蓄热式高温空气燃烧技术在武钢大型厂的应用

作者：王海霞 孙丽萍

欢迎访问e展厅 展厅 8 炉窑相关设备展厅 喷煤机, 煤气发生炉, 节能装置, 点火器, 烧嘴, ... 摘 要：本文论述了我国冶金工业炉窑的改进方法和高温空气燃烧（HTAC）技术在提高工业炉窑效率、节能环保方面的优越性。采用高温空气燃烧技术对武钢大型厂3#加热炉进行了全面技术改造，取得了加热质量优良，节能20%以上的良好效益。 关键词：蓄热式HTAC技术；加热炉；应用 1 前言 工业炉窑是冶金企业的基础生产设备，也是主要耗能设备。长期以来，工程技术人员始终在改进炉体结构、燃烧器、余热回收、优化生产工艺、采取新型保温材料等方面进行广泛探索，以提高热效率。就工业炉窑的能源利用来看，高温烟气带走的热量约占燃料供给总热量的30%～50%，因此，如何利用高温烟气的热能是工业炉窑节能降耗的关键。 根据工业炉窑烟气余热开发利用的发展状况，工业炉窑大致分成三种类型，即： （1）烟气余热不利用型 炉内烟气温度已达1000℃以上，排入大气，不仅浪费大量烟气余热，而且对环境造成污染，其热效率在30%以下，目前这种类型工业炉窑在大型连续生产线的企业中已基本淘汰，只有部分从事简单生产的小型炉窑还在使用。 （2）采用换热设备回收烟气余热 将工业炉产生的烟气引入集中式烟道，利用烟气余热预热空气，武钢有限责任公司大型轧钢厂1#、2#推钢式加热炉和改造前的3#推钢式加热炉即为该类型的工业炉。1#、2#轧钢加热炉是二十世纪五十年代设计的陶土换热器推钢式加热炉，换热效率较低，同时由于炉龄长，陶土换热器漏风、堵塞现象严重，热效率极低，煤气单耗为2.3GJ/t钢左右。3#轧钢加热炉是采用金属换热器，由于受换热器材质抗热抗蚀能力和系统漏损的限制，烟气进入的温度反为700℃～800℃，空气预热后的温度为400℃～500℃。热效率约在50%左右，仍有大量烟气余热没有得到有效的回收利用，而且随着时间的推移换热器的效率越来越低，正常使用寿命为5～6年，而且更新成本高。单纯提高助燃空气的温度，同时也带来不利因素，如在常规下燃料燃烧，火焰热工作区域越来越小，火焰的局部温度增高，炉膛内温度分布不均匀，炉膛压力难以控制，炉内气氛不易调节，增大了NOX的排放量。 （3）采用蓄热式高温空气燃烧技术回收烟气余热的工业炉窑 依靠蓄热体进行热交换的烟气回收技术。其不仅仅依靠蓄热体进行预热，提高空气温度，它同时还改变了组织燃料进行燃烧的方式[1]。在传统的燃烧方式下，空气和燃气在混合筒内进行较好的混合后通过烧嘴喷入炉膛，混合可燃气体在炉膛内形成火焰，这种火焰燃烧在距喷嘴一定距离内有温度最高点，在蓄热式燃烧中，空气经预热后的温度很高，煤气、空气经过各自通道喷入炉膛内部。这种特殊的燃烧方式将炉膛作为反应器，使得炉内温度分布均匀，消除了局部高温，经过加热后的钢坯在轧制过程中没有明显的“黑印”，从而使得产品质量得到保障，另外还降低了NOX排放，较好地解决了污染问题。 以北京神雾热能技术有限公司为代表的热能利用集科研和生产于一体的企业，目前已成功地开发了适应冶金工业炉窑的蓄热式高温空气燃烧系统，采用陶瓷小球或蜂窝体作为蓄热体的特殊高效蓄热式烧嘴。使炉子热效率提高至70%以上，普遍节能在30%以上，武钢、邯钢等大型企业通过应用已收到显著效果。 2 蓄热式高温空气燃烧技术在武钢的应用 2.1 概况 武汉钢铁有限责任公司大型轧钢厂原3#加热炉为连续推钢式加热炉，钢坯端进端出，小时设计加热能力为100t，燃料为高、焦炉混合煤气（热值1800×4.18 kJ/Nm3），炉膛内宽6.96m，炉顶设40套平焰烧嘴，炉侧设14套可调焰烧嘴。由于原设计的供热段较短（离炉尾约14m处才安装有烧嘴），造成钢坯在炉加热时间不足，强化加热严重，钢坯表面烧化，给轧钢生产带来了较大的制约作用，并影响了产品质量。