蓄热-换热联用式加热炉的应用分析

冶金能源VoL 30 No. 2ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYMar 2011蓄热-换热联用式加热炉的应用分析贾冯睿谢国威2孙文卓孙文强3李博宇←(1.辽宁石油化工大学,2.中钢集团鞍山热能研究院有限公司,3.东北大学,4.中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司)摘要蓄热式燃烧技术应用于大型轧钢加热炉存在蓄热室扩容困难、炉压较高且波动频繁气体阻力损失大、换向阀寿命短等问题,蓄热-换热联用式加热炉将蓄热和换热两种余热回收技术相结合,兼有热回收率高、燃料适用范围广、操作灵活、工况稳定等特点;还分析了不同烧嘴布置方案的优缺点及适用场合。关键词轧钢加热炉大型化蓄热式换热式蜂窝体Analysis on application of regenerative reheat heating furnaceJia FeXie Guowei? Sun Wenzhuo' Sun Wengiang(1. Liaoning Shihua University2. Sinosteel Anshan Research Institute of Thermo-energy Co, Ltd.4. Capital Engineering and Research Incorporation Qinhuangdao Co. Ltd)Abstract The problems about application of regenerative combustion technology on large rolling heat-ing fumace are the difficulty of increasing dimensions of regenerator, high fumace pressure, much flowpressure, loss short life of switching valve and so on. Combining two kinds of technologies about wasteheat recovery, regenerative-reheat heating fumace has the characteristic of high utilization rate of heatwidely apply range on fuels, flexible operation and steady running condition. Excellences and disad-antages of different installation schemes of burners were discussed.Keywords rolling heating fumace enlargement regenerative heat exchange honeycomb轧钢加热炉大型化既是我国钢铁行业发展的节能低污染的要求开发设计新炉型势在必行必然趋势口,也是冶金工艺流程的客观要求与中小型加热炉相比,大型轧钢加热炉具有投1热式燃烧技术应用于大型轧钢加热炉存在的问题资、运行成本低,产品质量好,机械化、自动化水平高,清洁环保等优点。(1)蓄热室受空间限制,扩容困难蓄热式燃烧技术作为一种清洁高效的燃烧技轧钢加热炉的大型化从生产上是指生产率的术,在中小型加热炉上得到广泛应用。但随着轧提高,从热工方面则是指热负荷的增大,即单位钢加热炉大型化的趋势不断加快,蓄热式燃烧技时间供人炉内燃料量的增加。