本钢特钢厂蓄热式烧嘴步进梁式加热炉的应用

本钢特钢厂蓄热式烧嘴步进梁式加热炉的应用摘要：介绍了本溪钢铁集团公司特钢厂蓄热式烧嘴步进梁式加热炉的特点、技术性能参数及对该炉的控制和管理情况，并介绍了蓄热式燃烧系统的主要特征。该炉投产后，加热能力、加热质量大幅提高，氧化烧损及煤气排放量大幅降低。关键词：步进梁式加热炉；燃烧系统；蓄热式烧嘴1加热炉的特点本溪钢铁集团公司特钢厂新建2座单(双)排装料、加热能力为120t／h(冷料)的步进梁式加热炉。该炉采用先进的高温空气蓄热式燃烧技术。1．1采用新型空气单预热蓄热式烧嘴采用新型空气单预热蓄热式烧嘴，燃烧组织更优化，可在钢坯上下表面形成微还原性气氛，减少氧化烧损；采用允许工作温度达1600℃的高级蜂窝状蓄热体材料，传热特性好，使用时间长；烧嘴的金属部件远离高温区，烧嘴使用寿命长，维护工作量少。1．2采用多段炉温控制系统炉温控制分为均热段、第1加热段和第2加热段，各段之间用隔墙隔开，可灵活、准确地控制各段炉温和空、燃比，实现各种加热工艺和炉温制度，使燃料燃烧过程更加可控，提高燃料利用率。换向系统也相应分为3段控制，还可分成更多的组段错开换向，使换向对炉温、炉压以及空煤气系统压力的波动影响减小。1．3具有多种节能措施(1)采用高效蓄热式预热技术，可将助燃空气预热到1000C以上，排烟温度降至140℃；(2)垫块的错位和采用高温Co合金垫块，有效减少了钢坯黑印，间接减少了燃料消耗；(3)合理的炉内水梁支撑，力求减少冷却管的面积，同时水梁采用双层绝热包扎，以减少冷却水带走的热量；(4)采用优化设计的复合炉衬砌筑结构，减少了散热损失，提高了炉子使用寿命；(5)配备了先进的自动化系统，可集中控制管理加热炉各系统和整个加热过程，确保了空燃比和合理的炉压控制，提高了炉子的热效率；(6)加热炉采用多段炉温自动控制系统，可灵活调节各区段的供热量，以实现最低能耗；(7)采用高效液压系统，可节约能源，并具有轻抬轻放和安全自锁功能。2加热炉的技术性能该加热炉加热的主要钢种为低合金钢、碳结钢等，室温装炉。加热炉的有关参数见表1。3加热炉的控制与管理加热炉为双排及单排布料，装出料方式为端进端出。钢坯从装炉、加热至出钢的整个过程中，钢坯的输送、测量、装料、出料、步进、物料跟踪及与轧机和连铸的数据信息交换，均通过炉区电控系统进行顺序、定时、联锁与逻辑控制，实现操作自动化和计算机管理。该加热炉共设80只蓄热式燃烧器，每侧40只。燃烧器的总供热能力为23000m3／h，与冷装120t／h时所需的供热量相比，烧嘴装备能力富裕20％。供热能力分配见表2。4蓄热式燃烧系统4．1燃烧系统的主要特征4．1．1新型组合式烧嘴新型组合式烧嘴是一种结构合理、性能优越的蓄热式烧嘴，其空、煤气喷口为上下组合。烧嘴安装在炉膛上部时，空气喷口在上，煤气喷口在下，空、煤气流上下斜交混合；烧嘴安装在炉膛下部时则反之。空气预热到很高温度时(如1000℃以上)，空、煤气混合燃烧会产生很高的燃烧温度，为避免产生局部高温区，及高温下产生过量NOx，不能让空、煤气流即时充分混合，而应逐渐扩散弥漫燃烧，即空、煤气混合燃烧要有一个适当的过程，在此过程中，与钢坯表面接触的气氛是还原性或微还原性的，钢坯不易被氧化。另外，高温空气燃烧机理不同于一般燃烧，其燃烧速度非常快，因此逐渐扩散弥漫燃烧不会在炉内形成不完全燃烧。组合式烧嘴的空、煤气喷口是扁平的，因而燃烧形成扁“火焰”(实际上高温空、煤气燃烧在炉温高的情况下没有明显可见的火焰)，这有利于对钢坯的均匀辐射传热。烧嘴在后端盖设有装卸蓄热体的检修门，以方便更换蓄热体。每个烧嘴的空、煤气管上都装有阀门，烧嘴调节灵活方便。一排或上下烧嘴的负荷，可根据炉子实际工况，灵活调节。组合式烧嘴结构紧凑，在炉子上布置方便，尤其是在步进梁式加热炉上使用这种烧嘴，可避免火焰直对步进梁立柱。这种烧嘴用在轧钢加热炉上，可显著减少钢坯的氧化烧损，减轻炉子清渣工作量，也可减少脱碳，提高钢坯的加热质量。4．1．2新型蓄热体组合式蓄热式烧嘴的蓄热体采用陶瓷蜂窝体。