不同類型加熱爐的蓄熱式燃燒設(shè)計(jì)

1、<p>　　不同類型加熱爐的蓄熱式燃燒設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘要]在當(dāng)前鋼鐵工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，蓄熱式加熱爐的燃燒設(shè)計(jì)在逐步的完善，不同類型的加熱爐在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們要采用不同的燃燒設(shè)計(jì)。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]蓄熱式；加熱爐；燃燒；設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TK513.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A <

2、/p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　在當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，鋼鐵企業(yè)為了適應(yīng)其自身的生產(chǎn)需要，建設(shè)了各種類型的加熱爐，加熱爐的燃燒設(shè)計(jì)是加熱爐設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是蓄熱式加熱爐在使用過(guò)程中重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。良好的設(shè)計(jì)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(shí)間內(nèi)生產(chǎn)效率。 </p><p>　　二、蓄熱技術(shù)

3、原理和系統(tǒng)組成 </p><p>　　1、蓄熱式燃燒技術(shù)原理 </p><p>　　蓄熱式燃燒技術(shù)(又稱“高溫空氣燃燒技術(shù)”，簡(jiǎn)稱HTAC)是日本學(xué)者田中良一等人于20世紀(jì)80年代末提出的一種全新概念燃燒技術(shù)，它把回收煙氣余熱與高效燃燒及降低NOx排放等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)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(shù)。蓄熱式燃燒技術(shù)的主要特征是: </p>

4、<p>　?。ㄒ?采用蓄熱式燃燒技術(shù)，交替切換空氣與煙氣或煤氣與煙氣，使之流經(jīng)蓄熱體，能夠最大限度地回收高溫?zé)煔獾奈锢頍?，從而達(dá)到大幅度節(jié)約能源(一般節(jié)能10%-30%)，提高熱工設(shè)備熱效率，同時(shí)減少對(duì)大氣的溫室氣體排放(CO2減少10%-70%)； </p><p>　?。ǘ?通過(guò)組織貧氧燃燒，擴(kuò)展了火焰燃燒區(qū)域，火焰邊界幾乎擴(kuò)展到爐膛邊界，使得爐內(nèi)溫度分布均勻； </p><p

5、>　?。ㄈ?通過(guò)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(nèi)傳熱效率提高，加強(qiáng)了爐內(nèi)傳熱，導(dǎo)致相同尺寸的熱工設(shè)備產(chǎn)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(zhuǎn)爐煤氣等)借助高溫蓄熱的空氣或高溫蓄熱的燃?xì)饪色@得較高的爐溫，擴(kuò)展了低熱值燃料的應(yīng)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(shù)主要采用外掛蓄熱燒嘴和獨(dú)立換向控制技術(shù)，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(guān)鍵是蓄熱體、燒嘴磚和換向閥的設(shè)計(jì)、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(yùn)行的關(guān)鍵，是減少加熱爐的故障和維護(hù)的關(guān)鍵，也是工程技術(shù)人員研究的關(guān)鍵。 </p&

7、gt;<p>　　三、理論分析與設(shè)計(jì)優(yōu)化 </p><p>　　根據(jù)使用的要求不同，加熱爐的設(shè)計(jì)重點(diǎn)也不同，在進(jìn)行蓄熱式加熱爐設(shè)計(jì)的過(guò)程中主要需要考慮噴口形狀與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；介質(zhì)流量與壓力設(shè)計(jì)；蓄熱燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與布置；射流角度設(shè)計(jì)；管路設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面 </p><p>　　1、不同爐寬加熱爐的設(shè)計(jì) </p><p>　　蓄熱式加熱爐由于空氣或煤氣預(yù)熱溫度高

8、,可述到1100℃,煤氣預(yù)熱溫度已超過(guò)著火點(diǎn)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(dá)2300℃以上,一混合就迅速燃燒,為了保護(hù)燃燒裝置,一般不采用預(yù)混燃燒,基本采用擴(kuò)散燃燒。而擴(kuò)散燃燒的限制性環(huán)節(jié)是介質(zhì)的混合,加上蓄熱式加熱爐是周期性供熱和側(cè)面引風(fēng)機(jī)周期性排煙,介質(zhì)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(zhì)充分混合,組織合理的燃燒火焰,是蓄熱式燃燒設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。 </p><

