蓄热式燃烧技术在步进式加热炉上的应用.doc

蓄热式燃烧技术在步进式加热炉上的应用 （莱芜钢铁股份有限公司，山东 莱芜 271126） 摘 要介绍了莱钢轧钢厂蓄热式步进梁加热炉的施工改造情况和应用效果及特点。实践证明，蓄热式燃烧技术在莱钢的成功应用，为提高带钢质量、降低煤气消耗、改善环境提供了有利保障。 关键词步进式加热炉；蓄热式烧嘴；煤气消耗 1 前 言 莱芜钢铁股份有限公司轧钢厂（简称莱钢轧钢厂）500mm带钢车间原加热炉为端进端出三段式步进梁式加热炉，该炉于1996年8月投产，设计加热能力100t/h，使用高、焦、转炉混合煤气。轧机采用全连续布置形式，分为粗轧机组和精轧机组。2002年对粗轧系统改造后，炉子加热能力不足，跟不上轧制节奏。为解决这一问题，并适应莱钢能源结构调整的需要，2002年6月决定采用蓄热式燃烧技术对加热炉进行原地大修改造。改造于2002年11月15日开始，2002年12月4日点火投产。 2 改造方案 2.1 改造目的 （1）在炉子基础不变、有効尺寸不变的情况下，提高加热能力。 （2）提高钢坯加热质量，降低氧化烧损，提高成材率。 （3）降低煤气消耗，减少加热成本。 （4）降低污染物排放，减少环境污染。 2.2 炉体结构 根据现场情况及工期要求，加热炉外围设备及炉子尺寸不变，炉顶结构不变，只拆除均热段及加热段炉顶平焰烧嘴，烧嘴孔用预制块堵住并密封，预热段仍保留压下结构。 炉子有效长度24m，炉内宽8.7m，炉膛下加热空间为2m，上加热空间加热一段、均热段为1.35m，加热二段为0.85m。取消原预热段后，炉子分为均热段、加热一段、加热二段。 2.2.1 钢结构及附件 炉体钢结构不变，只将侧墙钢板局部割掉，安装烧嘴。由于大修工期短，预热段压下结构暂不动。均热段、加热一段的固定梁和步进梁已于2001年4月改造完毕，本次改造只更换预热段水梁立柱，增加承载能力，以满足大规格坯料生产的需要，保证安全运行。 2.2.2 炉衬结构 将炉子两侧墙拆除，预热段炉底拆除，其余部位不动。炉衬为复合结构。炉体各部位耐材结构侧墙为快干浇注料轻质砖耐火纤维毡，炉墙厚476mm；加热二段炉底为高铝砖轻质保温转耐火纤维毡；水梁立柱包扎为自流快干防爆浇注料耐火纤维甩丝毯。 2.2.3 蓄热式燃烧系统 由于加热炉所用燃料为高、焦、转炉混合煤气，热值较高，根据经验采用空气单蓄热形式。蓄热式燃烧系统由蓄热式烧嘴、空气系统、煤气系统、换向系统、鼓风机、引风机、快速切断阀、盲板阀、流量调解法、孔板、排烟系统、金属烟筒、点火系统等组成。 （1）蓄热式烧嘴结构形式本次大修改造采用 “嵌入式蓄热式烧嘴”，该烧嘴与蓄热室为一体化结构。蓄热式烧嘴是用钢板、耐火材料做成的箱体，烧嘴内腔填充蜂窝状蓄热体，该蜂窝状蓄热体的比表面积是小球蓄热体的3.3倍，而体积仅为小球蓄热体体积的1/3。蓄热箱采用性能优良的全轻质材料保温，烧嘴结构紧凑。所采用的嵌入式蓄热式烧嘴的部分体积嵌入在炉墙内，烧嘴外边缘距炉墙钢板不大于1100mm 。因此，蓄热室的外露体积小，散热少。 根据加热炉的特点，设计的烧嘴砖具有独特组织火焰的结构，使空气、煤气以一定的交角喷出，实现弥散式燃烧，减少NOx的生成。为适应莱钢轧钢厂煤气热值及煤气压力变化范围较大的特点，煤气喷口设计采用多流股的喷入结构，空气喷口也采用两流股的喷入结构。 （2）蓄热式烧嘴布置蓄热式烧嘴布置在炉子两侧墙上，火焰交替从炉子两侧墙上燃烧喷出。坯料在炉内的运行方向与高温烟气在炉内的流动方向垂直交叉，因此，坯料在炉内宽度方向上的温度均匀，坯料的温差小。本设计的特点是，侧墙钢结构不动，烧嘴布置在两个立柱之间，火焰不直接冲刷步进机构，保证了加热炉的安全运行。另一特点是钢坯上下表面均被煤气包围，形成还原性气氛，可降低氧化烧损。 （3）换向系统带钢车间加热炉采用分散换向方式，用两位三通阀实现换向。空气换向阀和煤气通断阀执行机构由压缩空气驱动，阀的调节动作可在2s内完成，压缩空气压力为0.6MPa，换向动作由PLC程序控制完成。