摘要：本文主要是针对５０００ｍ３级别大型高炉的高风温热风炉技术进行技术比较分析，选择５０００ｍ３级别大型

  高炉的设计实例，在风温．风量．燃烧介质等热风炉设计参数相同的同口径条件下，对Ｄｉｄｉｅｒ外

  然式热风炉和顶燃式热风炉进行本体表面积和表面积散热比较，同时通过数值模拟分析，比较这

  两种热风炉的高温烟气速度分布．高温烟气流场分布、格子砖项面温度分布，为大型高炉热风炉

  形式的合理选择提供建设性建议．通过比较分析，顶燃式热风炉技术是目前高风温热风炉技术发

  展的趋势，硕燃式热风炉的本体结构技术，流场热传榆技术较其它形式热风炉有着非常明显优点，时

  ｎｅｉｊｉｎｇＳｈｏｕｇａｎｇＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｈ堰ｙＣ～Ｌｔｄ．Ｂｅｉｊｉ雌，１０００４３，Ｃｈｉｎａ

  ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｏｆＤｉｄｉｅｒｅｘｔｅｍａｌ—ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｔｏｖｅａｎｄ

  ｓｕｃｈａｓｔｈｅｂｌａｓｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂｌａｓｔｖｏｌｕｍｅ，ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｇａｓ

  ｇａｓｖｅｌｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｈｉＩｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇａｓ

  ｆｌｏｗｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｃｈｅｃｋｅｒｂｒｉｃｋ

  ｅｘｔｅｒｎａｌ－ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｔｏｖｅａｎｄｔｏｐ—ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｓｔｏｖｅｉｓ

  ｆｏｒｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｈｏｔｂｌａｓｔｓｔｏｖｅ

  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓ，

  近二十年来，世界高炉炼铁技术在大型、高效、长寿、低耗、环保取得较大的进步，在高炉长寿、高

  风温、富氧喷煤等单项技术的进步突出。高炉寿命同比提高１０年，提出２５年目标：热风炉高风温提高１００

  ℃达到１２５０℃提出１３００℃目标；燃料比降低到５５０ｋｇ／ｔ以下，提出了４９０ｋｇ／ｔ以下的目标：煤比达到

  到１５０ｋｇ／ｔ以上，提出２００ｋｇ／ｔ目标。所有技术的进步均体现在能耗和效率两个方面，这两个方面与高炉

  大型化发展密不可分，高炉大型化是世界高炉炼铁技术发展的必然趋势，我国高炉大型化实际应该追述到

  １９８５年９月宝钢的投产开始，然而真正走大型化道路应该是从２００４年。不完全统计，我国高炉至２０１１年

  ３月底我国在役和正在建设的４０００ｍ３以上高炉累计１８“２０座，其中５０００ｍ３以上高炉３’４座，我国高炉大型

  化发展，特别是向４０００ｍａ以上高炉的发展，进入了钢铁企业结构优化的新的发展阶段，与此同时大型高

  炉的热风炉技术选择也成为炼铁工作者关注的热点。目前４０００ｍ３级别高炉热风炉技术有内燃式、外燃式、

  顶燃式三种型式。５０００ｍ３级别高炉热风炉技术有外燃式和顶燃式两种型式。见表１－１５０００ｍ３级别以上高

  乌克兰克里沃罗格，９号（３代）５０２６２００３．Ｉｌ１４．７Ｄｉｄｉｅｒ外燃４１３００

  俄罗斯切列波维茨１５号（３代）５５８０２００５．０９１５．１Ｄｉｄｉｅｒ外燃４１３００

  德国施韦尔根／２号（１代）５５１３１９９３．Ｏｌ１４．９Ｄｉｄｉｅｒ外燃３１２５０

  日本ＮＳＣ君滓饵号（３代）５５５５２００３．０５．０８１４．５ＮＳＣ式外燃４１２５０

  日本ＮＳＣ大分，ｌ号（４代）５７７５２００９．０８．０２１４．９ＮＳＣ式外燃４１２５０

  日本ＮＳＣ大分，２号（３代）５７７５２００４．０５．１５１４．９ＮＳＣ式外燃４１２５０

  日本ＮＳＣ名古屋／ｌ号（３代）５４４３２００７．４．２５１４．５ＮＳＣ式外燃４１２５０

  日本神户加古川２＃（２代）５４００２００７．５．２９ 不详 不详 ４ １２５０

  日本 ＪＦＥ千叶，６号（２代） ５１５３ １９９８．０５ １５ 不详 ４ １２５０

  日本 ＪＦＥ京滨２＃（２代） ５０００ ２００４．３．２４ 不详 不详 ４ １２５０

  日本 ＪＦＥ仓敷，４号（３代） ５∞５ ２００２．０１．０８ １４．４ 不详 ４ １２５０

  日本 ＪＦＥ福山４＃（４代） ５０∞ ２００６．０５．０５ １４．０ 不详 ４ １２５０

  日本 ＪＦＥ福山５＃（代） ５５∞ ２００５－３ 不详 不详 ４ １２５０

  中国 首钢京唐ｌ＃（１代） ５５７６ ２００９．０５ １５．５ ＢＳＫ顶燃式 ４ １３００

  中国 首钢京唐２＃（１代） ５５７６ ２０１０．０６ １５．５ ＢＳＫ项燃式 ４ １３００

  中国 江苏沙钢２＃（１代） ５８∞ ２０１０．１０．２１ １５．３ ＤＭＥ外燃 ３ １２５０

  南韩 浦项光阳“号（代） ５５００ ２００９．１０．２８ １５．６ Ｋｏｐｐｅｒｓ外燃

  南韩 现代唐津厂．１号（Ｉ代） ５２５０ ２０１０．０４ １４．８ ＤＭＥ外燃 ３ １２８０

  外燃式热风炉有地得式（Ｄｉｄｉｅｒ）、柯柏式（Ｋｏｐｐｅｒｓ）、马琴式（ＭａｒｔｉｎａｎｄＰａｇｅｎｓｔｅｃｈｅｒ）、新日铁

  式（ＮＳＣ）外燃式和０９Ｅ外燃式。外燃式热风炉的构思是在１９１０年由达尔（Ｆ Ｄａｈｌ）提卅并申请专利．１９２８

  年首先在美国＃尔尼基钢铁公司建成，１９３８年Ｋｏｐｐｅｒｓ叉提出专利，柯柏式１９５０年用于高炉，其特点是

