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冶金球團豎爐主要特征及設計應用原則
2013-10-30 11:47:46 來源：
冶金球團矩形豎爐為立式爐，生球自豎爐上部爐口裝入，在自身重力作用下，通過各加熱帶及冷卻帶，達到排料端。在爐身中部兩側設有燃燒室，產生高溫氣體噴入爐膛內，對球團進行干燥、預熱和焙燒。在爐內初步冷卻球團礦后的一部分熱風上升通過導風墻和干燥床，以干燥生球。
豎爐球團焙燒車間設計主要內容包括：物料平衡與熱工計算、豎爐生產能力及規格選定、燃料選用、豎爐爐體設計、布料設備選擇、排礦設備設計與選擇、爐外冷卻設備選擇、工藝風機選擇、工藝除塵裝置選擇、成品球上料系統設計、汽化冷卻系統設計、自控與監測系統設計和主要設計技術經濟指標等。
1、物料平衡與熱工計算：
根據原料和燃料的條件，求出燃料消耗量及其它有關參數；計算通過導風墻內外的冷風量。為了校核和計算各帶界面上的物料和氣體溫度，還需分別對干燥帶、預熱焙燒帶、均熱帶、冷卻帶進行區域熱平衡計算，*后繪制豎爐內氣體平衡圖(包括空氣、煤氣、燃燒產物之間的體積、溫度等的變化與平衡)。
2、豎爐生產能力及規格選定：
豎爐焙燒磁鐵精礦球團的利用系數為4～5t／(m2•h)，唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計的矩形球團豎爐生產利用系數已經大于6.5 t／(m2•h)，如：10m2豎爐(面積指爐口長×寬)國內的的單爐年產量一般為為35～40萬噸，金泉公司設計的已經超過-50萬噸。
3、燃料選用：
豎爐用燃料有液體和氣體兩種。歐美一些國家豎爐多建在礦山，使用天然氣或重油。中國豎爐多建在冶金工廠內，常使用高爐煤氣、轉爐煤氣等，部分建在礦山的豎爐可以使用煤氣發生爐煤氣生產。
4、豎爐爐體設計：
包括爐型、燃燒裝置、爐體砌筑、爐體鋼結構等設計。
爐型：
豎爐是長方形爐型，有高爐身內冷型和中等爐身外冷型兩種。由于前者排礦溫度較高，從80年代開始，中國設計的豎爐均選擇后者。在確定爐型時需要考慮：
(1)在使用高爐煤氣作燃料時，讓部分冷卻風通過焙燒帶，以補充燃燒廢氣中含氧量的不足。這部分冷卻風的數量可以根據原料和燃料條件進行計算。
(2)噴火口以下的導風墻高度及其通道截面積是爐型設計的關鍵，一般可參照生產實例進行選取。當無實踐經驗時，應通過冷態模型試驗確定。
(3)正確設計風口形狀及兩側風口的分布，合理配置冷風管路系統，以解決冷風進口處沿爐子截面上冷卻風量分布不均的問題。在設計爐子各帶尺寸時，一般根據試驗條件及有關的經驗公式來確定，并核算物料在各帶的停留時間。選擇其他燃料時，爐型需另行考慮。
燃燒裝置：
在豎爐爐膛兩側備有一個燃燒室，其形狀有臥式圓柱形(高爐煤氣用)和立式圓柱形(重油和天然氣用)兩種。國外豎爐多用立式燃燒室，其底部有一個燒嘴供熱，自動控制方便。中國豎爐燒嘴安裝在臥式燃燒室的側面，每側數量為2～5個。
爐體砌筑：
豎爐砌體的工作溫度為1200～1300℃，工作壓力為15～23kPa。爐膛部分砌體除了承受高溫高壓以外，還要承受爐料的摩擦及氣流的沖刷。因此在砌體材料選取，墻體結構設計等方面均要考慮這些工作條件。此外，保證爐體的氣密性是砌體設計的基本原則，中國豎爐一代砌體設計壽命為5a。
