新型均熱爐的技術(shù)特點及節(jié)能技術(shù)

朱 寧，朱 宇

(東北特鋼集團北滿特殊鋼有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161041)

東北特鋼集團大連基地大棒材生產(chǎn)線是一條由煉鋼、加熱和軋鋼組成的短流程生產(chǎn)線，新建的12座均熱爐用于合金鋼鋼錠軋前加熱。

1 均熱爐基本參數(shù)

表l 均熱妒基本參數(shù)

序號 名稱 技術(shù)參數(shù)6 鋼錠內(nèi)部與外表面溫差 ≤30℃7裝出料方式 鉗式吊車集中裝出料8生產(chǎn)能力 單爐裝爐量50t/爐9燃料種類 冷發(fā)生爐煤氣10 低發(fā)熱量 1 400×4.18kJ/Nm3 11 金屬燒損率 ＜1.2%12 表面脫碳層深度 ＜1.5mm

2 均熱爐方案及技術(shù)特點

2.1 均熱爐爐型及特點

2.1.1 該爐是一種新型的蓄熱式長方形爐坑(又稱長條坑)均熱爐。長方形爐坑的均熱爐爐型具有以下優(yōu)勢:

(1)爐坑裝爐量大，爐底利用率高，能夠很好地與煉鋼設(shè)備進行配合。

(2)單位車間長度容錠量大，可以縮短運錠距離，不僅能夠更好地滿足軋機生產(chǎn)對鋼錠需要量的要求，而且還能減少車間基建投資。

(3)爐膛結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。

2.1.2 新型的蓄熱式長方形爐坑均熱爐最適合以發(fā)生爐煤氣為燃料、加熱合金鋼鋼錠一種新型均熱爐，與國內(nèi)幾種長方形爐坑均熱爐型相比，具有以下特點:

(1)上部單燒嘴換熱式均熱爐具備長條坑均熱爐的上述優(yōu)勢，但是爐溫均勻性較差的問題多年來一直沒有得到很好地解決，余熱回收率不夠高，爐子熱效率較低。新型均熱爐較大幅度地提高了煙氣余熱回收率和爐子熱效率，較好地解決了多年來沒有解決的爐溫均勻性較差這個問題。

(2)上部單燒嘴蓄熱式均熱爐，這種爐型與上部單燒嘴換熱式均熱爐相比，較大幅度提高了煙氣余熱回收率和爐子熱效率，但是仍然存在多年來沒有解決的爐溫均勻性較差這個問題。新型的蓄熱式長方形爐坑均熱爐較好地解決了這個問題。

(3)雙側(cè)供熱蓄熱式均熱爐，這種爐型采用了空氣和煤氣雙預(yù)熱的蓄熱式燃燒技術(shù)，以及雙側(cè)對稱供熱方式，所以大幅度提高了煙氣余熱回收率和爐子熱效率，爐溫均勻性問題也得到很大改善，但是存在爐壓較高且難以控制的問題，尤其是供熱量較大時，爐子冒火嚴(yán)重，爐口設(shè)備容易損壞，增加了維修量，降低了作業(yè)率，還惡化了爐區(qū)操作環(huán)境。新型的蓄熱式長方形爐坑均熱爐能夠很好的控制爐壓，不存在這個問題。

(4)雙側(cè)供熱蓄熱(空氣)/換熱(煤氣)式均熱爐，這種爐型解決了空氣煤氣雙預(yù)熱的雙側(cè)供熱蓄熱式均熱爐存在的爐壓難以控制問題，但是爐溫均勻性問題沒有很好解決，同時煤氣換熱器壽命較短，存在安全隱患。新型的蓄熱式長方形爐坑均熱爐，采用空氣單預(yù)熱的蓄熱式燃燒技術(shù)，不存在煤氣預(yù)熱導(dǎo)致的上述問題;采用了數(shù)字化燃燒方式，以及供熱量的合理配置，爐溫均勻性得到很大改善。

2.2 均熱爐內(nèi)的加熱制度和溫度制度

2.2.1 均熱爐內(nèi)的加熱制度

合金鋼鋼錠在均熱爐內(nèi)的加熱制度取決于鋼種、錠型、鋼錠尺寸、鋼錠裝爐溫度以及軋制工藝對出爐溫度和斷面溫差的要求。由產(chǎn)品大綱可知，均熱爐加熱的合金鋼鋼錠種類繁多，加熱制度的種類也相當(dāng)多。為了討論問題的方便，這里將合金鋼鋼錠在均熱爐內(nèi)的加熱制度分為以下六大類:

