蓄熱燃燒技術(shù)在超大爐寬加熱爐上的應(yīng)用

朱　理，許鵬彥(中冶華天工程技術(shù)有限公司　江蘇南京　210000)

蓄熱燃燒技術(shù)在超大爐寬加熱爐上的應(yīng)用

朱理，許鵬彥(中冶華天工程技術(shù)有限公司江蘇南京210000)

摘要：著重敘述了雙蓄熱燃燒技術(shù)在超大爐寬板坯加熱爐上的開發(fā)應(yīng)用，以及取得的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：蓄熱燃燒；加熱爐；間隙延遲控制

1項(xiàng)目背景

河北某鋼廠1450 mm熱軋薄板廠原有1#、2#雙蓄熱板坯步進(jìn)梁式加熱爐兩座，燃料為高轉(zhuǎn)混合煤氣，蓄熱方式為小球蓄熱內(nèi)置通道式。由于該加熱爐產(chǎn)量達(dá)不到要求，而且坯料的加熱質(zhì)量不太理想，因此需要對加熱爐進(jìn)行改造。先期對1#加熱爐進(jìn)行改造，并為2#加熱爐改造預(yù)留介質(zhì)節(jié)點(diǎn)接口。

2加熱爐改造的主要內(nèi)容

加熱爐改造的主要內(nèi)容包括：

燃燒及排煙系統(tǒng)：加熱爐產(chǎn)量由原先的150 t/h-200 t/h改為150 t/h-300 t/h，蓄熱裝置由小球蓄熱內(nèi)置通道式改為蜂窩體蓄熱外置燒嘴式，因此，加熱爐從鼓風(fēng)機(jī)至燒嘴的供熱燃燒系統(tǒng)、從燒嘴至引風(fēng)機(jī)的排煙系統(tǒng)全部更換。

加熱爐砌體：在保持原有加熱爐有效長度及砌體外寬不變的基礎(chǔ)上，加熱爐砌體全部更換。

加熱爐三電自動化系統(tǒng)：加熱爐三電自動化系統(tǒng)全部更換。

加熱爐水梁冷卻系統(tǒng)：加熱爐水梁冷卻方式由凈環(huán)水冷卻改為汽化冷卻，增設(shè)了汽化冷卻系統(tǒng)的全部設(shè)施。

加熱爐機(jī)械設(shè)備：更換了全部的水梁、水封；調(diào)整了部分水梁立柱的間距及水梁跨度，對應(yīng)修改了爐底步進(jìn)框架；更換了爐門及配套升降系統(tǒng)。

其他：更換了部分水冷系統(tǒng)管道，更換了鋼結(jié)構(gòu)及操作平臺，對土建基礎(chǔ)進(jìn)行了局部修改，增加了氣化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)等。

3改造后的加熱爐工藝及結(jié)構(gòu)簡介

圖1是該加熱爐縱斷面圖。加熱爐采用全平爐頂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單。加熱爐爐墻、爐頂采用整體澆注的復(fù)合砌體結(jié)構(gòu)，爐底采用復(fù)合砌筑結(jié)構(gòu)。

加熱爐采用空煤氣雙蓄熱燃燒方式，全爐分為第一加熱熱段、第二加熱段、均熱段上部、均熱段下部四個爐溫控制段，燃燒控制系統(tǒng)具有雙交叉限幅和換向燃燒間歇延時控制兩種功能。

加熱爐順控、儀控各采用一臺PLC。電控系統(tǒng)控制范圍包括：助燃風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、液壓站、爐底機(jī)械等的動作。儀控系統(tǒng)控制范圍包括：爐內(nèi)溫度與燃燒控制、爐壓控制、換向控制、排煙溫度控制、汽化冷卻系統(tǒng)控制、停爐聯(lián)鎖控制等。

加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)包括給水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及蒸汽排放系統(tǒng)等。

加熱爐的主要尺寸為：

●輥道上表面標(biāo)高+800 mm

●加熱爐基礎(chǔ)上表面標(biāo)高-8600 mm

●裝出料輥道中心距29500 mm

●加熱爐爐體砌體全長24680 mm

●加熱爐爐體砌體全寬18060 mm

●加熱爐爐內(nèi)寬16960 mm

●上爐膛高度：1600 mm

●下爐膛高度：2400 mm

4加熱爐改造的難點(diǎn)及蓄熱燃燒技術(shù)的應(yīng)用對策

4.1加熱爐改造的難點(diǎn)

本改造工程的難點(diǎn)主要如下：

(1)加熱爐爐內(nèi)寬達(dá)到16.96m，國內(nèi)罕見，而且本工程加熱爐采用蓄熱式燃燒技術(shù)，采用側(cè)部供熱方式對坯料進(jìn)行供熱，對坯料爐寬方向上加熱溫度的均勻性是個挑戰(zhàn)。

(2)加熱爐設(shè)計能力為150t/h～300 t/h，加熱能力跨度很大，對加熱爐燃燒系統(tǒng)的控制要求較高。

(3)加熱爐燃料熱值波動范圍較大。根據(jù)合同要求，加熱爐燃燒系統(tǒng)需要滿足燃燒高爐煤氣(低發(fā)熱值：700X4.18 kJ/m3)和混合煤氣(低發(fā)熱值：700～1000X4.18 kJ/m3)兩種要求。

