；③氣流直接沖擊燃燒室隔墻。

（1）優(yōu)點(diǎn)：3.陶瓷燃燒器

是用耐火材料砌成的，安裝在熱風(fēng)爐燃燒室內(nèi)部。優(yōu)點(diǎn)：①空氣與煤氣混合好，能完全燃燒；②空氣過剩系數(shù)小，可提高燃燒溫度；③燃燒氣體向上噴出，不沖刷隔墻。④燃燒能力大。套筒式陶瓷燃燒器（P172）1-空氣進(jìn)口；2-煤氣進(jìn)口八.支柱及爐箅子

蓄熱室全部格子磚都通過爐算子支撐在支柱上。大中型高爐的熱風(fēng)爐支柱和爐算子的材質(zhì)一般都是含硫低于0.05%的鑄鐵件，當(dāng)廢氣溫度較高時，可考慮用高硅耐熱球墨鑄鐵或其他耐熱鑄件。支柱高度要滿足安裝煙道和冷風(fēng)管道的凈空需要，保證氣流暢通。爐箅子的塊數(shù)與支柱數(shù)相同。九、爐殼熱風(fēng)爐爐殼的作用是確保密封，安裝設(shè)備，承受耐火磚砌體膨脹壓力及爐內(nèi)氣體壓力等載荷?，F(xiàn)代高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐的爐殼是用8~20mm厚度不等的鋼板連同爐底板焊成一個不漏氣的整體，在其內(nèi)部襯以耐火砌體，并用地腳螺絲將爐殼固定在爐基上。隨著高爐的大型化，風(fēng)壓越來越高，熱風(fēng)爐成為名副其實(shí)的受壓容器，因此對爐殼的選擇和焊接工藝的要求越來越高，爐殼有向厚發(fā)展的趨勢?？紤]到熱風(fēng)爐為受熱設(shè)備，具有受熱上漲和周期性擺動等特點(diǎn)，對垂直焊縫盡量采用圓滑過渡，如爐底板目前采用了圓弧形爐底板。十、爐基爐基的主要作用是承受爐殼傳遞的設(shè)備載荷，爐底傳遞的耐火砌體載荷，以及承受其他附屬設(shè)備的載荷等。爐基分為兩種形式，一是將一組熱風(fēng)爐建筑在同一個混凝土的基礎(chǔ)上;二是每座熱風(fēng)爐有獨(dú)立的基礎(chǔ)。爐基一般為鋼筋混凝J幾結(jié)構(gòu)，其表面的正常工作溫度通常都小于250℃。為了防止熱風(fēng)爐爐基產(chǎn)生不均勻下沉致使管道變形、撕裂，一般都把一座高爐的熱風(fēng)爐組(3座或4座)的爐基做成為一個整體?；A(chǔ)對土壤的耐壓力，一般應(yīng)不小于0.2~25MPa,否則應(yīng)進(jìn)行打樁等加固處理。5.2.3熱風(fēng)爐附屬設(shè)備5.2.3.1熱風(fēng)爐的管道熱風(fēng)爐系統(tǒng)的管道，主要有冷風(fēng)管、熱風(fēng)管、助燃空氣管及凈煤氣管等。這些管道一般均為普通碳素鋼板焊成，其直徑取決于管道內(nèi)氣體的允許壓力和流速。管道的直徑可根據(jù)下式來計算：D：圓形管道內(nèi)徑，m；V：氣體的實(shí)際流量，m3/s；ω：氣體的實(shí)際流速，m/s；熱風(fēng)爐閥門分兩類控制燃燒系統(tǒng)的閥門及裝置作用：⑴調(diào)節(jié)煤氣和助燃空氣的流量⑵調(diào)節(jié)燃燒溫度⑶送風(fēng)時隔離控制鼓風(fēng)系統(tǒng)的閥門作用：⑴將冷風(fēng)送入熱風(fēng)爐，熱風(fēng)送到高爐⑵調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度5.2.3.2熱風(fēng)爐閥門