另外该炉汽化冷却系统设计先天不足，在高温段经常因管内汽堵而发生漏水事故。常常出现加热炉运行约一个月高温段的纵水管就会发生下挠现象。因此原3#炉一直无法长时间稳定投入生产。改造前，3#炉煤气单耗约1.9GJ/m3，为进一步提高产品质量，降低能耗，同时解决3#炉原有问题， 2002年4月，武汉钢铁有限责任公司大型轧钢厂与神雾公司完成了对3#加热炉蓄热式改造。5月22日顺利点火烘炉，6月7日投产。从目前运行情况看，节能效果明显。与改造前的系统相比，新系统具有以下主要优点： （1）煤气、空气通道分开，没有串气可能性，安全性好。采用空气单预热方式避免了因煤气含尘量大，含焦油量大，堵塞蜂窝体和影响各阀体的使用寿命及产生不安全因素。 （2）炉墙结构与普通加热炉相同，可利用3#炉较完好的炉体基础和大部分炉体结构及炉顶，节省了改造费用，对材料、施工无特殊要求。 （3）由于蓄热体置于烧嘴内，可在不停炉的情况下进行检修更换。烧嘴安装方式与普通烧嘴类似，无需改变炉墙厚度，炉膛内宽不变。 （4）易分段供热，各段热负荷可调，炉子上、下部烧嘴的供热量可调，按照加热工艺的需要灵活调整炉温。 2.2 改造前3#加热炉参数 炉型：端进端出连续推钢式加热炉 加热钢种：普碳钢、低合金钢 加热能力：额定100t/h 钢坯尺寸：200×200～300×300mm 3600～4400mm、5300～6000mm 钢坯加热温度：1150～1250℃ 燃料：高、焦混合煤气 发热值：1800×4.18KJ/Nm3 吨钢能耗：实际1.9GJ/t坯 2.3 采用蓄热式燃烧技术改造后3#加热炉参数 炉 型：蓄热式端进端出连续推钢式加热炉 炉子结构尺寸不变，有效长度30275mm，内宽6960mm。 加热钢种：普碳钢、低合金钢 钢坯规格：断面200×200～300×300mm、 长度3600～4400mm、5300～6000mm 钢坯入炉温度：冷坯或热坯 钢坯出炉温度：1150～1250℃ 出炉钢坯断面温差：<30℃ 加热能力：额定100t/h、最大120t/h 燃料：高、焦炉混合煤气，发热值1800×4.18KJ/Nm3 最大煤气耗量：19600 Nm3/ h 最大空气耗量： 37240 Nm3/ h 最大烟气量：52136 Nm3/ h 单位热耗：1.23GJ/t坯 空气预热温度：1000～1100℃ 排烟温度：<150℃ 2.4改造方式 武钢有限责任公司大型厂3#加热炉的蓄热式改造保留了原加热炉的基本结构和加热炉基础以及侧面钢结构立柱，地下烟道和烟囱不变，装出料方式仍为端进端出，炉头、炉尾结构与原来相同，炉长和炉宽保持原样，改造量较少。炉子分为三段，即：一加热段、二加热段、均热段，上下两面加热，供热段长度比原来延长了4.6米，烧嘴沿炉长方向上、下侧分布，一加热段两侧上、下各5只烧嘴，二加热段两侧上、下各6只烧嘴，均热段两侧上、下各5只烧嘴。由于出料辊道与炉内水梁标高相差1985mm，落差较大，为保持钢温，除保留原两个火封烧嘴外，另增加两个补热烧嘴。 由于煤气热值较高，采用空气单预热方式。蓄热式烧嘴由空气蓄热室、煤气喷枪、煤气点火系统组成，具有燃烧器和热交换器的双重功能，采用陶瓷蜂窝体作为蓄热体，其传热特性和阻力特性均优于陶瓷小球。 换向系统主要包括3台大型四腔四通换向阀、32台煤气快切阀。换向工作可6s内完成，换向周期60s。 2.5 使用效果 从投产以来的使用情况看，钢坯加热温度能满足轧钢工艺要求，节能效果明显。 （1）正常生产时炉子运行参数 炉温：I加热段1100～1230℃，II加热段1280～1350℃，均热段1290～1320℃，总体炉温水平较高，观察各区域炉温分布均匀，看不见明显的火焰，由于频繁换向燃烧，炉宽方向温度均匀，钢坯长度方向加热温度十分均匀。 换向时，至多有6s的停止燃烧时间，炉温略有波动，II加热段和均热段炉温波动在20℃内，对加热过程没有影响。 