蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的應用分析

冶金能源VoL 30 No. 2ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYMar 2011蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的應用分析賈馮睿謝國威2孫文卓孫文強3李博宇←(1.遼寧石油化工大學(xué),2.中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司,3.東北大學(xué),4.中冶京誠(秦皇島)工程技術(shù)有限公司)摘要蓄熱式燃燒技術(shù)應用于大型軋鋼加熱爐存在蓄熱室擴容困難、爐壓較高且波動(dòng)頻繁氣體阻力損失大、換向閥壽命短等問(wèn)題,蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐將蓄熱和換熱兩種余熱回收技術(shù)相結合,兼有熱回收率高、燃料適用范圍廣、操作靈活、工況穩定等特點(diǎn);還分析了不同燒嘴布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場(chǎng)合。關(guān)鍵詞軋鋼加熱爐大型化蓄熱式換熱式蜂窩體Analysis on application of regenerative reheat heating furnaceJia FeXie Guowei? Sun Wenzhuo' Sun Wengiang(1. Liaoning Shihua University2. Sinosteel Anshan Research Institute of Thermo-energy Co, Ltd.4. Capital Engineering and Research Incorporation Qinhuangdao Co. Ltd)Abstract The problems about application of regenerative combustion technology on large rolling heat-ing fumace are the difficulty of increasing dimensions of regenerator, high fumace pressure, much flowpressure, loss short life of switching valve and so on. Combining two kinds of technologies about wasteheat recovery, regenerative-reheat heating fumace has the characteristic of high utilization rate of heatwidely apply range on fuels, flexible operation and steady running condition. Excellences and disad-antages of different installation schemes of burners were discussed.Keywords rolling heating fumace enlargement regenerative heat exchange honeycomb軋鋼加熱爐大型化既是我國鋼鐵行業(yè)發(fā)展的節能低污染的要求開(kāi)發(fā)設計新?tīng)t型勢在必行必然趨勢口,也是冶金工藝流程的客觀(guān)要求與中小型加熱爐相比,大型軋鋼加熱爐具有投1熱式燃燒技術(shù)應用于大型軋鋼加熱爐存在的問(wèn)題資、運行成本低,產(chǎn)品質(zhì)量好,機械化、自動(dòng)化水平高,清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。(1)蓄熱室受空間限制,擴容困難蓄熱式燃燒技術(shù)作為一種清潔高效的燃燒技軋鋼加熱爐的大型化從生產(chǎn)上是指生產(chǎn)率的術(shù),在中小型加熱爐上得到廣泛應用。但隨著(zhù)軋提高,從熱工方面則是指熱負荷的增大,即單位鋼加熱爐大型化的趨勢不斷加快,蓄熱式燃燒技時(shí)間供人爐內燃料量的增加。在保證蓄熱效果的術(shù)在大型軋鋼加熱爐的應用過(guò)程中逐漸暴露出各前提下,煙氣量增加要求蓄熱室的換熱面積也相種問(wèn)題。對其中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析研究并尋求應增加,從而產(chǎn)生了蓄熱室的擴容問(wèn)題。目前中合理可行的解決方案成為蓄熱式燃燒技術(shù)應用于小型蓄熱式軋鋼加熱爐蓄熱室間距為300大型軋鋼加熱爐的關(guān)鍵。