1－焦?fàn)t煤氣壓力調(diào)節(jié)閥；2－高爐煤氣壓力調(diào)節(jié)閥；3－空氣流量調(diào)節(jié)閥；4－焦?fàn)t煤氣流量調(diào)節(jié)閥；5－高爐煤氣流量調(diào)節(jié)閥；6－空氣燃燒閥；7－焦?fàn)t煤氣閥；8－吹掃閥；9－高爐煤氣閥；10－焦?fàn)t煤氣放散閥；11－高爐煤氣放散閥；12－焦?fàn)t煤氣燃燒閥；13－高爐煤氣燃燒閥；14－熱風(fēng)放散閥；15－熱風(fēng)閥；16－點(diǎn)火裝置；17－燃燒室；18－混合室；19－混風(fēng)閥；20－混風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥；21－蓄熱室；22－充風(fēng)閥；23－廢風(fēng)閥；24－冷風(fēng)閥；25－煙道閥；26－冷風(fēng)流量調(diào)節(jié)閥6－16外燃式熱風(fēng)爐系統(tǒng)示意圖

熱風(fēng)閥直徑的確定：實(shí)際流速不高于75m/s。其它閥門與熱風(fēng)閥的截面積之比為：

一.閥門直徑的確定：二.熱風(fēng)閥

1.位置：安裝在熱風(fēng)出口和熱風(fēng)主管之間的熱風(fēng)短管上。2.作用：在燃燒期關(guān)閉，隔斷熱風(fēng)爐和熱風(fēng)管道之間的聯(lián)系。三.切斷閥

1.作用：切斷煤氣、助燃空氣、冷風(fēng)及煙氣。2.結(jié)構(gòu)：有閘板閥、曲柄盤式閥、盤式煙道閥。

四.調(diào)節(jié)閥

1.作用：用來調(diào)節(jié)煤氣流量、助燃空氣流量、冷風(fēng)流量以及混風(fēng)的冷風(fēng)流量等。2.結(jié)構(gòu)：一般采用蝶形閥。五.充風(fēng)閥作用：熱風(fēng)爐從燃燒期轉(zhuǎn)換到送風(fēng)期，當(dāng)冷風(fēng)閥上沒有設(shè)置均壓小閥時，在冷風(fēng)閥打開之前必須使用充風(fēng)閥提高熱風(fēng)爐內(nèi)的壓力。

作用：熱風(fēng)爐從送風(fēng)期轉(zhuǎn)換到燃燒期時，在煙道閥打開之前需打開廢風(fēng)閥，將熱風(fēng)爐內(nèi)相當(dāng)于鼓風(fēng)壓力的壓縮空氣由廢風(fēng)閥排放掉，以降低爐內(nèi)壓力。

六.廢風(fēng)閥七.放風(fēng)閥和消音器

1.位置：放風(fēng)閥安裝在鼓風(fēng)機(jī)與熱風(fēng)爐組之間的冷風(fēng)管道上。2.作用：在鼓風(fēng)機(jī)不停止工作的情況下，用放風(fēng)閥把一部分或全部鼓風(fēng)排放到大氣中的方法來調(diào)節(jié)入爐風(fēng)量。

八.冷風(fēng)閥

1.位置：設(shè)在冷風(fēng)支管上的切斷閥。2.作用：在送風(fēng)期，打開冷風(fēng)閥可把高爐鼓風(fēng)機(jī)鼓出的冷風(fēng)送入熱風(fēng)爐。燃燒期，關(guān)閉冷風(fēng)閥，切斷了冷風(fēng)管。

