以質量求生存  以品質求發展

——敬業集團42座豫興頂燃式熱風爐背后的秘密

    敬業集團是以鋼鐵為主業的跨國企業集團，在全國500強企業名列166位，在全國制造業企業500強名列68位，在2021年9月25日中國500強企業高峰論壇上，河北敬業排名位居中國鋼鐵行業前五。2021年首次榮登《財富》世界500強榜單，排名375位。榮獲“鋼鐵行業改革開放40周年功勛企業”、“鋼鐵企業A級競爭力特強企業”、“中國鋼筋品牌計劃‘科技創新榜樣’”、“2018年度十大卓越建筑用鋼生產企業品牌”、“2018年‘百年匠星’中國建筑業特色品牌”、“河北省工業旅游示范企業”等諸多殊榮。是全球大型螺紋鋼生產基地，國家高強鋼筋生產示范企業、國家高新技術企業；其產品出口到80多個國家和地區，應用于北京大興國際機場、世博會中國館、三峽工程、南水北調、石家莊地鐵、呼市地鐵、雄安市民服務中心、文萊跨海大橋等國內外重點項目工程；被中國中鐵、中國電建、中國路橋、中國建筑等多家央企列為優秀供應商。

    敬業集團自2011年至今新建高爐或高爐升級改造配套（含敬業收購烏蘭浩特鋼鐵公司2014年新建一座616m³高爐配套3座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐）使用了高風溫、節能、穩定長壽、低氮環保豫興熱風爐技術42 座。近10年來，敬業集團通過產能升級改造和產能置換，淘汰了一批套筒球式、套筒格子磚式、仿卡魯金式等具有高耗能、高氮氧化物排放、易損壞缺點的熱風爐，實現了清一色豫興熱風爐技術群。敬業集團2011年新建1260m³高爐3座配套豫興懸鏈線頂燃式熱風爐9座，熱風爐結構由豫興公司設計、采用了豫興懸鏈線頂燃式熱風爐技術，核心產品由豫興公司制造，建成至今（第二煉鐵事業部11、12、13號高爐）送風溫度穩定控制在1220℃左右，煙道溫度穩定在360℃左右，氮氧化物排放小于50mg。2012年新建1260m³高爐3座配套的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐9座，熱風爐結構由豫興公司設計、采用了豫興懸鏈線頂燃式熱風爐技術，核心產品由豫興公司制造供應，建成至今（第三煉鐵事業部1、2、3號高爐）送風溫度穩定控制在1226℃左右，煙道溫度穩定在360℃左右，氮氧化物排放小于50mg。2020年產能置換新建A號1500m³高爐配套的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐4座，由豫興公司EPC總承包，建成至今送風溫度穩定控制在1220-1240℃（混風30%條件下）之間，拱頂溫度穩定控制在1300-1320℃，煙道溫度穩定在350-370℃之間，氮氧化物排放在50mg以下。2021年產能置換新建B號1500m³高爐配套豫興懸鏈線頂燃式熱風爐4座,由豫興公司PC承包，現熱風爐工程正處于烘爐階段。

    熱風爐作為鋼鐵企業至關重要的基礎設施，身為世界500強企業的敬業集團為何會如此青睞于豫興懸鏈線頂燃式熱風爐；豫興懸鏈線頂燃式熱風爐又是以什么樣的優異性能在眾多類型熱風爐的競爭中脫穎而出，贏得了敬業集團上下的一致認可？

    長期以來，敬業集團采用的套筒球爐、套筒格子磚和仿卡魯金熱風爐經常出現蓄熱體板結、變形、壓力變大，蓄熱換熱能力變差，熱風出口、燃燒口和燃燒器損壞、垮塌等問題，致使熱風爐風溫基本無法達到1200℃的設計和使用要求；從而造成高爐燃料比居高不下，極大的制約了敬業集團的產量和效益。尤其是2008年建成投產的9、10號高爐仿卡魯金頂燃式熱風爐，為了實現風溫大于1200℃的設計使用要求，全部采用了每座高爐配置3座仿卡式熱風爐和一套空氣加熱燃燒爐的超高配置，即便是在這樣的情況下熱風爐風溫也僅是剛剛超過1200℃。2010年第四季度，運行僅僅2年的這六座仿卡式頂燃式熱風爐錐形拱頂便出現大面積垮塌，不得不停爐大修，直至2011年2月才大修完成，因熱風爐損壞停產給敬業集團造成的減產和焦比攀升等損失高達數億元。