(1)兩期加熱制度，是一種最簡單的加熱制度，整個加熱周期分為加熱期(即升溫期)和均熱期(含保溫時間，所以有時稱為保溫期)兩個階段。

(2)三期加熱制度，加熱周期由預(yù)熱期、加熱期和均熱期組成。

(3)四期加熱制度，加熱周期由第一升溫期、第一保溫期、第二升溫期和第二保溫期四個階段組成。

(4)五期加熱制度，加熱周期由預(yù)熱期、第一升溫期、第一保溫期、第二升溫期和第二保溫期五個階段組成。

(5)六期加熱制度，加熱周期由第一升溫期、第一保溫期、第二升溫期、第二保溫期、第三升溫期和第三保溫期六個階段組成。

(6)七期加熱制度，加熱周期由預(yù)熱期、第一升溫期、第一保溫期、第二升溫期、第二保溫期、第三升溫期和第三保溫期七個階段組成。下圖是七期加熱制度的一個例子。

上述歸納的六種加熱制度之間的差別是明顯的，即使同一種加熱制度，對于不同的鋼種、不同的錠型、不同的裝爐溫度，要求的涼爐溫度、燜爐時間、燜爐方式、各個升溫段的升溫速度、各個保溫段的保溫溫度和保溫時間也都有所不同。因此，合金鋼鋼錠在均熱爐內(nèi)的加熱制度不僅種類繁多，而且是相當(dāng)復(fù)雜的。

2.2.2 均熱爐的溫?zé)嶂贫?/p>

為了滿足合金鋼鋼錠多種加熱制度的要求，均熱爐應(yīng)具備組織相應(yīng)的多種溫度制度的能力。這種能力來自于為均熱爐配備的數(shù)字化燃燒供熱系統(tǒng)。均熱爐的供熱制度具有以下特點:

(1)在整個加熱周期內(nèi)，供熱量是變化的，而且變化范圍相當(dāng)大。這樣，均熱爐的燃燒供熱系統(tǒng)不僅應(yīng)該具備相當(dāng)大的供熱能力，而且還應(yīng)該具備相當(dāng)大的供熱量調(diào)節(jié)能力，即:燃燒供熱系統(tǒng)具有相當(dāng)大的調(diào)節(jié)比。

(2)為了滿足爐溫變化的及時性和準(zhǔn)確性的要求，均熱爐供熱量的調(diào)整同樣應(yīng)該具有及時性和準(zhǔn)確性。

(3)為了滿足爐溫均勻性的要求，在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，火焰特性應(yīng)當(dāng)保持不變。

為均熱爐配備的蓄熱式燃燒系統(tǒng)采用了數(shù)字化燃燒方式;在均熱爐爐型結(jié)構(gòu)方面采用了多點供熱多點排煙方式，合理布置供熱點和排煙點。這兩個方面的有機結(jié)合，是實現(xiàn)上述要求的保證條件。

2.3 均熱爐的數(shù)字化蓄熱式燃燒系統(tǒng)

數(shù)字化蓄熱式燃燒方式是，將蓄熱式燃燒方式與數(shù)字化控制方式有機結(jié)合在一起形成的，集兩者的優(yōu)勢于一身，所以兼?zhèn)鋬烧叩奶攸c:(1)始終保持最佳火焰特性;(2)供熱能力的調(diào)節(jié)比相當(dāng)大;(3)具有更高的理論燃燒溫度;(4)具有更高的燃料節(jié)約率和更低的溫室氣體排放率。

均熱爐的數(shù)字化蓄熱式燃燒系統(tǒng)具有以下幾個重要特點:

(1)燃燒操作全部過程由PLC控制系統(tǒng)執(zhí)行，具有及時、準(zhǔn)確調(diào)整供熱量的能力;與爐溫控制系統(tǒng)相配合，能夠及時、準(zhǔn)確地調(diào)整、控制爐溫。

(2)為均熱爐配置的燃燒系統(tǒng)供熱能力足夠大，調(diào)節(jié)比相當(dāng)大，可達(dá)1∶10以上。

(3)供熱能力調(diào)整范圍內(nèi)，火焰特性始終保持不變。

所以，為均熱爐提供的數(shù)字化蓄熱式燃燒系統(tǒng)，是組織復(fù)雜多變的、非穩(wěn)態(tài)均勻分布溫度制度的最有效的技術(shù)手段，進而，也是滿足種類繁多過程復(fù)雜的、合金鋼鋼錠加熱制度的、最可靠的保證之一。

2.4 均熱爐爐溫均勻化的技術(shù)措施

(1)采用數(shù)字化蓄熱式燃燒供熱系統(tǒng)。

數(shù)字化蓄熱式燃燒供熱系統(tǒng)的主要特征之一是，火焰特性不隨供熱量的變化而變化，始終保持最有利于爐溫均勻化的火焰形態(tài)和燃燒工況。對于供熱量大幅度變化的加熱合金鋼鋼錠的均熱爐來說，這一點尤為重要。到目前為止，這是一項促進和保持爐溫均勻性的最有效的技術(shù)措施，其顯著的效果在實踐中已經(jīng)得到充分印證。