5.2.3.4助燃風(fēng)機(jī)熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)的作用，不僅是為熱風(fēng)爐煤氣燃燒提供足夠的助燃空氣，而且還為燃燒煙氣流動克服阻力損失提供必需的動能。因此，所選擇的助燃風(fēng)機(jī)的能力，必須滿足燃料的燃燒和煙氣流動的需要。選擇助燃風(fēng)機(jī)時，還應(yīng)當(dāng)考慮到助燃風(fēng)機(jī)在生產(chǎn)中工作制度的變動、周期中燃燒的不均勻性以及采取強(qiáng)化燃燒的可能性等。所以，一般都要求所采用的助燃風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓都應(yīng)大于其計算值的15%~30%，作為富余量。熱風(fēng)爐助燃風(fēng)機(jī)，般都采用離心式鼓風(fēng)機(jī)。助燃風(fēng)機(jī)的配置方式，有單爐分散配置和熱風(fēng)爐組集中配置兩種。未采取助燃空氣預(yù)熱的熱風(fēng)爐，一般是采取單爐分散配置，即每座熱風(fēng)爐配置一臺助燃風(fēng)機(jī)，操作方便，但風(fēng)機(jī)臺數(shù)增加，也給風(fēng)機(jī)檢修帶來困難。采取助燃空氣預(yù)熱的熱風(fēng)爐，都采取每座高爐的熱風(fēng)爐組集中配置一定數(shù)量的助燃風(fēng)機(jī)。5.2.4熱風(fēng)爐用耐火材料及特性一.熱風(fēng)爐砌體破損機(jī)理①熱震破損；②煙氣粉塵的化學(xué)侵蝕；③機(jī)械荷載作用。

二.熱風(fēng)爐用耐火材料的主要特性①耐火度：較高的耐火度和荷重軟化溫度；②抗蠕變性；③體積穩(wěn)定性；④導(dǎo)熱性；⑤熱容量；⑥抗壓強(qiáng)度

三.熱風(fēng)爐用耐火材料

1.硅磚：SiO2含量在95％左右。特性：①高溫性能好；②蠕變溫度高且蠕變率低；③體積密度小，蓄熱能力差,600℃以下有相變，體積變化大，故使用溫度大于600℃

。使用部位：拱頂、燃燒室和蓄熱室及大墻爐襯的上部。2.高鋁磚

用于高溫區(qū)，如拱頂、中上部格子磚、燃燒室隔墻等。3.粘土磚用于熱風(fēng)爐中、低溫區(qū)磚襯及中下層格子磚。4.隔熱磚包括硅藻土磚、輕質(zhì)硅磚、輕質(zhì)粘土磚、輕質(zhì)高鋁磚以及陶瓷纖維磚等。特性：氣孔率大，密度小，導(dǎo)熱性低，機(jī)械強(qiáng)度低。噴涂料：包括耐火、隔熱及耐酸三種。耐火噴涂料：用于高溫部位爐殼及熱風(fēng)管道內(nèi)。隔熱噴涂料：導(dǎo)熱系數(shù)低，減少熱損失。耐酸噴涂料：用于拱頂、燃燒室及蓄熱室上部鋼殼。

5.不定形材料我國幾座典型熱風(fēng)爐選用的耐火材料5.2.5熱風(fēng)爐計算

例題：高爐容積為1260m3，配備四座熱風(fēng)爐，做熱風(fēng)爐設(shè)計。

1.確定基本參數(shù)

（1）取單位爐容蓄熱面積為90m2/m3

（2）定熱風(fēng)爐鋼殼下部內(nèi)徑為φ7960mm，爐殼及拱頂鋼板厚度為20mm，爐底鋼板厚度為36mm

。2.確定爐墻結(jié)構(gòu)及熱風(fēng)爐內(nèi)徑

下部：（1）大墻厚：345mm（2）隔熱磚（輕質(zhì)粘土磚）：113mm（3）填料層（水渣石棉填料）：60mm（4）不定型噴涂料：40mm共計：345＋113＋60＋40＝558mm（5）熱風(fēng)爐內(nèi)徑：d內(nèi)＝7960－558×2＝6.844m火井隔墻結(jié)構(gòu)：上部：230高鋁磚＋345高鋁磚＋20滑動縫下部：230高鋁磚＋345高鋁磚＋20滑動縫注：上部高鋁磚較下部高鋁磚更耐高溫3.選火井面積（包括隔墻）

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，選火井面積占熱風(fēng)爐內(nèi)截面積的28％（1）熱風(fēng)爐內(nèi)截面積：（2）火井面積：4.蓄熱室截面積：