均热段、加热一段、加热二段分别控制，既可同步换向，也可交替换向。换向系统具有定温换向、定时换向、强迫换向、超温报警、安全保护等一系列功能。带钢车间加热炉共有24个空气换向阀，24个煤气通断阀，每个换向阀控制上下2个烧嘴。 （4）空气系统助燃空气由一台鼓风机供给，经空气总管、各段分管、烧嘴前二位三通换向阀、烧嘴前手阀，送至各蓄热式烧嘴的空气蓄热室，经空气蓄热室预热至900～1100℃后送入炉内燃烧。各段管路上设置流量孔板、气动调节阀、换向阀、烧嘴前手动切断阀，以调节各供热段的热负荷和空燃比。 （5）煤气系统煤气总管配置集压力调节和快速切断为一体的调压切断阀，每一供热段安装调节阀、流量孔板、防爆阀。烧嘴前设置通断阀、手动切断阀。 （6）排烟系统分为低温排烟系统和高温排烟系统两部分。 从蓄热室排出的烟气150～200℃即低温烟气约占总烟气量的69，由蓄热室出来经二位三通换向阀、各段烟管、烟气总管再经引风机排入钢烟囱，然后排入大气。低温排烟系统设置一台引风机，引风机前设有控制炉压的总调节阀，分三段设置排烟管道，每段排烟管道上设置炉压调节阀。 约占总烟气量26～31的高温烟气经炉尾、高温烟箱进入炉子原烟道，采用自然排烟。原金属换热器、引风机拆除，原烟气稀释风机利旧，稀释风管引入钢烟囱下部的烟箱。钢烟囱下部设置测温装置，以调节稀释风机的风量，控制烟囱的排烟温度不高于450℃。 （7）烘炉、点火燃烧装置在炉子均热段两侧设置两个低压涡流火封烧嘴，烘炉或冷炉起动时起点火作用，随着炉温的升高，逐个点燃蓄热式烧嘴。炉温低于800℃蓄热式烧嘴不换向时作常规烧嘴使用，炉温高于800℃蓄热式烧嘴开始换向。火封烧嘴正常生产时起火封作用。 （8）热工检测和计算机控制系统采用SIEMENS公司的可编程控制器（PLC）S7-300和研华工控机，组成自动调节控制系统。由一次仪表采集的各种过程变量送入PLC，再由PLC根据设定控制方式和控制目标值分别驱动相应的执行机构，调节过程变量，实现对各点的温度、压力、流量的调节控制。 （9）供热分配均热段、第一加热段、第二加热段供热分配见表1。上下供热比为44.555.5，烧嘴能力配备系数为1.2。 表1 加热炉供热分配比例 项目 均热段 第一加热段 第二加热段 合计 供热能力/m3.h-1 7051 7051 7051 供热比例 33 33 34 100 烧嘴能力/m3.h-1 880*1.2 880*1.2 850*1.2 烧嘴数量/对 8 8 8 24 3 改造效果 蓄热式热轧窄带钢步进梁式加热炉连续运行表明，加热炉的各项功能齐全，安全可靠，各项技术经济指标先进，达到了预期目标。改造前后加热炉的技术经济指标比较见表2。 表2 改造前后加热炉技术经济指标比较 项目 改造后 改造前 对比 额定能力（冷装）/t.h-1 150 100 50 单位热耗/kJ.kg-1 980 1400 -420 钢坯出炉温度/℃ 1080～1200 1050～1180 20～30 钢坯温差/℃ ＜25 ＜30 -5 空气预热温度/℃ ≥900 400 500 排烟温度/℃ ＜180 400 -220 换向周期/min 1 氧化烧损/ ≤1.0 1.2 -0.2 额定煤气消耗量/m3.h-1 21153 20167 986 空气消耗量/m3.h-1 42306 37309 4997 废气量/m3.h-1 58700 53644 5056 平均机时产量/t.h-1 150 110 40 年生产能力/万t 75 57 18 蓄热式燃烧技术在热轧窄带钢步进梁式加热炉应用后，提高热带产量创效2672.1万元，降低煤气消耗创效94.5万元。项目完成后，提高了钢坯加热质量，带钢质量有了很大的改善，并拓宽了热带品种规格，提高了热轧窄带钢的市场竞争能力，为用户提供了更加优质的产品。同时还降低了二氧化碳、氮氧化物的排放，保护了环境，社会效益显著。