空气预热温度：均热段的空气预热温度达到1200℃以上，加热段达1100℃以上，在一个换向周期内，空气预热温度的波动值，均热段为18℃，加热段为47℃。空气预热温度高，周期内预热温度变化小。 蓄热式烧嘴的排烟温度：在一个排烟周期内，均热段排烟温度：198～225℃，加热段：175～212℃，排烟温度不高，波动分别为20℃～40℃内。 炉膛压力：正常生产时，炉膛压力控制在23～27Pa的范围内，此时，炉门不冒火，也不吸冷风。在炉子低负荷保温时，炉压降到16～18Pa，此时需采取措施保证炉头的钢温。 煤气压力：煤气供气管网压力较高，最高达到21000Pa，而炉子使用压力只需6000～8000Pa，因此在炉子的煤气总管上设置了两道调节阀，进行两级调压。正常负荷时，煤气压力调到6000～8000 Pa，低负荷时，煤气压力调到10000 Pa左右。换向时煤气用量突然变化，煤气压力波动较大，由正常6500 Pa突增至9000 Pa。 (2)加热炉燃耗 空气预热温度达至1100～1200℃， 降低了排烟温度，使加热炉的能耗大幅降低。该3#炉在低产时（因品种原因要求双炉生产，月产仅5万吨）的情况下，3#炉煤气单耗在1.4～1.5GJ/t坯，在产量大于300t以上的平均单耗只有1.125 GJ/t坯。原3#炉煤气单耗为1.9 GJ/t坯。节能效果达20%以上。在统计期间，均为双炉生产，平均产量较低，生产还不够稳定，工人操作技能还没有达到设计要求的熟练程度，因此节能效果还有进一步提高的空间。 3 生产操作中出现的新问题及解决办法 3.1关于返回再热坯问题 为保证炉头钢温，在炉头两侧的炉墙上安了一对普通烧嘴，在端墙下部两侧保留了一对火封烧嘴。即防止炉头吸冷风降低钢坯的端面温度，又可持续供热。但是由于没能全部打开4个普通烧嘴，并较好地调节火焰长度，造成炉头端墙颜色发暗，钢坯两端温度有差别，保温待轧时间后，会连续产生数根再热坯回炉。通过改进，将4个烧嘴全开，火焰长度调到适中，同时确保均热段炉膛压力，结果炉门不会严重冒火，炉头端墙颜色显白亮，消除了两头温度不均匀的现象。再热坯减少。经改进后，现在仅在2～3小时的品种换辊时才会出现一根再热坯。 3.2加热重轨钢坯易粘钢现象 加热重轨钢坯是否粘钢，取决于炉温控制情况，加热工只要严格执行加热制度，不超温，就不会发生粘钢事故，特别是蓄热式加热炉，加热能力较强，钢已在炉内闷了较长时间，炉温控制稍有不慎，钢的表面熔化，再一降温即发生粘钢事故。因此在新的燃烧方式中，提高操作工人的操作技能是当务之急。 3.3氧化烧损情况 蓄热式加热炉由于频繁换向，进行低氧状态下的弥散性燃烧，炉内温度均匀，实现高温快速加热，氧化烧损率降低，氧化铁皮薄。而前一段时间，3#炉加热钢坯氧化铁皮较厚，主要原因生产连续性差，闷钢时间过长，同时空气量过剩。 3.4自动控制系统情况 蓄热式加热炉的定时换向，延时控制，阀位显示功能都很正常，热工仪表控制，运行参数显示齐全，各种阀门可通过计算机进行手动调节，煤气压力和出蓄热室温度基本可以自动控制，但炉温和空、燃比尚未实现自动控制，需进一步完善，不影响炉子正常生产。 解决1～3项问题，要求加热工在烧钢过程中，做到“三勤”，即勤观察（观察生产节奏和变化情况）、勤调整（根据生产情况调整炉子各运行参数和各段、上下供热大小）、勤分析总结，合理安排品种，组织均衡生产，可进一步降低燃耗、减少再热坯和氧化烧损。 4 结语 蓄热式高温空气燃烧技术在具有高排烟温度的冶金工业炉窑中，有着十分显著的优势。在原理和实践上，蓄热式高温空气燃烧技术已进入高速发展阶段，并正在得到迅速的推广和应用。是冶金行业加热炉改造的发展方向。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/23/2004)