    在敬業集團飽受公司各種熱風爐問題困擾之際，其公司高層知曉了2007年投產的山西通才2座450m³高爐配套的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐高風溫穩定運行的情況。敬業集團迅速組織專家進行了現場考察，多次邀請豫興公司專家進行技術交流，組織行業專家學者科學論證，查閱到了環形上噴燃燒器在國際上高風溫實踐長達30年的資料和報道，充分肯定了豫興懸鏈線頂燃式熱風爐結構穩定，壽命長，風溫高的技術特點，定下了使用豫興懸鏈線頂燃式熱風爐爐型的這一正確決策。按照敬業集團的要求，2011年建成投產的3座高爐配套的9座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐依然配置了空氣燃燒爐，但在實際運行中因為豫興熱風爐特殊的煤空氣混合燃燒方式、較大的懸鏈線燃燒空間、較好的煙氣流場分布和較高格子磚利用率，即便在不啟動空氣燃燒爐加熱空氣的條件下，依然達到了風溫1250℃以上的設計和使用要求，因此配套的空氣加熱爐自開爐至今從未使用過。這9座豫興熱風爐的優異性能徹底打消了敬業集團的疑慮，此后集團所有新建高爐配套的熱風爐工程上全面淘汰了空氣加熱爐配置，僅此一項便為敬業集團節省了上億元的投資。

    那么豫興熱風爐都具有哪些優異的性能呢？

一、高風溫與低氮環保完美結合。

    更高的風溫一直都是熱風爐最核心的性能指標，但是隨著我國環保政策的收緊，熱風爐的節能環保性能正在成為一個能與高風溫比肩的核心性能指標。對熱風爐而言，所有的污染物排放中氮氧化物排放是制約熱風爐環保性能最關鍵的指標，這是由氮氧化物的產生機理決定的。根據多年的生產實踐觀測，熱風爐拱頂溫度≥1350℃是氮氧化物大量產生的先決條件；而提高熱風爐風溫卻又要求更高的拱頂溫度，因此從理論上講熱風爐的高風溫與低氮環保這兩項性能指標剛好是一對矛盾體。解決這個矛盾體的關鍵在于熱風爐能在拱頂溫度＜1350℃的條件下達到高送風風溫的目的，具體在技術上來就是要使熱風爐的煙氣流場分布更加均勻。因為熱風爐煙氣流場分布均勻能夠降低熱風爐拱頂和送風溫度的差值，從而使得熱風爐能夠以較低的拱頂溫度實現較高送風溫度的目的。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂燃熱風爐通過三項核心科技創新，使整個熱風爐的煙氣流場分布更加均勻，從而很好的平衡了高風溫與低氮氧化物排放之間的矛盾，實現了熱風爐高風溫與低氮燃燒的完美平衡。

    （一）采用環形煤氣、空氣對沖上噴燃燒器結構。豫興懸鏈線頂燃式熱風爐采用煤氣與空氣交錯布置的對沖上噴環形燃燒器結構，形成了獨特的渦旋攪擾混合燃燒技術，保證了空氣和煤氣的充分混合，使得在過?？諝庀禂?/span>α=1.02-1.05之間時即可實現煤氣的充分燃燒，同時因為α值小使得燃燒器噴嘴處火焰形態為短焰燃燒。配合獨特的懸鏈線拱頂結構，混合燃燒的火焰運行距離長，使環形燃燒器具有了長短焰混合燃燒的低氮氧化物燃燒器特征。

    （二）采用獨特的懸鏈線拱頂結構。豫興懸鏈線頂燃式熱風爐采用的懸鏈線拱頂與安裝在拱頂基腳部位的環形燃燒器一起能夠起到改善燃燒室煙氣流場分布的作用。由于這種獨特的拱頂結構和燃燒器位置，使得燃燒器上噴的氣流折返在熱風爐燃燒室內形成獨特的旋流加渦流煙氣流場分布狀態。高爐煤氣和空氣的混合氣流達到拱頂后折返向下，在燃燒室中心位置形成渦流；根據溫度分布的有關知識我們知道局部渦流會形成局部高溫區，因此這種煙氣流場分布狀態使得熱風爐燃燒室中心成為真正的高溫區域，燃燒室高溫區結構對稱、溫度區間分明、熱效率高、拱頂和燃燒室底部溫差小。同時由于這種煙氣流場分布狀態使相當量的下降氣流加入到上升氣流中，淡化了高溫區燃氣和空氣濃度，降低了上升氣流溫度，拉長了火焰，使高向加熱更加均勻，其原理與低氮燃燒器的廢氣循環技術相似，降低了氮氧化物排放。

