蓄熱式加熱爐改進(jìn)措施

左發(fā)

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司， 山東　萊蕪　271104）

?

蓄熱式加熱爐改進(jìn)措施

左發(fā)

（山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司， 山東萊蕪271104）

結(jié)合萊鋼某生產(chǎn)線蓄熱式加熱爐的生產(chǎn)運(yùn)行情況，分析其存在的問題，并從加熱爐燃燒系統(tǒng)、汽化冷卻系統(tǒng)和操作控制等方面提出加熱爐的節(jié)能改進(jìn)措施。

蓄熱式加熱爐預(yù)熱段燃燒系統(tǒng)汽化冷卻系統(tǒng)節(jié)能

萊鋼某生產(chǎn)線加熱爐為側(cè)向多點(diǎn)供熱雙蓄熱式加熱爐，分三段爐溫控制，其中預(yù)熱段有部分無加熱區(qū)。加熱爐內(nèi)金屬構(gòu)件的冷卻方式為自然循環(huán)汽化冷卻。該加熱爐在運(yùn)行和生產(chǎn)的過程中，存在設(shè)備和操作等方面的問題，例如：坯料加熱質(zhì)量差，蓄熱燒嘴局部存在設(shè)計(jì)缺陷。

該加熱爐設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1　加熱爐設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)

1　運(yùn)行生產(chǎn)過程中存在的問題

1）該加熱爐均熱段爐長(zhǎng)相對(duì)較短，在連續(xù)生產(chǎn)過程中難以有效地起到均熱坯料的目的。該段熱電偶往往受到加熱段輻射換熱的影響，顯示溫度不能反映坯料的真實(shí)情況。在加熱斷面尺寸較大的坯料時(shí)，通常在均熱段供熱較小的狀態(tài)下，熱電偶顯示的溫度就能達(dá)到工藝要求。有時(shí)為了滿足加熱工藝要求，將該段燒嘴關(guān)閉。

2）均熱段前端的兩個(gè)燒嘴蓄熱體損壞較快，影響到空煤氣的換熱和換向閥的使用壽命。

3）由于強(qiáng)制排煙加熱爐內(nèi)縱向流動(dòng)的氣流很少，使得預(yù)熱段無加熱區(qū)的坯料升溫較慢，當(dāng)較少部分的高溫火焰與低溫坯料快速熱交換后迅速拉低爐溫，而在爐溫一旦低于某個(gè)溫度的情況下，很可能在換向后出現(xiàn)不能自燃的危險(xiǎn)。

4）燒嘴進(jìn)氣管口的布置位置會(huì)使氣流產(chǎn)生偏流現(xiàn)象，局部蓄熱體熱量得不到充分利用，使得蓄熱體蓄熱利用率降低。

5）由于燒嘴式蓄熱加熱爐自身的特殊結(jié)構(gòu)，使其爐墻的熱量損失較其他類型的加熱爐要高得多。

在加熱斷面尺寸較大的坯料時(shí)，由于加熱爐內(nèi)寬較小，水管絕熱層遮蔽火焰，影響了坯料的正常受熱，使得黑印區(qū)域較大。另外，滑軌使用的合金滑塊是被連續(xù)焊接在縱水管上的，所以合金滑塊的表面溫度低，坯料黑印比較明顯。

1）由于操作工不注重空煤比的調(diào)節(jié)，使得進(jìn)入爐內(nèi)的煤氣有富余。當(dāng)富余煤氣進(jìn)入燒嘴內(nèi)部可能會(huì)發(fā)生二次燃燒，加劇了蓄熱材料的損壞。

2）由于將排煙溫度控制在較低的范圍，低于煙氣的露點(diǎn)溫度，一方面增加了對(duì)管道的腐蝕，另一方面使得蓄熱溫度達(dá)不到較高水平，影響燃料理論燃燒溫度。

2　建議改進(jìn)措施

由于采取強(qiáng)制排煙方式將爐內(nèi)煙氣排出爐外，因而沒有縱向流動(dòng)的氣流，使得段間對(duì)流換熱傳遞熱量不明顯。為了保證有效控制某段爐溫，減小該段對(duì)其他段輻射換熱的影響，宜在段間設(shè)置上、下隔墻，增強(qiáng)該段的輻射換熱能力。

如果蓄熱室尺寸設(shè)計(jì)與預(yù)熱氣體流量不匹配，會(huì)使系統(tǒng)設(shè)備損壞和燒嘴的換熱效率降低。當(dāng)蓄熱體量少時(shí)，高溫?zé)煔膺M(jìn)入蓄熱室后，蓄熱室蓄熱量很快飽和，這時(shí)煙氣排出溫度就高，不僅帶走大量的熱量，還會(huì)造成系統(tǒng)設(shè)備的損壞。當(dāng)減小排煙量后，在空氣或煤氣通過蓄熱室時(shí)，蓄熱室的蓄熱量不足以將空氣或煤氣預(yù)熱到設(shè)計(jì)的溫度，使燒嘴的換熱效率降低。因此，在設(shè)計(jì)蓄熱室時(shí)，要充分考慮蓄熱能力與氣體流量的匹配問題，并做好相應(yīng)的熱態(tài)試驗(yàn)。

強(qiáng)制排煙的加熱爐各段之間的對(duì)流換熱不明顯，在排煙引力富余的情況下，由于預(yù)熱段無加熱區(qū)，使得坯料得不到有效加熱。因此，在設(shè)置無加熱區(qū)加熱段時(shí)，通過在爐尾增加附加煙道，適當(dāng)調(diào)節(jié)排煙管道調(diào)節(jié)閥，使部分煙氣經(jīng)過無加熱區(qū)通過煙道排出爐外，預(yù)熱坯料。