(2)蓄熱式燃燒單元(燒嘴)的合理布置。

所有燃燒單元布置在兩面端墻(長方形的兩條短邊)上，兩面?zhèn)葔?長方形的兩條長邊)不布置燒嘴。其中一面端墻上部布置燒嘴，下部設(shè)置自然排煙系統(tǒng)的排煙口;另一面端墻上部和下部都布置燒嘴。上部燒嘴兩面對稱布置，有利于降低均熱爐長度方向溫差。下部燒嘴的設(shè)置，有利于減小均熱爐高度方向的溫差。

(3)采用陶瓷輻射柵技術(shù)。

在自然排煙系統(tǒng)的排煙口設(shè)置陶瓷輻射柵。這項技術(shù)的原理是，通過對流換熱與輻射換熱的轉(zhuǎn)換，將部分煙氣顯熱返回爐內(nèi)。這是一項提高排煙口附近爐溫的有效措施。

(4)設(shè)置在下部的燒嘴采用大動量火焰和分割燃燒技術(shù)。

爐膛下部，由于只在一面端墻設(shè)置了燒嘴，另一面端墻設(shè)置了排煙口，沿爐膛長度方向有可能產(chǎn)生較大溫差，排煙口附近較低。為了提高排煙口附近的溫度，下部燒嘴采用了大動量火焰和分割燃燒技術(shù)。這項技術(shù)與陶瓷輻射柵技術(shù)相結(jié)合，有效地促進了爐膛下部、沿爐膛長度方向的爐溫均勻化。

3 均熱爐節(jié)能技術(shù)

(1)采用空氣預(yù)熱的蓄熱式燃燒技術(shù)。

對于火焰爐，以預(yù)熱空氣和煤氣的方式，將煙氣顯熱回收到爐內(nèi)，是降低產(chǎn)品單位熱耗、節(jié)約燃料、提高爐子熱效率的最有效的途徑。這是因為以預(yù)熱空氣和煤氣的方式回收到爐內(nèi)的物理熱，與燃料燃燒方式放出的化學(xué)熱不等價，單位物理熱的價值大于單位化學(xué)熱。

(2)采用數(shù)字化蓄熱式燃燒方式。

數(shù)字化蓄熱式燃燒系統(tǒng)由若干數(shù)字化蓄熱式燃燒單元組成。每個燃燒單元的運行由1個空氣/煙氣快速切換閥和一個煤氣快速換向閥執(zhí)行?？焖偾袚Q閥的設(shè)置盡量靠近蓄熱室，尤其是煤氣側(cè)的快速切換閥，直接與燃燒單元接口相連接，最大限度地減少換向造成的煤氣損失。

理論上，數(shù)字化蓄熱式燃燒系統(tǒng)的燃料節(jié)約率等同于常規(guī)蓄熱式燃燒系統(tǒng)。但是，由于數(shù)字化蓄熱式燃燒方式的調(diào)節(jié)比相當(dāng)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)蓄熱式燃燒方式，使得控制系統(tǒng)對熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)得心應(yīng)手，更加及時、準(zhǔn)確、可靠，再加上最大限度地減少換向造成的煤氣損失，所以，實際上的燃料節(jié)約率應(yīng)該大于常規(guī)蓄熱式燃燒系統(tǒng)。

(3)增加爐體絕熱性。

爐蓋、爐墻和爐底采用整體澆注的或砌筑的復(fù)合結(jié)構(gòu)，增加絕熱性，最大限度地降低爐體外表面溫度和爐體散熱損失。

(4)增加爐體嚴(yán)密性。

爐坑和爐蓋的工作層采用澆注料整體澆注而成，確保爐體嚴(yán)密;爐蓋與爐口之間采用沙封方式進行密封;結(jié)合控制系統(tǒng)對爐壓合理有效地控制。綜合上述技術(shù)措施，盡量降低由于爐內(nèi)氣體溢出和爐外冷風(fēng)吸入而造成的熱損失。

(5)風(fēng)機和排煙機采用變頻調(diào)速技術(shù)。

對于加熱合金鋼鋼錠的均熱爐，供熱量大幅度的變化，采用變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)整供風(fēng)量和強制排煙量，不僅有利于供風(fēng)系統(tǒng)和強制排煙系統(tǒng)運行穩(wěn)定，同時具有顯著的節(jié)能效果。

［1］羅俠.蓄熱式均熱爐生產(chǎn)中存在問題的分析及解決方案［J］.工業(yè)加熱，2005，3.

［2］閆桂霞.硅鋼CSP工程輥底式均熱爐技術(shù)特點［J］.工業(yè)爐，2011，6.

［3］陶書明.換向時間對蓄熱式均熱爐能耗的影響和分析［J］.工業(yè)加熱，2010，4.