    （三）采用孔孔相通的格子磚技術。豫興懸鏈線頂燃式熱風爐蓄熱室格子磚優化了傳統熱風爐蓄熱室格子磚形狀。以19孔格子磚為例，19孔格子磚一個平面底部設計有15毫米深的聯接18格孔的聯通凹槽，當氣流通過格磚第19個孔徑（即中心孔徑）時，由于流動的阻力和壓力，其氣流會在聯通的18個凹槽區域內均勻調節，放大到整個蓄熱室，就形成了互聯互通的均壓均流平面狀態。這種均壓均流平面狀態解決了普通格子磚格孔錯臺、錯位影響氣流通過的弊端，提高了格子磚蓄熱換熱性能和傳熱效率，優化了熱風爐冷氣流場分布狀態，縮小了拱頂溫度與鼓風溫度的差值，在實現熱風爐超低氮氧化物排放中起到了重要作用。

正是上述三個核心科技的創新，敬業集團現正在運行的34座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐才能夠實現運行風溫大于1200℃，氮氧化物排放小于50mg的驚人目的。

二、安全性與經濟性相得益彰。

    熱風爐作為鋼鐵行業重要的基礎設施，在整個運行期間都一直處于高溫高壓狀態，其結構穩定性和安全性對鋼鐵企業的安全運行至關重要；如果熱風爐的安全性出現問題甚至會影響企業的生存，因此熱風爐的結構穩定、運行安全是該型熱風爐能夠被用戶接受的前提。相比于安全性，經濟性則是所有企業都追求的核心目的，企業就是創造利潤的，企業的一切經濟行為都要圍繞著這一核心目的展開。敬業集團現正運行著的34座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐就很好的具備了安全性與經濟性特征。

        （一）安全性。自2011年首座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐建成投產至今，敬業集團已經新建和改造了42座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐，特別是2011年相繼投產的3座高爐9座熱風爐至今已安全運行10年有余，從設計使用壽命來看，這3組熱風爐還將安全穩定運行15年以上。豫興公司從設計和選材兩個方面保證在全壽命期間豫興懸鏈線頂燃式熱風爐的安全性。

    一是設計上。1.采用懸鏈線拱頂結構。敬業集團使用的42座豫興懸鏈線頂然式熱風爐使用的是懸鏈線結構拱頂，懸鏈線是力學上一種自穩定結構。世界上首座采用懸鏈線拱頂的霍戈文內燃式熱風爐是上世紀70年代投產的荷蘭克魯斯鋼廠7號2500m³高爐，它實現了在長期1250-1280℃高風溫條件下可靠服役47年沒有大修和損壞的記錄。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂然式熱風爐完美繼承了霍戈文內燃式熱風爐安全穩定的結構精髓，并結合頂然式熱風爐特點對其進行了進一步優化。2.全方位采用消除應力的連接方式。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂然式熱風爐為了確保拱頂結構的穩定性，將拱頂和具有熱應力的大墻結構斷開，釆用應力分隔的滑動式迷宮連接方式，并在拱頂內襯、拱頂輕質磚、拱頂爐殼之間采用了全方位的應力消除設計理念，促使耐火材料在加熱后不存在應力作用。3.采用壓力容器的方式計算爐殼尺寸和厚度。熱風爐爐殼的穩定性是影響熱風爐穩定長壽的重要因素之一，爐殼焊縫網狀開裂是制約我國大型熱風爐壽命的常見因素，為了保證爐殼的穩定長壽必須準確計算爐殼尺寸并選擇合適的材料。熱風爐在1200-1300℃高風溫工況下運行時，爐殼直徑最大、溫度最高的部位需要承受的壓力達到每平方米3000-6000噸之多；因此熱風爐的爐殼不僅是一個承受重力的結構，更是一個大壓力容器，必須依據壓力容器的標準來計算爐殼的幾何尺寸及厚度。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂然式熱風爐充分尊重熱風爐高壓高溫工作工況的實際情況，采用壓力容器的標準計算爐殼尺寸和厚度，有效避免了爐殼網狀開裂現象的發生。