現(xiàn)有燒嘴進(jìn)氣側(cè)的布置易產(chǎn)生氣流偏流現(xiàn)象。產(chǎn)生氣流偏流后，同一蓄熱室內(nèi)蓄熱體得不到均勻受熱，使得部分蓄熱材料利用率低下。因此，增加氣體分流導(dǎo)向裝置，使氣體均勻通過蓄熱體，提高蓄熱體的換熱效率。

改造加熱爐時(shí)，節(jié)能的新材料是首選。對(duì)于沒有爐頂壓下結(jié)構(gòu)的矩形爐型，在改造設(shè)置段間上隔墻時(shí)，可采用輕型的復(fù)合材料，一方面降低改造的難度，另一方面便于維護(hù)和更換。鑒于燒嘴式蓄熱加熱爐爐墻結(jié)構(gòu)的特殊性，其散熱和蓄熱損失比普通加熱爐要高，所以其爐體的絕熱措施顯得尤為重要，而傳統(tǒng)的復(fù)合爐墻結(jié)構(gòu)似乎不能滿足節(jié)能的要求。因此，要充分考慮爐體耐材的經(jīng)濟(jì)厚度和熱損失，采用導(dǎo)熱系數(shù)低的輕型復(fù)合耐材，在一定程度上達(dá)到節(jié)能的目的。

推鋼式加熱爐爐內(nèi)金屬構(gòu)件冷卻方式主要有汽化冷卻和水冷卻兩種冷卻方式。汽化冷卻方式比水冷卻方式好，節(jié)能效果明顯[1]，但是傳統(tǒng)的滑道，對(duì)坯料的加熱質(zhì)量影響較大，主要表現(xiàn)為坯料黑印缺陷。要提高坯料的加熱質(zhì)量，可將傳統(tǒng)的滑塊換為孔洞式滑塊或其他與坯料接觸面溫度高的異形滑塊。對(duì)于加熱質(zhì)量要求較高的合金坯料，可以采用無水冷卻的陶瓷質(zhì)熱滑道。

對(duì)于傳統(tǒng)的水冷卻金屬構(gòu)件的絕熱包扎，采用復(fù)合包扎方式，即內(nèi)層用硅酸鋁纖維毯包扎，外層用澆注料澆注。這種絕熱包扎方式對(duì)于內(nèi)寬較小的加熱爐，由于包扎層厚度的影響，對(duì)爐內(nèi)火焰的遮蔽影響較大，影響坯料的加熱質(zhì)量。為了減小傳統(tǒng)包扎方式的遮蔽影響，采用新型輕型絕熱復(fù)合材料。該復(fù)合材料內(nèi)層可以是導(dǎo)熱系數(shù)和耐熱溫度均較低的耐火材料，外層可以是耐熱溫度高的耐火材料。這種包扎方式包扎厚度較傳統(tǒng)復(fù)合包扎方式的小。

強(qiáng)制排煙方式較自然排煙方式不同，氣體從一側(cè)混合燃燒，煙氣從對(duì)面?zhèn)扰懦?，如果空煤比調(diào)節(jié)不當(dāng)，會(huì)降低蓄熱室的換熱效率和加重坯料的氧化燒損。當(dāng)煤氣富余時(shí)，不僅使煤氣消耗增加，而且富余的煤氣進(jìn)入對(duì)面蓄熱室內(nèi)產(chǎn)生二次燃燒時(shí)會(huì)燒壞蓄熱材料，降低蓄熱室的換熱效率；當(dāng)空氣富余時(shí)，會(huì)加重坯料的氧化燒損。因此，應(yīng)合理調(diào)節(jié)空煤氣比，使?fàn)t內(nèi)燃燒氛圍呈現(xiàn)弱氧化性氣氛，提高爐溫，降低煤氣消耗和氧化燒損率。

爐溫、排煙溫度和爐壓是相互影響的。排煙溫度過低或過高，對(duì)爐溫和燃燒設(shè)備會(huì)產(chǎn)生不利影響。爐壓受排煙溫度的限制，過低會(huì)造成吸冷風(fēng)而增加煤氣消耗，過高則散熱損失增大。操作人員應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)和設(shè)備情況，合理調(diào)節(jié)溫度和爐壓，達(dá)到綜合節(jié)能的目的。

3　結(jié)語

設(shè)置段間隔墻，預(yù)熱氣體，增加附加煙道，增加分流導(dǎo)向裝置，應(yīng)用爐體新材料，合理控制空煤比、溫度和爐壓，可以解決蓄熱式加熱爐在運(yùn)行生產(chǎn)過程中存在的問題，降低能源消耗，提高燃料利用率，提高坯料的加熱質(zhì)量。

[1]王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)：第2版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

（編輯：胡玉香）

The Improvement Measures of Regenerative Furnace

ZUO Fa
（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.，Ltd.，Laiwu Shandong 271104）

Combined with the production application of a regenerative furnace in Laiwu Steel production line,the existing problems are analyzed,and several energy-saving measures for heating furnace are proposed from combustion system,vaporization cooling system and operation control.

regenerative furnace,preheating section,combustion system,vaporization cooling system,energy conservation

TF066.2

A

1672-1152（2016）02-0081-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.31

2016-03-10

左發(fā)（1983—），男，主要從事冶金工業(yè)爐設(shè)計(jì)工作，工程師。