5.選格子磚

選七孔磚，格孔直徑為Ф43mm，查表知1m3格子磚加熱面積：6.蓄熱室加熱面積

（1）四座熱風(fēng)爐總加熱面積：

1260×90＝113400m2

（2）每座熱風(fēng)爐加熱面積：

7.一米高蓄熱室加熱面積：

8.蓄熱室高度

9.拱頂高度：采用錐球形

錐球型拱頂

熱風(fēng)爐拱腳內(nèi)徑：

據(jù)經(jīng)驗(yàn)：

拱頂由球冠和圓錐臺組成，具體尺寸如下：據(jù)經(jīng)驗(yàn)：球冠弦長

球冠圓心角為120°；圓錐斜邊與水平面夾角為60°10.熱風(fēng)爐全高及高徑比

支柱及爐篦子高：2.0+0.5=2.5m燃燒室比蓄熱室高：0.4m大墻比燃燒室高：1.2m拱頂磚襯：400高鋁磚＋230輕質(zhì)高鋁磚＋113硅藻土磚＋40噴涂層＝0.783m則：校核：

符合要求5.2.6懸鏈線拱頂計算

一.懸鏈線拱頂：是指耐火磚砌體的內(nèi)輪廓線（或外輪廓線）是一條懸鏈線。二.數(shù)學(xué)表達(dá)式：

式中a與x值相對應(yīng)，

a值決定著懸鏈線的開度，各點(diǎn)的曲率半徑也隨之變化。三.懸鏈線示意圖如下:四.懸鏈線拱頂計算

例如，在設(shè)計1260m3高爐的熱風(fēng)爐時，選擇熱風(fēng)爐拱高（h）與拱頂張開度（2R＝7760）一半的比值為9.84∶8。當(dāng)x＝R時，即：解方程求出a值，則標(biāo)準(zhǔn)懸鏈線方程就定下來了。用牛頓迭代法求解方程式中a值:直到:得出:因此拱頂內(nèi)輪廓線方程為:

選取拱頂砌磚厚度為400mm，可以得到拱頂外輪廓線方程。當(dāng)拱頂?shù)膬?nèi)、外輪廓線方程確定之后，便可以進(jìn)行豎直方向磚型的計算。在內(nèi)輪廓線方程取x=R=3880作為起點(diǎn)A進(jìn)行計算，取AB=100mm，通過A及B點(diǎn)內(nèi)輪廓線的法線，相交于的A1B1點(diǎn)，通過A、B、B1、A14點(diǎn)坐標(biāo)值計算出豎直方向上第一塊磚的尺寸，同樣按照上述方法，可以求出豎直方向上所有磚型的尺寸。一般豎直方向上分為8個區(qū)段，每個區(qū)段用兩種磚型配砌，整個熱風(fēng)爐拱頂采用16種磚型。5.5提高風(fēng)溫的途徑1.增加蓄熱面積；

2.采用高效率格子磚；

3.提高煤氣發(fā)熱值——加焦?fàn)t煤氣或天然氣；

4.預(yù)熱助燃空氣或煤氣；

5.控制最小的空氣過剩系數(shù)；

6.氣流均勻分布。一.提高風(fēng)溫的途徑二．熱風(fēng)爐燃燒制度熱風(fēng)爐燃燒制度有三種：固定煤氣量，調(diào)節(jié)空氣量；固定空氣量，調(diào)節(jié)煤氣量；空氣量和煤氣量都不固定。三．熱風(fēng)爐送風(fēng)制度當(dāng)高爐配備三座熱風(fēng)爐時，送風(fēng)制度有：兩燒一送；一燒兩送；半并聯(lián)交叉。當(dāng)高爐配備四座熱風(fēng)爐時，送風(fēng)制度有：三燒一送；兩燒兩送；交叉并聯(lián)。四.熱風(fēng)爐自動控制1.燃燒自動控制：（1）定時燃燒方式——不完善控制一定的燃燒時間。（2）定溫燃燒方式——普遍采用根據(jù)拱頂溫度、廢氣溫度和蓄熱室下部溫度判斷蓄熱室蓄熱狀態(tài)，控制其燃燒方式。（3）熱量控制燃燒方式——理想方式在控制燃燒熱值的同時，