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頂燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)管道損毀分析及解決方案
發(fā)布時(shí)間：
2023-11-21
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熱風(fēng)管道是實(shí)現(xiàn)高溫?zé)犸L(fēng)輸送的關(guān)鍵裝置，頂燃式熱風(fēng)爐管道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工況條件苛刻。熱風(fēng)管道的異常損毀已成為影響高爐穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素，本文分析頂燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)管道損毀原因，并提出解決方案。
一、頂燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)管道的特點(diǎn)
熱風(fēng)管道的送風(fēng)溫度最高可達(dá)1300℃以上，壓力大于0.3MPa，管道內(nèi)襯耐火材料及管道鋼殼會(huì)受熱膨脹，產(chǎn)生較大盲板力，在三岔口、補(bǔ)償器等結(jié)構(gòu)復(fù)雜或膨脹縫部位容易竄風(fēng)。
1、熱風(fēng)支管兩端不均勻縱向位移
頂燃式熱風(fēng)爐的熱風(fēng)爐底部和熱風(fēng)豎管為固定設(shè)置，熱風(fēng)爐爐體受熱軸向和徑向膨脹，熱風(fēng)支管與熱風(fēng)爐處于垂直相連的狀態(tài)，在熱風(fēng)爐升溫后，熱風(fēng)爐送風(fēng)-燃燒、燃燒-送風(fēng)交替工作，熱風(fēng)支管上所設(shè)波紋補(bǔ)償器需同時(shí)吸收支管的橫向位移和熱風(fēng)爐爐體受熱對(duì)其產(chǎn)生的縱向位移。熱風(fēng)支管內(nèi)部耐火材料無(wú)法吸收補(bǔ)波紋償器發(fā)生的橫向和縱向位移，工作層耐火材料結(jié)構(gòu)失穩(wěn)竄風(fēng)，燒毀輕質(zhì)隔熱磚和熱風(fēng)支管復(fù)式補(bǔ)償器造成熱風(fēng)支管損壞。
2、熱風(fēng)管道盲板力影響
熱風(fēng)管道的主/支管三岔口、主/圍管三岔口是管道銜接的地方，傳統(tǒng)砌筑過(guò)程中，在主管與支管（或圍管）連接處有一條環(huán)形通縫及諸多三角縫，管道工作期間受到盲板力、炙熱氣流的剪切力、激振流的沖刷，送風(fēng)與休風(fēng)時(shí)的熱脹冷縮等作用，造成三岔口組合磚的快速破損，進(jìn)而發(fā)生竄風(fēng)造成鋼殼過(guò)熱發(fā)紅。
3、熱風(fēng)管道單磚設(shè)計(jì)不合理
熱風(fēng)管道采用普通"齊頭磚"設(shè)計(jì)，前后環(huán)管道磚密封性和咬合能力差，造成管道竄風(fēng)和掉磚。
4、熱風(fēng)管道膨脹縫留設(shè)不科學(xué)
熱風(fēng)管道膨脹縫留設(shè)未對(duì)特定溫度下熱風(fēng)管道耐火磚膨脹量做出準(zhǔn)確計(jì)算。一般都按經(jīng)驗(yàn)預(yù)留，膨脹縫小了耐火磚被擠碎、掉磚；膨脹縫大了熱風(fēng)竄入燒毀輕質(zhì)隔熱磚，引起爐殼發(fā)紅。
5、大拉桿設(shè)計(jì)缺失
熱風(fēng)爐設(shè)計(jì)通常都考慮了熱風(fēng)管道受熱膨脹帶來(lái)的影響，在熱風(fēng)管道上設(shè)置了波紋管補(bǔ)償器，但忽視了管道盲板力可能帶來(lái)的影響，熱風(fēng)支管和總管沒(méi)有設(shè)計(jì)拉桿裝置。
二、熱風(fēng)管道損壞解決方案
安耐克專注于高爐熱風(fēng)爐技術(shù)的自主研發(fā)與創(chuàng)新，不斷優(yōu)化頂燃式熱風(fēng)爐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與耐火材料配置，針對(duì)頂燃式熱風(fēng)爐管道異常損壞問(wèn)題，創(chuàng)新性地提出了系列解決方案。
1、采用熱風(fēng)支管"關(guān)節(jié)管"技術(shù)