    二是選材上。1.懸鏈線拱頂結構的選材。熱風爐懸鏈線拱頂燃燒室雖為力學上一種自穩定結構，但在高溫環境下要保持穩定也需要選擇合適的耐材。由于燃燒室中煙氣溫度的變化與不均都會導致爐墻結構的局部改變或產生較大內應力，這常常是燃燒室損壞的根本原因，因而對材料的高溫熱穩定性要求較高，它既要耐高溫、又要有抗熱震性、還要有大的耐壓強度。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂然式熱風爐拱頂主要釆用性能優異的硅磚，有效保證了熱風爐拱頂結構的安全穩定。2.燃燒器的選材。燃燒器內溫度變化特征一般是在燃燒階段溫度較低而送風階段溫度較高，唯有噴嘴部位是暴露在溫度較高的燃燒室區域。應該指出燃燒器本身是多孔與多通道的結構，存在結構應力分布不均，會在溫度變化導致的熱變形作用下出現結構性損壞。因此,從燃燒器整體結構的穩定性上考慮，一定要使用熱穩定性高的耐火材料制品。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂然式熱風爐燃燒器使用的是豫興公司獨家開發的高熱穩定性抗熱震磚（HRK）,使燃燒器在長期的溫差變化下保持結構穩定而不會出現局部或整體的變形與損壞;燃燒器的內墻部位（也是蓄熱室內墻）是釆用紅柱石高鋁磚（上部）和硅磚（下部）砌筑，因其耐高溫、抗熱震、高承壓的特性使該部位能在高溫下保持結構穩定。3.爐殼關鍵部位選材。爐殼鋼材是影響爐殼焊接縫質量的關鍵因素之一，相比于其它熱風爐使用的Q345C鋼材，敬業集團使用的豫興懸鏈線頂然式熱風爐在熱風爐幾何尺寸過渡段和熱風爐高溫段使用S、P含量更小的Q345R作為熱風爐構成材料以加強熱風爐爐殼結構強度和穩定性。這是因為對鋼材而言，S、P都是一種有害元素，當鋼中的S＞0.02%時，鋼材極易產生熱脆現象，同時S還會明顯降低鋼的焊接性能，引起高溫龜裂，并在焊縫產生氣孔和疏松，降低焊縫強度；而當鋼中含P量高時，會發生鋼的冷脆從而影響鋼材的焊接性能，同時P還會降低鋼的抗裂性能，提高鋼的偏析度，促進晶粒粗化。因此，為了熱風爐爐殼的安全穩定，豫興懸鏈線頂然式熱風爐在熱風爐爐殼關鍵部位使用了S、P含量更小的Q345R作為爐殼的構成材料。  

• 經濟性。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂然式熱風爐設計使用壽命為25年；設計風溫大于1250度，設計氮氧化物排放小于50mg。豫興懸鏈線頂然式熱風爐的這些優異性能給敬業集團帶來了良好的經濟性。

        一是節約脫硝設備投資和運行帶來的經濟性。敬業集團現正在運行的34座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐氮氧化物排放小于50毫克，遠遠小于現行環保法規要求的低于150mg氮氧化物排放標準。因此即便是在環保政策日趨收緊的未來預期下，豫興懸鏈線頂燃式熱風爐也不需要配備脫硝設備。以敬業集團1260m³高爐為例，如果需要采購脫硝設備，則配套脫硝設備的建設成本約為2000萬元，每年投入化學藥劑成本約為1000萬元，即便假設每年脫硝運行成本不變（實際上大概率成本會逐年增加），以熱風爐25年使用壽命為計算期，以成熟工業企業平均7%的利潤率為復利計算，25年的年金現值系數約為11.65，則整個運行期間，化學試劑的成本大約為11650萬元；那么豫興懸鏈線頂燃式熱風爐因具備低氮氧化物排放的特性而節約的成本約為13650萬元。