(4)坯料加熱質(zhì)量要求高。根據(jù)合同要求，坯料沿鋼坯長度、寬度和厚度方向上的溫差≤30 ℃。

4.2加熱爐蓄熱燃燒技術(shù)的應(yīng)用對策

本工程加熱爐產(chǎn)量跨度大、燃料熱值波動范圍大、爐寬超寬以及項(xiàng)目對坯料的加熱質(zhì)量要求高，必須采取有效對策來實(shí)現(xiàn)蓄熱燃燒技術(shù)的成功應(yīng)用。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)依據(jù)公司多年在蓄熱式步進(jìn)梁式加熱爐上的工程設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，充分考慮本項(xiàng)目加熱爐的特殊性，并結(jié)合國豐1450 mm薄板廠舊有加熱爐的使用實(shí)際情況，主要采用了如下對策：

(1)優(yōu)化蓄熱式燒嘴結(jié)構(gòu)。

雙蓄熱燒嘴結(jié)構(gòu)通過空煤氣兩個獨(dú)立的流股在爐內(nèi)斜交叉混合，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散燃燒。為了滿足坯料在爐寬方向上的溫度均勻性，需做到寬度方向上熱量供給的均布。

根據(jù)擴(kuò)散燃燒的特點(diǎn)，并結(jié)合加熱爐實(shí)際的爐寬尺寸，本工程蓄熱式燒嘴采用不同的噴射角度，實(shí)現(xiàn)燒嘴在爐寬方向上多點(diǎn)供熱，最大限度實(shí)現(xiàn)爐寬方向上溫度的均勻。

(2)采用換向燃燒系統(tǒng)間歇延時控制工藝技術(shù)。

本加熱爐產(chǎn)量變化幅度大，煤氣的熱值波動范圍大。如果加熱爐燃燒系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的雙交叉限幅控制，空煤氣的流量變化幅度會很大，這會導(dǎo)致燒嘴在爐內(nèi)的火焰長度及剛度極不穩(wěn)定，進(jìn)而導(dǎo)致坯料在爐內(nèi)加熱溫度沿坯料長度方向嚴(yán)重不均勻，無法滿足軋機(jī)的需要。而該加熱爐改造之前的應(yīng)用實(shí)際情況恰恰時坯料長度方向的溫差太大(實(shí)測值超過50 ℃)。

要改變上述產(chǎn)量及煤氣熱值變化導(dǎo)致的坯料溫差不能滿足要求的實(shí)際情況，最理想的工況就是不管產(chǎn)量和煤氣熱值如何變化，加熱爐燒嘴向爐內(nèi)供熱時，單位時間的煤氣流量一直保持在一個恒定值(即設(shè)計的額定狀態(tài)下)，這樣就能滿足加熱爐燒嘴的火焰長度一直處于固定狀態(tài)下，從而確保了坯料的加熱質(zhì)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述狀態(tài)，本工程采用了我公司擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的換向燃燒系統(tǒng)間歇延時控制工藝，該工藝通過改變向爐內(nèi)的供熱時間的來適應(yīng)產(chǎn)量及煤氣熱值變化。

該換向燃燒系統(tǒng)間歇延時控制工藝的關(guān)鍵點(diǎn)在于如何決定燒嘴的供熱與否，這可以通過爐溫設(shè)定值與測量值之間的關(guān)系，經(jīng)過PLC計算爐溫變化趨勢，最終做出判斷。

(3)全分散換向控制和分段分側(cè)集中換向控制相結(jié)合。

全爐分為第一加熱熱段、第二加熱段、均熱段上部、均熱段下部四個爐溫控制段。其中，第一加熱段和第二加熱段采用分段分側(cè)集中換向控制；均熱段上部、均熱段下部采用全分散控制。

均熱段的全分散換向控制的優(yōu)點(diǎn)：能夠盡量減小換向時的爐壓波動，減小換向間隙時間對爐溫的影響。但是，全分散換向控制的缺點(diǎn)是：管道系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備多，潛在故障點(diǎn)多，維護(hù)量大。

而分段分側(cè)集中換向控制的優(yōu)缺點(diǎn)和全分散換向控制剛好相反。

本工程采用全分散換向控制和分段分側(cè)集中換向控制相結(jié)合方式，既滿足了爐壓穩(wěn)定和爐溫均勻性的要求，又減少了設(shè)備數(shù)量，減小了維護(hù)量。

5改造后加熱爐的運(yùn)行情況

該加熱爐2012年9月投產(chǎn)至今，運(yùn)行情況良好，產(chǎn)量滿足合同要求，爐壓波動小。

加熱爐采用了空煤氣雙蓄熱技術(shù)，充分利用低熱值燃料，單耗較常規(guī)式加熱爐而言，有顯著降低，節(jié)約了能源。

加熱爐水梁采用了汽化冷卻技術(shù)，回收了熱量。

鋼坯加熱溫度均勻性有了顯著的提高。通過精軋區(qū)反饋的溫度數(shù)據(jù)，沿坯料長度方向上，溫度不均勻性小于25 ℃，滿足合同要求的不超過30 ℃的要求，比改造前的溫度均勻性有了顯著的提高。圖2為精軋區(qū)反饋的鋼坯溫度曲線。

改造后的加熱爐產(chǎn)量有了顯著提高，坯料加熱爐質(zhì)量有了明顯改善。實(shí)踐證明，該項(xiàng)目的改造是成功的，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]朱理，朱宗銘.國內(nèi)加熱爐燃燒系統(tǒng)分析[J].冶金能源，2010，29(2)：40-42

Application of Regenerative Combustion

to the Huge Width Reheating Furnace

ZHU Li，XU Peng-yan

Abstract：The development and application of regenerative combustion to the huge width walking beam reheating furnace is mainly described, as well as obvious energy saving results are gained.

Key words：regenerative combustion; reheating furnace; clearance delay control

作者簡介：朱理(1979- )，江蘇泰興人，中冶華天工程技術(shù)有限公司高級工程師，工學(xué)碩士。

收稿日期：2015-02-20

中圖分類號：TG155.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-9994(2015)02-0008-03