不同類型加熱爐的蓄熱式燃燒設計

1、<p>　　不同類型加熱爐的蓄熱式燃燒設計</p><p>　　[摘要]在當前鋼鐵工業(yè)發(fā)展的過程中，隨著科學技術水平的不斷進步，蓄熱式加熱爐的燃燒設計在逐步的完善，不同類型的加熱爐在設計的過程中，我們要采用不同的燃燒設計。 </p><p>　　[關鍵詞]蓄熱式；加熱爐；燃燒；設計 </p><p>　　中圖分類號：TK513.5文獻標識碼： A <

2、/p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　在當前工業(yè)發(fā)展的過程中，鋼鐵企業(yè)為了適應其自身的生產需要，建設了各種類型的加熱爐，加熱爐的燃燒設計是加熱爐設計的關鍵，也是蓄熱式加熱爐在使用過程中重要的經濟指標。良好的設計能在一定程度上節(jié)約煤氣的使用量，提高鋼坯的加熱效率，提高單位時間內生產效率。 </p><p>　　二、蓄熱技術

3、原理和系統(tǒng)組成 </p><p>　　1、蓄熱式燃燒技術原理 </p><p>　　蓄熱式燃燒技術(又稱“高溫空氣燃燒技術”，簡稱HTAC)是日本學者田中良一等人于20世紀80年代末提出的一種全新概念燃燒技術，它把回收煙氣余熱與高效燃燒及降低NOx排放等技術有機地結合起來，從而實現極限節(jié)能和極限降低NOx排放量的雙重目的。蓄熱式燃燒技術。蓄熱式燃燒技術的主要特征是: </p>

4、<p>　?。ㄒ?采用蓄熱式燃燒技術，交替切換空氣與煙氣或煤氣與煙氣，使之流經蓄熱體，能夠最大限度地回收高溫煙氣的物理熱，從而達到大幅度節(jié)約能源(一般節(jié)能10%-30%)，提高熱工設備熱效率，同時減少對大氣的溫室氣體排放(CO2減少10%-70%)； </p><p>　　（二)通過組織貧氧燃燒，擴展了火焰燃燒區(qū)域，火焰邊界幾乎擴展到爐膛邊界，使得爐內溫度分布均勻； </p><p

5、>　?。ㄈ?通過組織貧氧燃燒，大大降低了煙氣中NOx的排放(NOx排入減少40%以上)； </p><p>　?。ㄋ?爐內傳熱效率提高，加強了爐內傳熱，導致相同尺寸的熱工設備產量提高10%以上； </p><p>　?。ㄎ?低熱值燃料(如高爐煤氣、發(fā)生爐煤氣、轉爐煤氣等)借助高溫蓄熱的空氣或高溫蓄熱的燃氣可獲得較高的爐溫，擴展了低熱值燃料的應用范圍。 </p><

6、p>　　2、蓄熱式燃燒系統(tǒng)組成 </p><p>　　目前的蓄熱式燃燒技術主要采用外掛蓄熱燒嘴和獨立換向控制技術，由蓄熱燒嘴和換向系統(tǒng)組成，其中蓄熱燒嘴主要包括:蓄熱箱體、蓄熱體、燒嘴磚；換向裝置由換向閥和控制系統(tǒng)組成。蓄熱式燃燒系統(tǒng)關鍵是蓄熱體、燒嘴磚和換向閥的設計、選型和性能以及換向控制策略，這是加熱爐能否可靠、安全運行的關鍵，是減少加熱爐的故障和維護的關鍵，也是工程技術人員研究的關鍵。 </p&

7、gt;<p>　　三、理論分析與設計優(yōu)化 </p><p>　　根據使用的要求不同，加熱爐的設計重點也不同，在進行蓄熱式加熱爐設計的過程中主要需要考慮噴口形狀與結構設計；介質流量與壓力設計；蓄熱燃燒系統(tǒng)結構與布置；射流角度設計；管路設計等幾個方面 </p><p>　　1、不同爐寬加熱爐的設計 </p><p>　　蓄熱式加熱爐由于空氣或煤氣預熱溫度高