熱風(fēng)爐在送風(fēng)與燃燒交替進(jìn)行時(shí)，熱風(fēng)支管周期性受道壓力和溫度作用，熱風(fēng)支管處采用"關(guān)節(jié)管"組合體技術(shù)，通過(guò)"關(guān)節(jié)管"組合體的小角度位移，吸收熱風(fēng)支管兩端不均勻的縱向膨脹，減少熱風(fēng)支管內(nèi)部耐火材料的損壞。
"關(guān)節(jié)管"組合體技術(shù)示意圖
2、改變熱風(fēng)爐布置方式
將熱風(fēng)爐一列式布置更改為矩形或三角形對(duì)稱布置，熱風(fēng)支管直接連接熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口與熱風(fēng)豎管（圖2）。
該布置方式不僅可縮小熱風(fēng)支管兩端不均勻的縱向位移，解決不同熱風(fēng)爐送風(fēng)帶來(lái)的熱風(fēng)管道周期性膨脹收縮問(wèn)題，還減小了一列式熱風(fēng)爐布置方式盲板力帶來(lái)的不利影響。此外，該布置方式取消了熱風(fēng)主管（平臺(tái)管）和熱風(fēng)管道框架結(jié)構(gòu)，不僅提高了熱風(fēng)爐系統(tǒng)熱效率，還降低了投資。經(jīng)測(cè)算，熱風(fēng)爐對(duì)稱性布置較一列式布置熱風(fēng)爐系統(tǒng)投資降低10%以上。
3、熱風(fēng)管道耐火磚采用"Z字形"結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
熱風(fēng)管道耐火磚采用"Z字形"設(shè)計(jì)，可以起到很好的環(huán)向密封氣流作用，單磚拐折處環(huán)環(huán)相扣、相互支撐，結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
4、熱風(fēng)主管與支管三岔口采用澆注+組合磚技術(shù)
熱風(fēng)管道三岔口下半環(huán)采用組合磚砌筑，上半環(huán)采用高強(qiáng)耐磨澆注料整體澆注。組合磚與澆注料的材質(zhì)相同，保證組合磚和澆注料的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱能力相當(dāng)。該結(jié)構(gòu)管道銜接處強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性好，杜絕三岔口變形、開(kāi)裂、掉磚，也同時(shí)解決施工難的問(wèn)題。
5、熱風(fēng)管道耐材設(shè)計(jì)與管殼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相輔相成
根據(jù)熱風(fēng)管道不同部位使用工況和實(shí)測(cè)耐火磚線膨脹系數(shù)，磚襯設(shè)計(jì)時(shí)按照管道徑向溫度梯度合理配置耐材、預(yù)留膨脹縫，并對(duì)膨脹縫、波紋補(bǔ)償器、三岔口等處的耐材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行局部特殊處理，如采用導(dǎo)流磚、迷宮式膨脹縫等，保證管道結(jié)構(gòu)密封性。
6、消除盲板力影響
波紋補(bǔ)償器配套大拉桿，設(shè)置端部波紋管補(bǔ)償器和相應(yīng)的拉桿裝置可以消除盲板力對(duì)于拉桿覆蓋范圍內(nèi)的管道系統(tǒng)的影響。
綜上所述，安耐克基于應(yīng)力和應(yīng)變分析設(shè)計(jì)的熱風(fēng)管道膨脹及拉緊裝置，保證熱風(fēng)管道系統(tǒng)既能夠承受軸向變形，又能夠承受頂燃式熱風(fēng)爐特有的熱風(fēng)管道徑向變形，有效解決了熱風(fēng)管道熱應(yīng)力與結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布、承受與消除問(wèn)題，并配合三岔口組合磚與膨脹節(jié)可以杜絕熱風(fēng)管道內(nèi)襯磚出現(xiàn)變形、掉磚等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐管道系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行20年以上，為高爐高風(fēng)溫穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠保障。
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