在保证蓄热效果的术在大型轧钢加热炉的应用过程中逐渐暴露出各前提下,烟气量增加要求蓄热室的换热面积也相种问题。对其中存在的问题进行分析研究并寻求应增加,从而产生了蓄热室的扩容问题。目前中合理可行的解决方案成为蓄热式燃烧技术应用于小型蓄热式轧钢加热炉蓄热室间距为300大型轧钢加热炉的关键。为了满足加热炉高效、500T山中国煤化工-定操作空间,热1CNMHG容能力极其有收稿日期2010-10-20限,若增加热至长度则会评致流动阻力增贾冯睿(1983-),硕士;113001辽宁省抚顺市。加2,加大动力消耗。Vol 30 No. 2冶金能源Mar.2011ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY(2)增大烟气流速将导致换热效果不佳部分汇同换热式烧嘴产生的烟气由炉尾的辅助烟在蓄热室体积不变的前提下,为使热负荷增道经烟囱自然排出,部分烟气通过换热器排出,大后的加热炉充分排烟,只能通过提高排烟机能既减少了对蓄热室体积的要求,又降低了蓄热室力来增大烟气流速,同时为满足空气量的需要还内的气体流速,从而保证了较高的热回收率,大需相应提高鼓风机能力来增加空气流速。蓄热室幅降低加热炉单位产品燃耗,有利于实现加热炉内气体流速的增加必然会影响烟气与蓄热体之间大型化。的蓄热效果和空气与蓄热体之间的换热效果引,2.2结构特点导致加热炉排烟温度上升,预热空气温度降低,此类加热炉同时应用了蓄热和换热技术限制了蓄热式燃烧技术优势的发挥。蓄热式和换热式加热炉相比有其自身独特的结构(3)缩短换向时间将导致炉压波动、设备优势:故障率提高(1)蓄热室和换热器相结合气体流速增加后,为保证较低的排烟温度,此类加热炉的烟气余热回收装置既有蓄热只能改变换向阀操作周期,缩短换向时间。室,又有换热器。综合发挥了蓄热室高效回收烟现有蓄热式加热炉的换向时间大多在30~气余热和换热器流动阻力小的优势,实现烟气余5095,年动作次数在百万次以上,如果再缩短热高效回收的同时保证炉气流动顺畅。换向时间将成倍增加换向阀动作频率,故障率提(2)进料端设有辅助烟道高,大大降低使用寿命.同时频繁换向也会加剧蓄热式加热炉由于炉气进出口截面对等且面炉膛压力波动,不利于工况稳定积较小,导致炉膛内炉压较高且不易控制。蓄热换热联用式加热炉在进料端设有辅助烟道,炉2薔热-换热联用式加热炉介绍气出口面积大于进口面积弥补了蓄热式加热炉炉压不可控的缺陷;同时炉气与物料呈叉流和逆流蓄热式加热炉可以高效回收烟气余热,将燃相结合的流动方式,有利于炉气同物料均匀换热。料、空气预热到较高温度;换热式加热炉可通过(3)加热炉尾部设有预热段调整炉尾烟道的开度调节炉压,实现加热炉炉压高温烟气余热回收方式分为烟气直接加热物可控。针对物料加热工艺的要求,结合两类加热料的直接回收和通过热交换装置回收余热的间接炉的优点,可采用蓄热-换热联用式加热炉来实回收两种。就热效率而言,直接回收使高温烟气现加热炉的大型化。直接与物料换热而逐步放出热量,换热效果较蓄热-换热联用式加热炉的结构如图1所好。蓄热-换热联用式加热炉炉尾预热段的设置示。加热炉工作时,蓄热式烧嘴产生的烟气一部一方面通过烟气与物料直接换热提高热回收率分由蓄热室回收余热后经引风机强制排出,另一另一方面起到分流烟气的作用,缓解蓄热式加热DIp ajo o蓄热式烧嘴换热式烧嘴热室蓄热室中国煤化工鼓风机gCNMHG换向图1蓄热-换热联用式加热炉示意图冶金能源Vol 30 No. 2ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYMar 2011炉热负荷增加与蓄热室扩容困难的矛盾。2.3操作特点3蓄热-换热联用式加热炉烧嘴布置方案分析蓄热-换热联用式加热炉在操作方面也有其蓄热-换热联用式加热炉在烧嘴布置方式上自身特点。