8、,可述到1100℃,煤氣預熱溫度已超過著火點溫度,燃燒速度已不是限制性環(huán)節(jié),加上燃燒溫度可以高達2300℃以上,一混合就迅速燃燒,為了保護燃燒裝置,一般不采用預混燃燒,基本采用擴散燃燒。而擴散燃燒的限制性環(huán)節(jié)是介質的混合,加上蓄熱式加熱爐是周期性供熱和側面引風機周期性排煙,介質的混合顯得尤為重要,否則容易把煤氣抽到蓄熱室二次燃燒或隨煙氣排走。如何使介質充分混合,組織合理的燃燒火焰,是蓄熱式燃燒設計的重點。 </p><

9、;p>　　對于爐寬大于 12 m 的加熱爐, 外置通道式雖然交叉射流設計作用可以加大, 火焰長度變短, 爐寬方向溫度又不均勻。內置通道式由于受爐墻限制, 交叉射流角度和多噴口細流股設計都受到限制。在設計中除了要考慮以上技術手段, 關鍵要進行定量計算。對紊流擴散燃燒, 火焰長度與單一介質流速、流量無關, 主要取決于噴口直徑和燃料種類, 根據Gunther 的經驗公式： </p><p>　　式中: L 為火焰

10、長度; d 為噴口直徑; R 為空氣和煤氣化學當量比; ρo為燃料密度; ρf為煙氣密度。因此在設計時考慮空氣和煤氣化學當量比是很重要的。當然強制側排煙也是要考慮的一個重要方面, 不同的爐寬排煙設計是不同的, 尤其排煙抽力和調節(jié)幅度, 在實際生產中至關重要。 </p><p>　　2、不同爐膛高度加熱爐的設計 </p><p>　　根據生產的需要，我們往往需要對爐膛進行改造，增加蓄熱式燃燒

11、爐的燃燒值，在改造的過程中往往會受到爐膛的結構和高度的限制，在不改變原結構的情況下就需要我們對加熱爐內的燃燒系統(tǒng)進行合理的布置，對于爐膛較小的蓄熱箱體只能采用水平布置，這就限制了蓄熱能力，并且容易產生煙氣短路。為了發(fā)揮垂直布置蓄熱室中蓄熱球體自密性好的優(yōu)點,通過優(yōu)化燃燒系統(tǒng)設計,對高度不夠的小型加熱爐采用n型結構,保持蓄熱室垂直布置優(yōu)點的同時,能實現鋼坯上下雙面同時加熱。對高度夠的大型加熱爐采用k型結構,可提高系統(tǒng)可靠性,避免蓄熱室短路

12、的產生。對低溫爐如連續(xù)退火加熱爐采用B型組合式蓄熱燒嘴結構。 </p><p>　　3、端進出料與側進出料加熱爐的不同設計 </p><p>　　目前,端進出料加熱爐與側進出料加熱爐的蓄熱燃燒設計,大都沒有區(qū)別,由于沒有考慮不同的設計,因而端進出料加熱爐一會兒吸冷風,一會兒冒大火;側進出料加熱爐表現爐壓高,損壞爐體結構。在設計時要考慮爐膛內部壓力對換向瞬間爐口壓力變化。 </p>

13、;<p>　　四、提高加熱質量的技術策略 </p><p>　　生產厚度120～300㎜鋼坯，軋線對加熱質量要求整個鋼坯內部的溫差不能超過30℃。為了能夠提高鋼坯加熱質量，減少斷面和長度溫差： </p><p>　　圖1 加熱爐橫斷面圖 </p><p>　　1、加熱區(qū)設置足夠的供熱量，根據鋼種及冷熱裝的不同，按照鋼坯的熱傳導系數的高低，合理供熱。 &

14、lt;/p><p>　　2、加熱爐設置為四個供熱段，每段供熱能力有較大的調節(jié)范圍，可適應各鋼種坯料的加熱制度。 </p><p>　　3、設置足夠量的爐溫監(jiān)測點，實時監(jiān)測各點爐溫，方便調節(jié)。 </p><p>　　4、各段水梁錯位布置，相鄰滑塊錯位布置。 </p><p>　　5、蓄熱式燒嘴設計充分考慮流速、噴口角度等，提高燃燒效率。 </