爐體鋼結構：
由于豎爐是正壓操作，為保證氣密性須采用鋼外殼，其中關鍵是如何處理爐殼熱膨脹所產生的應力。根據工藝要求，爐體的框架水梁與支柱應設計成剛性連接，不允許產生相對位移。支柱與土建平臺間采用鉸接結構。豎爐中*關鍵的部位是干燥床與導風墻的承重水梁。中國豎爐導風墻水梁的壽命達到3a。
布料設備選擇：
由于爐口截面呈矩形，國外豎爐常采用垂直相交的兩條梭式膠帶機進行“Z”字形布料。中國豎爐爐口有干燥床，改為由一條梭式膠帶機進行直線布料，簡化了布料設備。中國10m2豎爐的布料均采用懸臂式結構。隨著爐子長度的加大，懸臂拉桿高度增加，使生球落差增大。因此大型豎爐的布料機不宜采用懸臂式結構，宜改為輥道支撐裝置。梭式布料機在布料過程中應保證在前進與后退時料層厚度一致。
排礦設備設計與選擇：
排礦設備由齒輥卸料機及排料機組成。齒輥卸料機的作用主要是控制料面、活動料柱及破碎大塊。國外豎爐的齒輥卸料機組通常分上下兩層，交叉布置。中國豎爐則由一排齒輥組成。齒輥通水冷卻。相鄰齒輥的間隙為80～100mm。齒輥工作時轉矩大、轉速低，宜采用液壓傳動。齒輥兩端宜采用迷宮式密封。由于齒輥間存在著間隙，需要在漏斗下部安設控制排料的裝置。歐美一些國家豎爐采用“*”排料裝置，即用壓縮空氣吹動斜溜槽上的球團礦進行排料。中國豎爐通常采用電振給料機排料。
爐外冷卻設備選擇：
對爐內熱工過程的分析表明，過多的冷卻風進入爐內將干擾正常的焙燒制度。因此在爐內把球團礦冷卻到100℃以下是不可取的。常用的爐外冷卻設備是帶式冷卻機。它分抽風與鼓風兩種，其結構與燒結帶式冷卻機相似。
工藝風機選擇:
豎爐工藝風機包括助燃風機和冷卻風機兩種，均應采用離心式高壓鼓風機。風機的風量、風壓根據豎爐熱工計算確定。在選型時應適當留有余地，一般應有備用風機。設計中還需采取防治風機噪音的措施。
工藝除塵裝置選擇:
為了改善豎爐爐頂平臺操作環境，延長布料設備的壽命，需從豎爐爐頂抽出廢氣并進行凈化，一般采用靜電除塵器,目前唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司設計的豎爐已經選用靜電除塵器加脫硫除塵器的方式進行除塵及脫硫治理。
成品球上料系統設計：
在開爐及調節爐況時，需添加成品球團礦。一般采用專設帶式輸送機或卷揚機把成品球運到焙燒車間上部的礦槽內備用。
汽化冷卻系統設計：
豎爐導風墻及干燥床鋼梁的工作溫度分別為1000℃和600℃左右，需通水冷卻。這兩部分熱損失約占豎爐全部熱損失的15％，可采用汽化冷卻法回收余熱。一座10m2豎爐可回收蒸汽3～4t／h。
自控與監測系統設計
由于爐內存在活動料柱，給熱工參數監測帶來許多困難。中國豎爐的自動控制包括：燃燒室溫度控制(含空煤氣比例自動調節)和汽化冷卻系統的汽包水位控制。監測包括：燃燒室溫度、爐頂廢氣溫度和各帶氣體溫度的指示和記錄；燃燒室壓力、空煤氣管道壓力的指示和記錄；空煤氣流量的指示和記錄，其中煤氣流量要有累計值。在物料計量方面，應設精礦、粘結劑稱量調節裝置。入爐的生球和成品球團礦也要有計量裝置。
文章整理：唐山金泉冶金能源新技術開發有限公司 總工室
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