9、;p>　　對(duì)于爐寬大于 12 m 的加熱爐, 外置通道式雖然交叉射流設(shè)計(jì)作用可以加大, 火焰長(zhǎng)度變短, 爐寬方向溫度又不均勻。內(nèi)置通道式由于受爐墻限制, 交叉射流角度和多噴口細(xì)流股設(shè)計(jì)都受到限制。在設(shè)計(jì)中除了要考慮以上技術(shù)手段, 關(guān)鍵要進(jìn)行定量計(jì)算。對(duì)紊流擴(kuò)散燃燒, 火焰長(zhǎng)度與單一介質(zhì)流速、流量無(wú)關(guān), 主要取決于噴口直徑和燃料種類, 根據(jù)Gunther 的經(jīng)驗(yàn)公式： </p><p>　　式中: L 為火焰

10、長(zhǎng)度; d 為噴口直徑; R 為空氣和煤氣化學(xué)當(dāng)量比; ρo為燃料密度; ρf為煙氣密度。因此在設(shè)計(jì)時(shí)考慮空氣和煤氣化學(xué)當(dāng)量比是很重要的。當(dāng)然強(qiáng)制側(cè)排煙也是要考慮的一個(gè)重要方面, 不同的爐寬排煙設(shè)計(jì)是不同的, 尤其排煙抽力和調(diào)節(jié)幅度, 在實(shí)際生產(chǎn)中至關(guān)重要。 </p><p>　　2、不同爐膛高度加熱爐的設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)的需要，我們往往需要對(duì)爐膛進(jìn)行改造，增加蓄熱式燃燒

11、爐的燃燒值，在改造的過(guò)程中往往會(huì)受到爐膛的結(jié)構(gòu)和高度的限制，在不改變?cè)Y(jié)構(gòu)的情況下就需要我們對(duì)加熱爐內(nèi)的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行合理的布置，對(duì)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(chǎn)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(diǎn),通過(guò)優(yōu)化燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì),對(duì)高度不夠的小型加熱爐采用n型結(jié)構(gòu),保持蓄熱室垂直布置優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),能實(shí)現(xiàn)鋼坯上下雙面同時(shí)加熱。對(duì)高度夠的大型加熱爐采用k型結(jié)構(gòu),可提高系統(tǒng)可靠性,避免蓄熱室短路

12、的產(chǎn)生。對(duì)低溫爐如連續(xù)退火加熱爐采用B型組合式蓄熱燒嘴結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　3、端進(jìn)出料與側(cè)進(jìn)出料加熱爐的不同設(shè)計(jì) </p><p>　　目前,端進(jìn)出料加熱爐與側(cè)進(jìn)出料加熱爐的蓄熱燃燒設(shè)計(jì),大都沒(méi)有區(qū)別,由于沒(méi)有考慮不同的設(shè)計(jì),因而端進(jìn)出料加熱爐一會(huì)兒吸冷風(fēng),一會(huì)兒冒大火;側(cè)進(jìn)出料加熱爐表現(xiàn)爐壓高,損壞爐體結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮爐膛內(nèi)部壓力對(duì)換向瞬間爐口壓力變化。 </p>

13、;<p>　　四、提高加熱質(zhì)量的技術(shù)策略 </p><p>　　生產(chǎn)厚度120～300㎜鋼坯，軋線對(duì)加熱質(zhì)量要求整個(gè)鋼坯內(nèi)部的溫差不能超過(guò)30℃。為了能夠提高鋼坯加熱質(zhì)量，減少斷面和長(zhǎng)度溫差： </p><p>　　圖1 加熱爐橫斷面圖 </p><p>　　1、加熱區(qū)設(shè)置足夠的供熱量，根據(jù)鋼種及冷熱裝的不同，按照鋼坯的熱傳導(dǎo)系數(shù)的高低，合理供熱。 &

14、lt;/p><p>　　2、加熱爐設(shè)置為四個(gè)供熱段，每段供熱能力有較大的調(diào)節(jié)范圍，可適應(yīng)各鋼種坯料的加熱制度。 </p><p>　　3、設(shè)置足夠量的爐溫監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各點(diǎn)爐溫，方便調(diào)節(jié)。 </p><p>　　4、各段水梁錯(cuò)位布置，相鄰滑塊錯(cuò)位布置。 </p><p>　　5、蓄熱式燒嘴設(shè)計(jì)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(jí)數(shù)學(xué)模型控制系統(tǒng)，精確控制爐溫。 </p><p>　　五、二級(jí)數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì) </p><p>　　生產(chǎn)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(zhǔn)確而及時(shí)地將板坯加熱到工藝要求的溫度和板坯均熱度，在優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的前提下，盡可能減少燃料消耗和氧化燒損。在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，應(yīng)用了二級(jí)數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)多種功能： </p>