    二是熱風爐效率高而節約的煤氣費用。敬業集團使用的豫興頂燃式熱風爐比旋流頂燃式熱風爐效率高出3.5%-8.41%，其煤氣節省10%左右，按照5%-10%節省率計算。以敬業集團1260m³高爐2012年12月月產鋼鐵86651.16噸為均值，其年年產鋼量按100萬噸計算，噸鐵煤氣消耗570m³（鞍鋼噸鐵煤耗），按照節約5%-10%核算，全年煤氣消耗節省2850萬m³-5700萬m³。即便以0.1元/m³計算煤氣價值，以5%的最低節約率計算，每年也能節約煤氣消耗285萬元，以熱風爐設計使用壽命25年期，同樣7%的復利現值11.65計算，在全壽命期間可節約煤氣成本至少3320萬元。

    三是減少建設投資費用。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐與其它熱風爐系統相比較，懸鏈線頂燃式熱風爐總高度比旋流熱風爐約低15%，系統框架及鋼材使用量減少10%左右，按照平均5000元每噸加工的鋼材總量約4000噸核算，可節約投資200萬元。

    以上計算中尚沒有估算因熱風爐穩定的高風溫帶來的焦比節約而減低的焦煤成本，也沒有估算因熱風爐結構穩定而減少的損失；即便如此以敬業集團1260m³高爐為例，使用豫興懸鏈線頂燃式熱風爐即可在25年的使用期限內為企業節約至少17170萬元的成本或費用，充分展現了豫興懸鏈線頂燃式熱風爐良好的經濟性。

三、好產品與優服務相輔相成。

    好產品。敬業集團使用的豫興懸鏈線頂燃式熱風爐集高溫長壽、高效節能、低氮環保等諸多優異性能于一身，是豫興公司幾十年如一日深耕熱風爐市場的技術結晶，是當今熱風爐市場最耀眼的“明星”產品之一。其榮獲了河南省科技進步二等獎、河南省工業和信息化“科技成果一等獎”、“2018年度河南省裝備制造業十大標志性高端裝備”、鄭州市“科技進步特等獎”等諸多殊榮。豫興懸鏈線頂燃式熱風爐自2006年投入市場以來，獲得了市場的一致好評和青睞，到目前已有650余座豫興懸鏈線頂燃式熱風爐屹立在全國各地，更有6座要求入爐風量6000m³以上的高爐配置了此爐型的熱風爐。2017年至2020年之間確定和建設的河北省18座2000m³-3580m³高爐配套的頂燃式熱風爐共56座（不含2015年確定的京唐3號高爐熱風爐），其中的47座采用了豫興頂燃式熱風爐技術（河北省內豫興頂燃式熱風爐已有近300座）。疫情最嚴重、經濟影響最大的2020年元月1號至12月31號在建和投產的豫興頂燃式熱風爐120座。這些業績充分證明了豫興懸鏈線頂燃式熱風爐已經獲得了市場和用戶的廣泛認可。

    優服務。河南省豫興熱風爐工程技術有限公司是一家集熱風爐技術研發、設計、建造、技術服務和材料制造為一體的EPC工程總承包公司。豫興公司一直秉承“一切以用戶為中心”的發展理念，堅持走“科技為本，服務立身”的樸素發展道路；二十年如一日，醉心高溫熱風爐技術研發，苦練內功，不斷提升自身服務用戶的能力和水平；豫興公司堅持結合客戶實際為每個用戶提供個性化產品，滿足每個用戶獨特需求；豫興公司堅持為每個豫興熱風爐用戶提供跟蹤式服務、伴隨化保障，旨為讓每一個用戶都能放心、舒心的使用豫興公司的產品。

    正是因為豫興懸鏈線頂燃式熱風爐的優異性能，贏得了敬業集團上下的一致認可，使敬業集團毫不猶豫的選擇豫興熱風爐作為其唯一選項。堅守做更好的熱風爐產品這個初心不改，豫興公司的全體人員仍將砥礪奮進、不斷創新。目前，豫興公司已經開發出了新的熱風爐系統配套技術，并已于有關鋼鐵企業開展了合作實驗。該技術致力于在2025年底以前實現二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物均小于50毫克以下接近零的排放目標，屆時豫興公司將為我國完成碳達峰、碳中和目標做出更大貢獻。