為了滿(mǎn)足加熱爐高效、500T山中國煤化工-定操作空間,熱1CNMHG容能力極其有收稿日期2010-10-20限,若增加熱至長(cháng)度則會(huì )評致流動(dòng)阻力增賈馮睿(1983-),碩士;113001遼寧省撫順市。加2,加大動(dòng)力消耗。Vol 30 No. 2冶金能源Mar.2011ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY(2)增大煙氣流速將導致?lián)Q熱效果不佳部分匯同換熱式燒嘴產(chǎn)生的煙氣由爐尾的輔助煙在蓄熱室體積不變的前提下,為使熱負荷增道經(jīng)煙囪自然排出,部分煙氣通過(guò)換熱器排出,大后的加熱爐充分排煙,只能通過(guò)提高排煙機能既減少了對蓄熱室體積的要求,又降低了蓄熱室力來(lái)增大煙氣流速,同時(shí)為滿(mǎn)足空氣量的需要還內的氣體流速,從而保證了較高的熱回收率,大需相應提高鼓風(fēng)機能力來(lái)增加空氣流速。蓄熱室幅降低加熱爐單位產(chǎn)品燃耗,有利于實(shí)現加熱爐內氣體流速的增加必然會(huì )影響煙氣與蓄熱體之間大型化。的蓄熱效果和空氣與蓄熱體之間的換熱效果引,2.2結構特點(diǎn)導致加熱爐排煙溫度上升,預熱空氣溫度降低,此類(lèi)加熱爐同時(shí)應用了蓄熱和換熱技術(shù)限制了蓄熱式燃燒技術(shù)優(yōu)勢的發(fā)揮。蓄熱式和換熱式加熱爐相比有其自身獨特的結構(3)縮短換向時(shí)間將導致?tīng)t壓波動(dòng)、設備優(yōu)勢:故障率提高(1)蓄熱室和換熱器相結合氣體流速增加后,為保證較低的排煙溫度,此類(lèi)加熱爐的煙氣余熱回收裝置既有蓄熱只能改變換向閥操作周期,縮短換向時(shí)間。室,又有換熱器。綜合發(fā)揮了蓄熱室高效回收煙現有蓄熱式加熱爐的換向時(shí)間大多在30~氣余熱和換熱器流動(dòng)阻力小的優(yōu)勢,實(shí)現煙氣余5095,年動(dòng)作次數在百萬(wàn)次以上,如果再縮短熱高效回收的同時(shí)保證爐氣流動(dòng)順暢。換向時(shí)間將成倍增加換向閥動(dòng)作頻率,故障率提(2)進(jìn)料端設有輔助煙道高,大大降低使用壽命.同時(shí)頻繁換向也會(huì )加劇蓄熱式加熱爐由于爐氣進(jìn)出口截面對等且面爐膛壓力波動(dòng),不利于工況穩定積較小,導致?tīng)t膛內爐壓較高且不易控制。蓄熱換熱聯(lián)用式加熱爐在進(jìn)料端設有輔助煙道,爐2薔熱-換熱聯(lián)用式加熱爐介紹氣出口面積大于進(jìn)口面積彌補了蓄熱式加熱爐爐壓不可控的缺陷;同時(shí)爐氣與物料呈叉流和逆流蓄熱式加熱爐可以高效回收煙氣余熱,將燃相結合的流動(dòng)方式,有利于爐氣同物料均勻換熱。料、空氣預熱到較高溫度;換熱式加熱爐可通過(guò)(3)加熱爐尾部設有預熱段調整爐尾煙道的開(kāi)度調節爐壓,實(shí)現加熱爐爐壓高溫煙氣余熱回收方式分為煙氣直接加熱物可控。針對物料加熱工藝的要求,結合兩類(lèi)加熱料的直接回收和通過(guò)熱交換裝置回收余熱的間接爐的優(yōu)點(diǎn),可采用蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐來(lái)實(shí)回收兩種。就熱效率而言,直接回收使高溫煙氣現加熱爐的大型化。直接與物料換熱而逐步放出熱量,換熱效果較蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的結構如圖1所好。蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐爐尾預熱段的設置示。加熱爐工作時(shí),蓄熱式燒嘴產(chǎn)生的煙氣一部一方面通過(guò)煙氣與物料直接換熱提高熱回收率分由蓄熱室回收余熱后經(jīng)引風(fēng)機強制排出,另一另一方面起到分流煙氣的作用,緩解蓄熱式加熱DIp ajo o蓄熱式燒嘴換熱式燒嘴熱室蓄熱室中國煤化工鼓風(fēng)機gCNMHG換向圖1蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐示意圖冶金能源Vol 30 No. 2ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYMar 2011爐熱負荷增加與蓄熱室擴容困難的矛盾。2.3操作特點(diǎn)3蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐燒嘴布置方案分析蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐在操作方面也有其蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐在燒嘴布置方式上自身特點(diǎn)。