不仅有普通加热炉所需考虑的空间分布问题,更(1)工况灵活,适应性强重要的是在相同空间分布时还需考虑使用何种烧当物料热送热装率较高时,可适当减小或停嘴。因此,对烧嘴的布置方式进行讨论,分析不止换热式烧嘴的供热量,发挥蓄热燃烧温度均匀同方案的优缺点,对蓄热-换热联用式加热炉的的特点;当物料热送热装率低时,采用蓄热式烧推广应用有重要的指导意义。嘴和换热式烧嘴结合的方式供热,同时发挥了蓄对四种典型的烧嘴布置方案进行讨论热燃烧高效回收烟气余热和换热燃烧炉压可控的方案1:蓄热式烧嘴在前,换热式烧嘴在后优势。如图2所示。该方案将蓄热式烧嘴布置在加热炉(2)强制排烟和自然排烟相结合前部换热式烧嘴布置在加热炉后部。蓄热式烧嘴蓄热-换热联用式加热炉的蓄热式烧嘴与蓄产生的烟气一部分沿炉宽方向经另一侧蓄热室后热室相通,蓄热室通过管路、换向装置与引风机由引风机排出另一部分沿炉长方向汇同换热式烧或鼓风机相连,属于强制排烟;换热式烧嘴通过嘴产生的烟气与换热器热交换后经辅助烟道排出。换热器与烟囱相连,烟气由烟囱抽引排出,属于由于蓄热燃烧具有火焰稳定、温度均匀自然排烟。通过对两种方式排烟量的调节来实现的优点,因此在钢坯出炉前使用蓄热式烧嘴加热对炉压的控制,保证炉内工况稳定。可降低钢坯内外温差,保证温度均匀性,从而提(3)燃料的适用范围大高钢坯加热质量,减少轧机消耗。但由于蓄热式蓄热一换热联用式加热炉的蓄热式烧嘴可使烧嘴距出料口较近,蓄热式燃烧导致的炉压过高用低热值燃料,换热式烧嘴可使用高热值燃料,和频繁换向导致的炉压波动可能会产生炉头冒使同座加热炉应用热值不同的燃料成为可能,较火,对辊道等炉前设备造成不利影响蓄热式和换热式加热炉进一步扩大了燃料适用范方案2:换热式烧嘴在前,蓄热式烧嘴在围。后,如图3所示。该方案将换热式烧嘴布置在加备热式烧嘴换热式烧嘴图2蒼热-换热联用式加热炉烧嘴布置方案l故□亡酱热式烧嘴中国煤化工换向网CNMHG图3蓄热-换热联用式加热炉烧嘴布置方案2VoL 30 No. 2冶金能源Mar.2011ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY热炉前部,靠近出料端;蓄热式烧嘴布置在加热加物料的氧化烧损。炉后部,靠近装料端方案4:空气蓄热,煤气换热,上下布置,与方案1相比,该方案由于将蓄热式烧嘴布如图5所示。该方案中空气喷嘴采用蓄热式,沿置在炉子加热段,对频繁换向导致的炉压波动起炉长方向分布;煤气喷嘴采用换热式,在贴近钢到一定的缓冲作用,缓解了炉头冒火的现象。但坯一侧与空气烧嘴平行分布由于蓄热式烧嘴布置在换热式烧嘴与换热器之与方案3相比,该方案的优势不仅在于当燃间,换热式烧嘴燃烧产生的烟气与蓄热式烧嘴燃料中焦油含量较高时,可在蓄热体不被堵塞的前烧产生烟气流向发生交叉干涉,既不利于烟气沿提下保证较高的热回收效率,而且由于煤气喷嘴炉长方向的流动,也不利于蓄热式烧嘴产生烟气贴近于物料表面,有利于形成还原性保护气氛沿炉宽方向的流动,对换热器和蓄热室的余热回有效降低了物料的氧化烧损,提高加热质量。但收均产生不利影响。该方案要求加热炉侧墙具有一定高度保证布置双方案3:空气蓄热,煤气换热,间隔布置,排喷嘴的空间,而炉顶过高可能导致炉气上浮如图4所示。该方案中空气喷嘴采用蓄热式,沿炉内温度不均,从而影响与物料的换热。炉长方向分布;煤气喷嘴采用换热式,与空气喷综上所述,四种蓄热-换热联用式加热炉的嘴间隔分布。烧嘴布置方案各有利弊,在工程应用中应当根据众所周知,蓄热体通过多孔介质增加比表面实际情况选择最有利的布置方式,尽量扬长避积的方法来增加蓄热面积,当蓄热体对焦油含量短,充分发挥蓄热-换热联用式加热炉的优势。较高的燃料进行预热时,气体通道极易被焦油堵塞。