16、;<p>　　1、根據(jù)生產(chǎn)軋制計(jì)劃，智能分配鋼坯裝爐和出爐順序； </p><p>　　2、根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)量變化，自動(dòng)加熱，實(shí)現(xiàn)爐溫、爐壓等的全自動(dòng)控制； </p><p>　　3、智能模擬鋼坯加熱，計(jì)算出鋼坯在不同位置時(shí)的外表和內(nèi)部等溫度值； </p><p>　　4、全線跟蹤鋼坯位置，實(shí)現(xiàn)物料跟蹤； </p><p>　　5、實(shí)

17、現(xiàn)軋線L2、L3和加熱爐PLC通信，構(gòu)成整體自動(dòng)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(chǎn)成本。因此，針對(duì)上述問(wèn)題對(duì)其形成原因進(jìn)行分析，并提出節(jié)約措施。 </p><p>　　1、延長(zhǎng)煙氣在爐時(shí)間，降低排煙溫度。在降低煙氣帶走熱量導(dǎo)致能量浪費(fèi)，其主要做法是通過(guò)利用煙氣預(yù)

18、熱空氣和回收煙氣余熱。主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面:〔1)延長(zhǎng)煙氣在爐時(shí)間; </p><p>　　2、利用其溫度通過(guò)換熱器對(duì)其余熱再利用; </p><p>　　3、減少煤氣壓力和熱值波動(dòng)。減少煤氣壓力和熱值波動(dòng)可從以下幾個(gè)方面著手:減少公司非計(jì)劃停機(jī)造成影響，做到檢修有計(jì)劃。根據(jù)檢修計(jì)劃合理調(diào)配煤氣;在技術(shù)上采用煤氣穩(wěn)壓裝置，如增加煤氣柜來(lái)緩解煤氣供需平衡;增加熱值儀加強(qiáng)煤氣熱值監(jiān)控的同時(shí)，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(shù)解決煤氣壓力、熱值波動(dòng)影響燃料利用。 </p><p>　　4、降低因燒嘴堵塞、腐蝕漏氣導(dǎo)致能耗上升。降低因燒嘴堵塞、腐蝕漏氣可從技術(shù)上和操作維護(hù)兩方面入手。技術(shù)上從以下三方面入手:通過(guò)干法代替濕法減少煤氣含水;提高脫硫脫焦效率;通過(guò)過(guò)濾提高凈化水平;選擇高性能耐高溫材料。操作維護(hù)上:一是，根據(jù)軋鋼工藝條件，盡可能降低

20、出鋼溫度，減少待軋時(shí)間;二是，定期檢修清理燒嘴內(nèi)粘結(jié)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(chǎn)，減少因排產(chǎn)原因造成的急冷急熱。 </p><p>　　6、保證換熱器穩(wěn)定運(yùn)行。換熱器穩(wěn)定運(yùn)行需要做好以下幾個(gè)方面:定期清理和維護(hù)換熱器，避免因雜物或腐蝕導(dǎo)致?lián)Q熱器損壞;換熱器采

21、用抗腐蝕較好的合金，延長(zhǎng)使用壽命;合理儲(chǔ)備換熱器備件。 </p><p>　　7、減少爐底結(jié)渣和爐頭、爐墻冒火。減少爐底結(jié)渣和爐頭、爐墻冒火可從以下四方面入手:定期清理爐底結(jié)渣;控制爐內(nèi)壓力為低于20Pa的微正壓減少爐底結(jié)渣;損壞爐墻采取灌漿修補(bǔ)避免出現(xiàn)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(zhǎng)，空氣預(yù)熱溫度，煤氣預(yù)熱等幾方面制約

22、。 </p><p><b>　　七、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　在蓄熱式加熱爐燃燒的設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們要根據(jù)加熱爐的類型對(duì)加熱溫度、煤氣燃燒、空氣利用、燒嘴類型等各個(gè)方面進(jìn)行考慮，使其能適應(yīng)不同類型加熱的需要，滿足生產(chǎn)需求。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p&