不僅有普通加熱爐所需考慮的空間分布問(wèn)題,更(1)工況靈活,適應性強重要的是在相同空間分布時(shí)還需考慮使用何種燒當物料熱送熱裝率較高時(shí),可適當減小或停嘴。因此,對燒嘴的布置方式進(jìn)行討論,分析不止換熱式燒嘴的供熱量,發(fā)揮蓄熱燃燒溫度均勻同方案的優(yōu)缺點(diǎn),對蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的的特點(diǎn);當物料熱送熱裝率低時(shí),采用蓄熱式燒推廣應用有重要的指導意義。嘴和換熱式燒嘴結合的方式供熱,同時(shí)發(fā)揮了蓄對四種典型的燒嘴布置方案進(jìn)行討論熱燃燒高效回收煙氣余熱和換熱燃燒爐壓可控的方案1:蓄熱式燒嘴在前,換熱式燒嘴在后優(yōu)勢。如圖2所示。該方案將蓄熱式燒嘴布置在加熱爐(2)強制排煙和自然排煙相結合前部換熱式燒嘴布置在加熱爐后部。蓄熱式燒嘴蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的蓄熱式燒嘴與蓄產(chǎn)生的煙氣一部分沿爐寬方向經(jīng)另一側蓄熱室后熱室相通,蓄熱室通過(guò)管路、換向裝置與引風(fēng)機由引風(fēng)機排出另一部分沿爐長(cháng)方向匯同換熱式燒或鼓風(fēng)機相連,屬于強制排煙;換熱式燒嘴通過(guò)嘴產(chǎn)生的煙氣與換熱器熱交換后經(jīng)輔助煙道排出。換熱器與煙囪相連,煙氣由煙囪抽引排出,屬于由于蓄熱燃燒具有火焰穩定、溫度均勻自然排煙。通過(guò)對兩種方式排煙量的調節來(lái)實(shí)現的優(yōu)點(diǎn),因此在鋼坯出爐前使用蓄熱式燒嘴加熱對爐壓的控制,保證爐內工況穩定?？山档弯撆鲀韧鉁夭?保證溫度均勻性,從而提(3)燃料的適用范圍大高鋼坯加熱質(zhì)量,減少軋機消耗。但由于蓄熱式蓄熱一換熱聯(lián)用式加熱爐的蓄熱式燒嘴可使燒嘴距出料口較近,蓄熱式燃燒導致的爐壓過(guò)高用低熱值燃料,換熱式燒嘴可使用高熱值燃料,和頻繁換向導致的爐壓波動(dòng)可能會(huì )產(chǎn)生爐頭冒使同座加熱爐應用熱值不同的燃料成為可能,較火,對輥道等爐前設備造成不利影響蓄熱式和換熱式加熱爐進(jìn)一步擴大了燃料適用范方案2:換熱式燒嘴在前,蓄熱式燒嘴在圍。后,如圖3所示。該方案將換熱式燒嘴布置在加備熱式燒嘴換熱式燒嘴圖2蒼熱-換熱聯(lián)用式加熱爐燒嘴布置方案l故□亡醬熱式燒嘴中國煤化工換向網(wǎng)CNMHG圖3蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐燒嘴布置方案2VoL 30 No. 2冶金能源Mar.2011ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY熱爐前部,靠近出料端;蓄熱式燒嘴布置在加熱加物料的氧化燒損。爐后部,靠近裝料端方案4:空氣蓄熱,煤氣換熱,上下布置,與方案1相比,該方案由于將蓄熱式燒嘴布如圖5所示。該方案中空氣噴嘴采用蓄熱式,沿置在爐子加熱段,對頻繁換向導致的爐壓波動(dòng)起爐長(cháng)方向分布;煤氣噴嘴采用換熱式,在貼近鋼到一定的緩沖作用,緩解了爐頭冒火的現象。但坯一側與空氣燒嘴平行分布由于蓄熱式燒嘴布置在換熱式燒嘴與換熱器之與方案3相比,該方案的優(yōu)勢不僅在于當燃間,換熱式燒嘴燃燒產(chǎn)生的煙氣與蓄熱式燒嘴燃料中焦油含量較高時(shí),可在蓄熱體不被堵塞的前燒產(chǎn)生煙氣流向發(fā)生交叉干涉,既不利于煙氣沿提下保證較高的熱回收效率,而且由于煤氣噴嘴爐長(cháng)方向的流動(dòng),也不利于蓄熱式燒嘴產(chǎn)生煙氣貼近于物料表面,有利于形成還原性保護氣氛沿爐寬方向的流動(dòng),對換熱器和蓄熱室的余熱回有效降低了物料的氧化燒損,提高加熱質(zhì)量。但收均產(chǎn)生不利影響。該方案要求加熱爐側墻具有一定高度保證布置雙方案3:空氣蓄熱,煤氣換熱,間隔布置,排噴嘴的空間,而爐頂過(guò)高可能導致?tīng)t氣上浮如圖4所示。該方案中空氣噴嘴采用蓄熱式,沿爐內溫度不均,從而影響與物料的換熱。爐長(cháng)方向分布;煤氣噴嘴采用換熱式,與空氣噴綜上所述,四種蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的嘴間隔分布。燒嘴布置方案各有利弊,在工程應用中應當根據眾所周知,蓄熱體通過(guò)多孔介質(zhì)增加比表面實(shí)際情況選擇最有利的布置方式,盡量揚長(cháng)避積的方法來(lái)增加蓄熱面積,當蓄熱體對焦油含量短,充分發(fā)揮蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的優(yōu)勢。較高的燃料進(jìn)行預熱時(shí),氣體通道極易被焦油堵塞。