  燃烧室拱项和蓄热室拱顶由各自不同半径的半球形砌体构成（圈２Ｉ）；１９５９年出现了地得式＜Ｄｉｄｉｅｒ）外

  燃热风炉，其特点是拱顶由近似半个卵形拱顶连接（图２－１）。１９６５年德国蒂森（Ｔｈｙｓｓｅｎ）公司使用了乌琴

  （ＭａｒｔｉｎａｎｄＰａｇｅｎｓｔ）式井燃热风炉，其特点是莆热窜顶部具有圆锥形的缩口，使蓄热审拱项与燃烧审拱顶

  由两个半径相同的ｌ／４球形和太半个圆柱体所组成（图２ １）；新日铁（ＮＳＣ）式井燃热风炉，干６０年代末综

  合了科珀式和马琴式外燃热风炉的特点．首先在Ｅｌ本八幡制铁所ｊ同同高炉上使用．其特点是蓄热室顶部也

  具有圆锥形的缩口，使蓄热室顶部直径与燃烧室直径相同，拱顶由两个半径相同的半球形拱顶和一个圆柱

  体的联络管所组成（罔９１）：ＤＩｌＥ外燃式是在地得式（Ｄｉｄｉｅｒ）的基础上进行燃烧器和燃烧室支撑结构的

  改进，其特点与（Ｄｉｄｉｅｒ）井燃热风炉基本相同。发展演变到现在，外燃式热风炉主要有地得式和新日铁

  有２种：顶燃式、外燃式。针对这两种热风炉的典型形式作比较。见表２顶燃式与外燃式热风炉的比较

  拱顶 拱顶ｍ两个半径相同半 拱顶ｍ两个不同半径的接蚯 燃烧室在热风炉顶部，弥补内燃式和外燃式不足．燃

  特点 球顶和一个圆柱形联接 Ｉ／４球体，和半个截头嚼锥组 烧和莆热有机统１的结构＊式．＃项直径小小，结构

  比较 管组成，联接管上设有 成。整个拱顶里半卵形整体结 完全对称．稳定性很好

  燃 三孔套筒式燃烧器，燃烧 栅格式燃烧器，燃烧稳定，火 顶燃式热风炉的陶瓷燃烧器设置在热风炉拱顶部位，

  烧 稳定；但火焰相对长，结 焰短，空气过剩系数小：但结 旋流扩散环形燃烧器，环形多孔，气流出ｕ呈旋流喷

  器 构复杂对阀门等设备要 构复杂，空煤气预热温度要求 射，煤气和空气在进入蓄热室之前充分燃烧，火焰短，

  比 求严格，易产生脉动。有 大致相等，空煤气预热条件具有 空气过剩系数小，具有广泛的工况适应性；适应各种

  较 火井，寿命一般可以达到１５年， 局限性，对燃烧室掉砖掉物敏 空煤气预热条件．无火井，寿命可达２５年．

  优势 结构稳定性较好；拱顶温 外形低。拱顶结构庞大稳定性 结构均匀对称．消除本体结构和传热的不对称性．布

  与存 度高，外形较高，占地面 较差，占地面积大，砖形复杂。 置灵活多样，紧凑合理占地面积小，节约钢材和耐材，

  在的 积大。砖形复杂，拱顶联 拱顶温度高，晶问应力腐蚀问 燃烧后的高温烟气分布好，可提升格子砖的利用

  问题 络管的砌砖和波纹补偿 题；对煤气和助燃空气温度差 率。由于其燃烧器的结构特点，热风炉的最高温度并

  器问题，混风室与燃烧器 敏感性问题；对燃烧室掉砖和 不是出现在拱顶的最高处，而是在格子砖上表面，从

  之间联通管出现一些明显的异常问题，晶 热风阀漏水易造成燃烧器损坏 而有效地降低了拱顶的温度，使拱顶更稳定，拱项

  间应力腐蚀问题。以上问 问题．以上问题难以解决． 温度正常情况下不会超过ｌｌ∞℃，可有效地减轻拱顶炉壳

  助燃空气预热温度煤气预热温度 ℃ 设计能力２００＂Ｃ。按照１８０＂Ｃ计算

  热风炉直径 ｎ吼 ｌ０３５０，ｌⅨ｝００，１１９２０ 蓄热室直径，燃烧室直径 ｍｍ ９５００，５９００

  蓄热窜截面面积 ｍ２ ６７．９ 蓄热室截面积，燃烧室截面积 ｍ２ ５７．３１１５．７７

  同口径条件下，根据热风炉基本结构设计参数相比，按照热风炉不一样的区域，不同，砖衬厚度计算炉壳

  区域 直径ｍ 高度ｍ 面积ｍ？ 壳体℃ 环境℃ Ａｔ℃ 炉壳散热总热损失Ｑ，ｗ

  燃烧室顶部 ７．８８ ３．１０ ７９．３８ ５２．００ ２５．００ ２７．∞ ３３４１３．４２

  燃烧室 ７．８８ ９．６６ ２３４．６３ ５９．００ ２５．００ ３４．００ １２４３６７．９８

  拱顶锥段 ７．０４／１１．９２ ５．８２ ２０１．１４ ８５．００ ２５．００ ６０．ｏｏ １８８１４６．３６