其传热能力比小球大4～5倍，气流阻力只有小球的1／3。用换向周期40～80s设计蓄热体的蓄热能力和传热能力较适当，如果换向周期过短(如20～30s)，换向过于频繁，影响换向阀的使用寿命，换向造成的煤气损失也多；如果换向周期过长(如120～180s)，则排烟温度和空气预热温度波动范围大，平均预热温度较低，综合换热效率较低。采用蜂窝体，蓄热室体积小，烧嘴结构紧凑，使在较小的炉侧钢柱间距内(如1160mm)布置一个烧嘴成为可能，整个炉子也才有可能布置足够数量的烧嘴，以满足供热负荷的需要。蜂窝体比小球更不易堵塞，原因是蜂窝体内的气流通道是直通道，在高速气流正、反吹作用下，灰尘不易在通道内积存。而小球蓄热室内的气流通道为迷宫式，气流中夹带的尘粒较易在小球表面附着导致通道堵塞。采用耐高温(1600℃)、抗热震性好、使用寿命长的莫来石材料，寿命可保证1年。4．1．3采用小型三通换向阀的分散换向系统使用大型四通阀时，称为系统集中换向，而使用小型四通阀和小型三通阀时，则称为系统分散换向。集中换向有明显的缺点。从换向阀到各个烧嘴，有很长和直径较大的管路，换向时积存在管道内的空气(或煤气)与烟气互相置换，置换过程中，炉内停熄燃烧。因管路大而长，故置换过程长，炉内停熄燃烧的时间也长(7～12s)，造成炉温波动较大。集中换向还造成空、煤气压力和炉膛压力波动较大。空、煤气双预热时，如果集中换向，煤气损失达3％～5％。每个烧嘴(或上下两个烧嘴)安装1个小型换向阀，组成分散换向系统，可克服集中换向的缺点，换向时炉内停熄燃烧时间可减少到1．5～2s，换向煤气损失可减小到0．5％以下。分散换向，采用小型三通阀优于用小型四通阀。因为采用小型四通阀只能进行同侧相邻两个烧嘴换向，这种换向方式易造成高温烟气甚至未完全燃烧的气体被短路排出，造成炉宽方向温度不均，燃料燃烧的热量利用不充分。采用小型三通换向阀则可以实现炉子两侧相对烧嘴间的换向，可完全避免同侧相邻烧嘴换向的缺点。同时，三通换向阀靠近烧嘴，换向阀与烧嘴之间的连接管道短而小，换向时炉内间断燃烧时间短，可使换向瞬间对炉温和炉压的影响降到最小。生产过程中，当单个烧嘴发生故障时，可单独关闭烧嘴前的空气手动硬密封蝶阀，在线维修发生故障的烧嘴；当三通阀发生故障时，同样可关闭设在三通阀前的手动硬密封蝶阀，在线维修故障阀门，而不影响加热炉的正常生产：加热炉各段每上下一对烧嘴共同使用一个空气三通换向阀，共有40个空气三通阀。4．2蓄热式燃烧系统概述4．2．1燃烧系统概述蓄热式燃烧系统由蓄热式烧嘴、换向装置、煤气、空气和废气管路，管路上的调节阀门以及强制排烟装置等组成。蓄热式烧嘴成对工作，二者交替变换燃烧和排烟工作状态，烧嘴内的蓄热体相应变换放热和吸热状态。通过蓄热体，出炉烟气的余热被转换成空气的物理热，而得到回收利用，烟气排出温度可降到150℃以下，空气可预热到1000℃以上，热回收率达到85％以上，温度效率达到90％以上。因此，不仅可节约大量能源，向大气排放的烟气量也大幅下降，有很好的环保效果。蓄热式烧嘴是该系统的核心。先进的蓄热式烧嘴除能充分回收烟气余热外，还应具有良好的组织火焰、结构紧凑、安装维护方便、不使炉体结构复杂化等性能特征。换向装置是实现蓄热式烧嘴换向工作的关键设备，其应密封性好、工作可靠。合理配置系统管路和工艺阀门，才能使系统具有可调性和安全性。4．2．2蓄热式烧嘴组合式蓄热式烧嘴的优点：(1)煤气和空气通道截然分开，没有窜气的可能，十分安全。(2)可在钢坯上下表面形成还原性气氛，减少了氧化和脱碳。(3)炉墙结构与普通加热炉相同(无需加厚)，对筑炉材料施工、烘炉操作等无特殊要求，不会因浇注料炉墙出现裂缝而造成空、煤气相窜，从而消除了安全隐患。(4)易分段供热，各段热负荷调节方便，可以按照加热工艺需要，灵活调节炉温制度。同一段中上、下部烧嘴的供热量也可调节，便于改变上、下热负荷分配，从而减少钢坯上下表面温差。(5)可直接冷炉点火升温。(6)能在炉下部侧墙开扒炉渣炉，可及时清理氧化铁皮，减少停炉打渣时间，这是炉墙通道式和外置蓄热室炉无法做到的。