與前兩種方案相比,該方案的優(yōu)勢在于空氣4結論噴嘴采用蓄熱式、煤氣噴嘴采用換熱式,燃料中(1)軋鋼加熱爐大型化是我國鋼鐵行業(yè)發(fā)焦油含量較高時(shí)也能在蓄熱體不被堵塞的前提下展的必然趨勢,對大型蓄熱式軋鋼加熱爐存在的保證較髙的熱回收率,但空氣噴嘴與煤氣噴嘴在問(wèn)題進(jìn)行分析并尋求合理可行的解決方案成為蓄同一水平線(xiàn)上,距物料較近,將在一定程度上增熱式燃燒技術(shù)應用于大型軋鋼加熱爐的關(guān)鍵。熱式燒嘴換熱式燒嘴●方9●e●換熱器換向聞圖4蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐燒嘴布置方案3醬熱式燒嘴換熱式●·●●·●●中國煤化工換向聞MuCNMHG圖5蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐燒嘴布歪方案4冶金能源VoL 30 No. 2ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYMar.2011(2)蕃熱式燃燒技術(shù)應用于大型軋鋼加熱[3]賈麗娣,劉常鵬,鄧偉等.蜂窩蓄熱式空氣單預爐存在蓄熱室擴容困難,增大煙氣流速導致?lián)Q熱熱燒嘴換熱特性的熱態(tài)試驗研究[.工業(yè)加熱效果不佳,縮短換向時(shí)間導致?tīng)t壓波動(dòng)、設備故2003,25(3):30-32障率提高等問(wèn)題。[4]李偉,祁海鷹,由長(cháng)福等.蜂窩蓄熱體傳熱性能(3)蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐綜合蕃熱和的數值研究[J].工程熱物理學(xué)報,2001,2換熱兩種煙氣余熱回收技術(shù)的優(yōu)勢,解決了蓄熱[5]王皆騰,祁海鷹,李宇紅等,蜂巢齧熱體換熱性能室擴容困難問(wèn)題的同時(shí)保證較高的熱回收率,有的實(shí)驗研究[J].工程熱物理學(xué)報,2003,24利于實(shí)現加熱爐大型化。(5):897-899(4)四種蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的燒嘴[6]羅國民.蓄熱式軋鋼加熱爐爐壓?jiǎn)?wèn)題的分析與對策布置方案各有利弊,在工程應用中應當根據實(shí)際[].工業(yè)爐,2007,29(4):16-20情況選擇最有利的布置方式,盡量揚長(cháng)避短,充[7]蔣紹堅,艾元方,彭好義等高溫低氧燃燒技術(shù)及分發(fā)揮蓄熱-換熱聯(lián)用式加熱爐的優(yōu)勢。其高效低污染特性分析[].中南工業(yè)大學(xué)學(xué)報2000,31(4):31-314.參考文獻[8]蘇廣江,鄭東升,蓄熱式加熱爐實(shí)際應用淺析[1]柳克勛.大型化是鋼鐵企業(yè)發(fā)展的一大趨勢[J][J].冶金能源,2007,26(12):38-40冶金管理,2004,(4):16-17[9]梁海風(fēng),沈奕光,蓄熱式加熱爐運行中的問(wèn)題及處[2]劉岱輝.蜂窩體蓄熱室流動(dòng)換熱過(guò)程實(shí)驗研究及數理方法[J].冶金能源,2004,23(4):38-41.值模擬[D].沈陽(yáng):東北大學(xué),2002萬(wàn)冒編輯(上接第23頁(yè))(3)針對2250mm生產(chǎn)線(xiàn),研究了有利于熱送熱裝,特別是直接熱送熱裝的連鑄-加熱爐板坯庫熱軋區段平面布置情況,在此基礎上初步探討并給出了4種加熱爐的生產(chǎn)組織模式連鑄機魯考文獻區[1]殷瑞鈺,關(guān)于連鑄與軋鋼的銜接與匹配問(wèn)題[]板坯庫軋鋼,1991,(2):1-7〖區[爐爐|爐[2]溫亞成陸正宏劉玉瓊.步進(jìn)梁式加熱爐出鋼節奏計算與分析[門(mén)]冶金能源,199,18(6):20-222250軋線(xiàn)連鐘機3]李春生,苗為人,陳迪安等.首鋼遷鋼260熱軋加熱爐工程設計[]冶金能源,2007,26(6)板坯庫[4]呂志民,張武軍,徐金悟,專(zhuān)用爐混裝模式下作業(yè)圖6兩座專(zhuān)用爐搭配一座普通爐模式物流計劃優(yōu)化方法[門(mén)].北京科技大學(xué)學(xué)報,2009,31(7):929線(xiàn)連鑄、熱軋和加熱爐小時(shí)產(chǎn)能的匹配情況,從[5]李燕,李蘇劍,王剛祥.熱送熱裝專(zhuān)用爐模式物(2)針對已確定的連鑄、熱軋和加熱爐的/19(J.物流技術(shù),207,26(1)18而基本確定了2250mm生產(chǎn)線(xiàn)應配置三座步進(jìn)式流仿真系統加熱爐。庭T平專(zhuān)用爐模式下的加熱爐流程配置,進(jìn)一步研究了其生產(chǎn)節奏匹配情況,THE中國煤化工幾信息,209,25從而進(jìn)步一步驗證了配置三座加熱爐是較為緊湊CNMHG趙艷蝙輯的配置。