  拱锥直段 １１．９２ ５．１０ １９０．９８ ８１．００ ２５．００ ５６．∞ １６６７３３．１８

  蓄热室上部 １１．９２ １．５６ ５８．４２ ７８．００ ２５．００ ５３．∞ ４８２７０．６９

  蓄热室中部 １１．９２ ２．８６ １０４．１４ ７５．００ ２５．００ ５０．００ ８ｌ１７７．１３

  蓄热室中部 １０．９０ ７．３９ ２５２．５４ ７５．００ ２５．００ ５０．∞ １９６８５４．９３

  蓄热室下部 １０．３５ １２．００ ３９０．１４ ４８．００ ２５．００ ２３．００ １３９８９２．５０

  烟气室 １０．３５ ３．３５ １０８．２８ ４４．∞ ２５．∞ １９．∞ ３２０７３．６２

  拱顶过渡直段 ３．５７，５．３２ ８．２５ ２９３．９４ ８５．∞ ２５．∞ ６０．∞ ２７４９５１．鸽

  燃烧室火井上部 ５．９０ １５．５０ ７８．∞ ２５．００ ５３．∞ １７８５４５．７ｌ

  燃烧室火井中部 ５．９０ ８．５０ ５４０．２２ ７５．００ ２５．∞ ５０．００ １６８４３９．３５

  燃烧室火井下部 ５．９０ ６．７０ ５９．００ ２５．∞ ３４．∞ ５７２６９．３８

  燃烧室火井底部 ５．９０ １．３０ ６２．９０ ５２．∞ ２５．∞ ２７．∞ ２６４７６．５０

  蓄热室上部 ９．５０ １６．∞ ８１．００ ２５．００ ５６．ｏｏ ４２２４８１．６８

  蓄热室中部 ９．５０ ９．１２ ７５．∞ ２５．∞ ５０．∞ ２１５０１３．∞

  蓄热室下部 ９．５０ ９．１２ ４８．∞ ２５．∞ ２３．∞ ９８９０５．粥

  烟气室 ９．５０ ３．３５ ４４．∞ ２５．∞ １９．∞ ３００１２．２３

  ｄ对，Ｗ／（ｍ２．℃） １５．５９ 大气流动情况复杂，计算按照大气流速为４ｍ／ｓ时的综合经验值

  从ｌ迷啊ｕ释热风＿。＿Ｊ术体炉壳散热比较，ｎＪ卧娃小：（Ｉ）外燃热风炉本体炉壳敞热量较项燃式热风炉高

  ６２９６。（２）因本体袁【ｎ】热损失，风温影响相差Ｉｏ℃（３）按照每提高风温１００’３降低焦比１５ｋｇ计算２，提

  高１０℃降低焦比１．５ｋｇ，两座高炉９００万吨．年节省本金２４３０万元（焦炭价格按照１８００元／吨计算）。

  比较顶燃式热风炉与外燃式热风炉的流场分布和速度矢量场分布Ｈ看出，顶燃式热风炉流场均匀有

  序，以热风炉中心线为中心，均匀的旋流向下进入格了砖，确保格子砖受热均匀，热效率商。

  而外燃式热风炉受空间结构的影响，岛温烟气无法均匀进入格子砖，在进＾格子砖之前有较太涡流存

  图４４顶燃式热风炉褫坜与速度矢量分布 图４｛井堪式热Ｒ炉矗瞬与速度矢量分布

  （１）通过气流速度场分布比较，分析格子砖加热效率。顶燃式热风炉燃烧产生的高温烟气的速度场对称

  分布，高温烟气分布均匀。外燃式热风炉燃烧产生的高温烟气的速度场呈完全不对称分布，同一平面的格

  （２）通过莆热室顶表面温度分布比较，分析格子砖加热均匀度。顶燃式热风炉格子砖表面温度晟大温差

  （３）通过流场分布比较，定性分析热效率。外燃式热风炉高温烟气在进八格子砖之前有较大涡流存在，

  严重影响气流分配均匀性，与顶燃式热风炉比较热风炉的热效率低和结构稳定性差。

  顶燃式热风炉技术是目前高风温热风炉技术发展的趋势．顶燃式热风炉的本体结构技术、流场热传输

  技术较其它形式热风炉有着非常明显优点．对ｒ大型高炉采用顶燃式热风炉技术能取得可观经济散益，仅热

  风炉本体炉壳散热比较，两座５０００ｍ３级别高炉，年产９００万吨铁水，采用顶燃式热风炉年节省本金２４３０

  【Ｉ】项钟席，王薇暂．等编著Ⅸ高炉设计一炼铁工艺设计理论与实践》北京：冶金工业出版

  【２】罔传典主编Ⅸ高炉炼铁生产技术手册》．北京：冶金工业出版社，２００３，（１）：３５８百

  【３】王应时，范维澄，用力行，等燃烧过程敷值计算北京：科学出版社出版，１９８６，（１】：７２

  【４】郭敏雷项燃式热风炉传热覆气体燃烧的敷值模拟北京科技大学学位论文，２００８