15、p><p>　　6、采用二級數學模型控制系統(tǒng)，精確控制爐溫。 </p><p>　　五、二級數學模型設計 </p><p>　　生產的坯料種類、鋼坯規(guī)格非常繁多，加熱作為主軋線的前道工序，必須準確而及時地將板坯加熱到工藝要求的溫度和板坯均熱度，在優(yōu)質高產的前提下，盡可能減少燃料消耗和氧化燒損。在實現自動控制的基礎上，應用了二級數學模型，實現多種功能： </p>

16、;<p>　　1、根據生產軋制計劃，智能分配鋼坯裝爐和出爐順序； </p><p>　　2、根據生產產量變化，自動加熱，實現爐溫、爐壓等的全自動控制； </p><p>　　3、智能模擬鋼坯加熱，計算出鋼坯在不同位置時的外表和內部等溫度值； </p><p>　　4、全線跟蹤鋼坯位置，實現物料跟蹤； </p><p>　　5、實

17、現軋線L2、L3和加熱爐PLC通信，構成整體自動控制系統(tǒng)。 </p><p><b>　　六、節(jié)能措施 </b></p><p>　　加熱爐的能耗水平直接影響軋鋼生產成本。因此，針對上述問題對其形成原因進行分析，并提出節(jié)約措施。 </p><p>　　1、延長煙氣在爐時間，降低排煙溫度。在降低煙氣帶走熱量導致能量浪費，其主要做法是通過利用煙氣預

18、熱空氣和回收煙氣余熱。主要體現在幾個方面:〔1)延長煙氣在爐時間; </p><p>　　2、利用其溫度通過換熱器對其余熱再利用; </p><p>　　3、減少煤氣壓力和熱值波動。減少煤氣壓力和熱值波動可從以下幾個方面著手:減少公司非計劃停機造成影響，做到檢修有計劃。根據檢修計劃合理調配煤氣;在技術上采用煤氣穩(wěn)壓裝置，如增加煤氣柜來緩解煤氣供需平衡;增加熱值儀加強煤氣熱值監(jiān)控的同時，在加

19、熱爐燃料使用上可采用單一煤氣或制定好煤氣混合比例穩(wěn)定煤氣熱值;在加熱爐控制方面可提升燃燒控制技術解決煤氣壓力、熱值波動影響燃料利用。 </p><p>　　4、降低因燒嘴堵塞、腐蝕漏氣導致能耗上升。降低因燒嘴堵塞、腐蝕漏氣可從技術上和操作維護兩方面入手。技術上從以下三方面入手:通過干法代替濕法減少煤氣含水;提高脫硫脫焦效率;通過過濾提高凈化水平;選擇高性能耐高溫材料。操作維護上:一是，根據軋鋼工藝條件，盡可能降低

20、出鋼溫度，減少待軋時間;二是，定期檢修清理燒嘴內粘結物。 </p><p>　　5、優(yōu)化工藝降低燒嘴磚燒損。降低燒嘴磚損壞從以下兩面入手:選擇急冷急熱、熱震穩(wěn)定性好的蓄熱體;優(yōu)化加熱工藝制度，減少急冷急熱;優(yōu)化排產，減少因排產原因造成的急冷急熱。 </p><p>　　6、保證換熱器穩(wěn)定運行。換熱器穩(wěn)定運行需要做好以下幾個方面:定期清理和維護換熱器，避免因雜物或腐蝕導致?lián)Q熱器損壞;換熱器采

21、用抗腐蝕較好的合金，延長使用壽命;合理儲備換熱器備件。 </p><p>　　7、減少爐底結渣和爐頭、爐墻冒火。減少爐底結渣和爐頭、爐墻冒火可從以下四方面入手:定期清理爐底結渣;控制爐內壓力為低于20Pa的微正壓減少爐底結渣;損壞爐墻采取灌漿修補避免出現爐頭、爐墻冒火;c采取措施減少氧化燒損。 </p><p>　　8、降低排氣溫度。它的利用效果受到爐長，空氣預熱溫度，煤氣預熱等幾方面制約

22、。 </p><p><b>　　七、結束語 </b></p><p>　　在蓄熱式加熱爐燃燒的設計的過程中，我們要根據加熱爐的類型對加熱溫度、煤氣燃燒、空氣利用、燒嘴類型等各個方面進行考慮，使其能適應不同類型加熱的需要，滿足生產需求。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p&