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蓄热式燃烧技术在南钢中板厂的应用 |
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摘 要：本文介绍了新型蓄热式燃烧技术及原理，及其在南钢中板厂的应用情况，对新型蓄热式加热炉的应用和技术优势及应注意的问题进行分析。
关键词：新型蓄热式燃烧技术 蓄热体 加热炉
1 蓄热式燃烧技术发展
蓄热式燃烧技术是一项传统技术，早在十九世纪中期就开始应用于高炉、热风炉、焦炉等规模大且温度高的炉子，但传统的蓄热室采用格子砖为蓄热体，传热效率低，蓄热室体积庞大，换向周期长，限制了它在其它工业炉上的应用。
1982年，英国Hot Work Development公司和British Gas研究院合作，成功开发第一座使用陶瓷小球作为蓄热体的新型蓄热式加热炉，节能效果显著。
新型蓄热室采用陶瓷小球或陶瓷蜂窝体作为蓄热体，其比表面积高达200～1000m2/m3，比传统的格子砖高几十至几百倍，因此，极大地提高传热效率，使蓄热室的体积可以大为缩小。另外，由于换向装置和控制技术的提高，使得换向周期大为缩短，传统蓄热室的换向周期一般为30分钟至数小时，而新型蓄热室的换向周期仅为0.5～3分钟。新型蓄热室传热效率高和换向周期短，带来的效果是排烟温度低（200℃以下），被预热节制的预热温度高（约为炉温的80～90%）,因此，废气余热得到接近极限的回收，蓄热室的温度效率可达85%以上，热回收效率达80%以上。
二十世纪九十年代以来，国际上在蓄热式燃烧技术的研究或应用方面取得很大进展，并把节能和环保结合起来，提升为“高温空气燃烧技术”（HTAC）[1]。
2 新型蓄热式燃烧技术原理
蓄热式高温空气燃烧技术原理如图1所示。
图1蓄热式HTAC技术原理示意图
新型蓄热式燃烧呈对布置(A、B状态)，从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进蓄热式燃烧器B后，再经过蓄热式燃烧器B（陶瓷小球或蜂窝体）时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般为炉膛温度的80－90％），被加热的高温热空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料，燃料在贫氧状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过另一个蓄热式燃烧器A排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热式燃烧器A时将显热储存在蓄热式燃烧器A内的蓄热体，然后以低于150℃的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定频率进行切换，使得两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热状态交替工作，从而达到节能和降低NOX排放量等目的。常用换向周期30－180s。
3 蓄热体性能比较
陶瓷小球一般采用φ15～φ25mm小球，材质要求稍低；蜂窝体壁薄、孔距小，能在较短时间积蓄和释放热量，但对材质要求高，要求材质抗高温蠕变性能稳定。需要指出，采用小球蓄热，热空气温度将比炉温低150～200℃，而蜂窝体蓄热，热空气温度接近炉温。用φ20mm球体与100孔蜂窝体相比较，传热面积相差7倍，传热能力相差5倍，压力损失大三倍。
4 应用案例
南钢中板厂采用蓄热式燃烧技术对1＃加热炉大修改造，由北京神雾热能技术有限公司总承包。2001年11月3日开工，至2002年1月20日投产，采用蜂窝体为蓄热体的蓄热式烧嘴加热炉技术，加热炉长30m，宽4.64m，钢坯规格 (150～220)×(800～1200)×(1300～2050) (mm3)，加热能力75t/h，加热钢温1180－1230℃，空气预热温度达1100℃（仪表记录显示），燃料为高、焦炉混合煤气，热值为（8000—9196）kJ/Nm3，改造前的吨钢能耗为2.1GJ/t以上。改造后经济效益分析如下。
（1）中板厂改造前1#加热炉单耗2.1GJ/t材（其中煤气1.85 GJ/t材，重油7kg/ t材× 0.04 GJ/ kg =0.28 GJ/t材）,成本:1.82 GJ/t材×11.52元/GJ+7 kg/t材×1.265元/kg=29.821元/t材；
改造后成本: 1.68 GJ/t材×11.52元/GJ=19.35元/ t材；
按年加热能力30万吨计：年节能效益:30×(29.821-19.35)=314.1万元
（2）降低氧化烧损效益：
改造后可降低氧化烧损0.3%，效益:30×0.3%×(1610-200)=126.9万元；
（3）1#加热炉技改后小时产量提高15t/h，年增产3万吨，每吨效益200元计，年增产效益：3×200=600万元。
效益合计：314.1+126.9+600=1041万元。
（4）改造后烟气中有害成份NOx的排放浓度小于100´10-6，环保效益显著。
5 新型蓄热式加热炉的技术优势
（1）节能潜力巨大，节能15－30％，同时大大缓解了大气的温室气体排放，CO2的排放量降低约30％。
（2） 蓄热式燃烧是一种先进的弥漫式燃烧方式，扩展火焰燃烧区域，火焰的边界几乎扩展到炉膛的边界，从而使得炉膛内温度分布均匀，不易形成局部高温，一方面提高了加热质量，另一方面延长了炉膛寿命。
（3）炉膛的平均温度增加，加强了炉内传热，在相同产量情况下，加热炉的尺寸可以缩小10－20％，对于相同尺寸的加热炉，蓄热式加热炉的产量可以提高10－15％，解决了旧炉改造的问题，提高了产量和旧炉子的装备水平。
（4）由于火焰不是在烧嘴产生的，而是在炉膛空间内才开始燃烧，因而燃烧噪声低。
（5）采用传统的节能燃烧技术，助燃空气预热温度越高，烟气中的NOx含量越大；而采用蓄热式高温空气燃烧技术，在助燃空气预热温度高达1000℃情况下，由于燃料在贫氧（2－20％）状态下燃烧，炉内NOx生成量反而大大减少，NOx排放量可达50－150ppm，达到国家一级排放标准以上。
（6）炉膛内为贫氧燃烧，使得加热炉加热的钢坯氧化烧损大为减少，钢坯氧化烧损约降低0.3％。
6 新型蓄热式加热炉应注意的问题
（1） 由于蓄热式燃烧方式使得加热炉的炉压较难控制，必须通过炉型的优化及控制系统的升级解决炉压控制问题
（2）排烟温度较低（低于150℃），必须注意烟气的露点腐蚀问题。
（3）采用大四通换向阀集中换向，造成燃烧间断时间较长；同时，使得加热炉两侧不对称布置，造成两侧燃烧间断时间不同，影响加热炉控制水平。
（4）换向过程为自动控制，编制控制程序时应避免向炉内单独供应燃料或空气的情况发生，防止爆炸或氧气浓度过大。(end)
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(11/23/2004) |
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