与前两种方案相比,该方案的优势在于空气4结论喷嘴采用蓄热式、煤气喷嘴采用换热式,燃料中(1)轧钢加热炉大型化是我国钢铁行业发焦油含量较高时也能在蓄热体不被堵塞的前提下展的必然趋势,对大型蓄热式轧钢加热炉存在的保证较髙的热回收率,但空气喷嘴与煤气喷嘴在问題进行分析并寻求合理可行的解决方案成为蓄同一水平线上,距物料较近,将在一定程度上增热式燃烧技术应用于大型轧钢加热炉的关键。热式烧嘴换热式烧嘴●方9●e●换热器换向闻图4蓄热-换热联用式加热炉烧嘴布置方案3酱热式烧嘴换热式●·●●·●●中国煤化工换向闻MuCNMHG图5蓄热-换热联用式加热炉烧嘴布歪方案4冶金能源VoL 30 No. 2ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYMar.2011(2)蕃热式燃烧技术应用于大型轧钢加热[3]贾丽娣,刘常鹏,邓伟等.蜂窝蓄热式空气单预炉存在蓄热室扩容困难,增大烟气流速导致换热热烧嘴换热特性的热态试验研究[.工业加热效果不佳,缩短换向时间导致炉压波动、设备故2003,25(3):30-32障率提高等问题。[4]李伟,祁海鹰,由长福等.蜂窝蓄热体传热性能(3)蓄热-换热联用式加热炉综合蕃热和的数值研究[J].工程热物理学报,2001,2换热两种烟气余热回收技术的优势,解决了蓄热[5]王皆腾,祁海鹰,李宇红等,蜂巢齧热体换热性能室扩容困难问题的同时保证较高的热回收率,有的实验研究[J].工程热物理学报,2003,24利于实现加热炉大型化。(5):897-899(4)四种蓄热-换热联用式加热炉的烧嘴[6]罗国民.蓄热式轧钢加热炉炉压问题的分析与对策布置方案各有利弊,在工程应用中应当根据实际[].工业炉,2007,29(4):16-20情况选择最有利的布置方式,尽量扬长避短,充[7]蒋绍坚,艾元方,彭好义等高温低氧燃烧技术及分发挥蓄热-换热联用式加热炉的优势。其高效低污染特性分析[].中南工业大学学报2000,31(4):31-314.参考文獻[8]苏广江,郑东升,蓄热式加热炉实际应用浅析[1]柳克勋.大型化是钢铁企业发展的一大趋势[J][J].冶金能源,2007,26(12):38-40冶金管理,2004,(4):16-17[9]梁海风,沈奕光,蓄热式加热炉运行中的问题及处[2]刘岱辉.蜂窝体蓄热室流动换热过程实验研究及数理方法[J].冶金能源,2004,23(4):38-41.值模拟[D].沈阳:东北大学,2002万冒編辑(上接第23页)(3)针对2250mm生产线,研究了有利于热送热装,特别是直接热送热装的连铸-加热炉板坯库热轧区段平面布置情况,在此基础上初步探讨并给出了4种加热炉的生产组织模式连铸机鲁考文獻区[1]殷瑞钰,关于连铸与轧钢的衔接与匹配问题[]板坯库轧钢,1991,(2):1-7〖区[炉炉|炉[2]温亚成陆正宏刘玉琼.步进梁式加热炉出钢节奏计算与分析[门]冶金能源,199,18(6):20-222250轧线连钟机3]李春生,苗为人,陈迪安等.首钢迁钢260热轧加热炉工程设计[]冶金能源,2007,26(6)板坯库[4]吕志民,张武军,徐金悟,专用炉混装模式下作业图6两座专用炉搭配一座普通炉模式物流计划优化方法[门].北京科技大学学报,2009,31(7):929线连铸、热轧和加热炉小时产能的匹配情况,从[5]李燕,李苏剑,王刚祥.热送热装专用炉模式物(2)针对已确定的连铸、热轧和加热炉的/19(J.物流技术,207,26(1)18而基本确定了2250mm生产线应配置三座步进式流仿真系统加热炉。庭T平专用炉模式下的加热炉流程配置,进一步研究了其生产节奏匹配情况,THE中国煤化工几信息,209,25从而进步一步验证了配置三座加热炉是较为紧凑CNMHG赵艳蝙辑的配置。