蓄热式烧嘴热工特性分析

冶金能源Vol 24 No 5ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYSept 2005蓄热式烧嘴热工特性分析王英才贾丽娣鞍山科技大学)(鞍钢技术中心)摘要根据蓄热烧嘴热工特性,对轧钢加热炉采用蜂窝蓄热烧嘴中岀现旳一些问题进行了分析,总结岀合理的蓄热烧嘴旳结构、蓄热体尺寸、预热气体流量、烧嘴换向时间等热工参数,提岀蜂窝蓄热烧嘴在实际设计中应注意的几个方面,使其发挥更好的换热效果。关键词加热炉蓄热式烧嘴分析Analysis of therm-engineering characteristicsfor honeycomb regenerative burnerWang YilAnshan University of Science and Technology ) Anshan Steel and Iron Co. Ltd)Abstract Some problems raised in the honeycomb regenerative burners used in reheating furnaces forolling based on therm-engineering characteristics for honeycomb regenerative burner summarize thebest Thermguration and features and the flow of preheated air andtime change for Honeycomb Regenerative Burner several aspects should be taken into account withrespect of designing honeycomb regenerative burner so that a better heat exchange result can be obKeywords reheating furnace regeneration burner analysis前言较多,一般采用高热值的天然气,蓄热式烧嘴主要用于空气预热。国内蓄热式烧嘴主要应用于采蜂窝蓄热烧嘴是将蓄热室和传统旳烧嘴结合用低热值煤气的加热炉,蓄热式烧嘴既有预热空为一体,具有预热空气〔或煤气)组织燃烧及气的,还有进行空煤气双预热的,该类型烧嘴在排烟功能,蜂窝蓄热体由于具有比表面积大、占生产中存在蓄热体寿命低、炉况调节不好等问地面积小、蓄热能力强等方面的特点,应用于蓄题,影响正常烧钢,达不到节能效果。热式烧嘴中,作为烟气与空气(或煤气)之间交換热量的载体。加热炉上采用蓄热烧嘴后,在2蓄热式烧嘴在实际应用中存在的问题及分析3min内就可以将常温的空气〔或煤气)预热到2.1蜂窝蓄热体破损1000℃左右,将高温的烟气降到150℃左右的低目前广泛使用的蜂窝蓄热体其几何尺寸大多温排出,与传统换热器相比,大大提高了加热炉为:100×100,蜂窝孔尺寸为:2×2,壁厚的热效率。同时高温的空气、煤气啧入炉内,进1中国煤化工铝、堇青石等,从理行扩散式燃烧,炉温更均匀,可以改善钢还加热论YHCNMHG和荷重软化点都大于质量,还可避免因局部高温生成的NOx,减轻1400°,实际应用中空、煤气预热温度最高都不了环境污染。日本采用蓄热式烧嘴的加热炉成功超过10℃0通过的废气温度也在1250℃左右,收稿日期因此不存在耐火度不够问题。从影响耐火材料使王英才(19背数n1m4辽宁省鞍山市用寿命的另一个侧面耐急冷急热性分析,高铝、Vol 24 No 5冶金能源Sept 2005ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRY47堇青石等材料的耐急冷急热性也都是比较好的,还应设有沉渣室,进行适当遮蔽,此处蓄热体设而采用蜂窝蓄热体的加热炉为避免炉温波动较大计应考虑采用大孔、厚壁结构。影响生产,在确定换向时间时一般都将空、煤气2.2蓄热室换热效果不好初始预热温度和终了预热温度差控制在200℃范蓄热室换热效果不好主要有两方面原因围内,加上废气温度因素实际蜂窝蓄热体承受的是预热气体流量与烧嘴蓄热能力不匹配,二是最温度波动也就在400℃以內,对该材质而言也构佳换向时间不合理。不成威胁。但实际应用中往往蜂窝蓄热体很快就蓄热式烧嘴在实际使用时,常常是排烟温度岀现严重破损情况〔有些炉窑由于不便于观察,控制在150℃以下,但炉子的煤气消耗仍较高所以破损后没有及时发现),特别是位于燃烧器原因是设备制造厂家为了延长换向阀的寿命,烟前端的蜂窝蓄热体更容易损坏,严重影响换热温气调节阀开启度不敢给大,炉內实际烟气只有一度,甚至导致被迫停产,个别情况下短期内就岀部分从蓄热烧嘴排出,另一部分从炉尾烟道直接现严重破损,造成停产检修。排出,这部分热量没被利用而被浪费掉了。从烧破损原因可归纳为三个方面。一是氧化铁皮嘴的热工特性分析,造成这种现象原因是蓄热室降低了蓄热体耐火度;二是炉內燃烧区髙温辐尺寸设计与预热气体流量不匹配,蓄热室尺寸过射1和不完全燃烧的废气2进入蓄热体出现二小。当高温烟气进入蓄热室,蓄热室蓄热量很快次燃烧造成损坏;三是为了追求比表面积大,选饱和,这时烟气排岀温度就高,势必造成系统设用过于细小的孔眼结构,影响强度并且容易被灰备的损坏,因此只能减小排烟量,这样当空气尘堵塞。或煤气)通过蓄热室,蓄热室的蓄热量已不够一般而言在有氧化铁的条件下,粘土质和高将空气(或煤气)预热到设计的温度,蓄热烧嘴铝质的耐火材料都会与之形成低熔点的化合物的换热效率降低。因此,从蓄热室旳换热性能和〔许多都在120℃左右)3),造成耐火度大幅度经济性两方面考虑,在实际应用中,蜂窝蓄热烧降低,目前蜂窝体常用的材质基本都属于这个范嘴设计应根据炉孑要求和毎种蓄热体旳特性,做围,而炉内废气中氧化铁粉带入蓄热体后势必与些热态试验后再确定最佳流量,依此选定合适之发生反应。从目前使用蜂窝蓄热体的加热炉情的调节范围,提高烧嘴的换热性能。况看,一般下加热蓄热体首先岀现堵塞现象,这当选定蜂窝蓄热烧嘴的最佳流量后其换热也从一个侧面说明了这种影响。性能还与最佳换向时间有关。最佳换向时间是蓄但是仅仅氧化铁皮进入和高温辐射作用还不热室达到饱和状态的换向时间此时烧嘴的换热会对蜂窝蓄热体的寿命构成严重影响,为了说明性能最好。最佳换冋时间与蓄热体结构有关蓄问题我们可以与过去钢铁厂广泛使用的均热炉空热体孔格大、壁厚其比表面积就小,蓄热体吸热气预热装置做一对比。均热炉预热装置——蓄热和放热速度也慢最佳换向时间应越长藩热体孔室实际上就是现在蜂窝蓄热体的放大版,它上部格小、壁薄比表面积大就大蓄热体吸热和放热承受高温的管砖和托砖都是髙铝质的,下部低温速度也快最佳换向时间应短些。根据热态试验段则是粘土质的,均热炉空气预热温度都在结果,对蜂窝体孔格为3×3,壁厚为1mm的结1200℃左右,而废气温度则往往高达1400℃以构最佳换向时间为60s,此时烧嘴的热效率上,废气中的氧化铁皮和烧嘴的高温辐射作用也83.3%、温度效率为%6.23%换热性能最好。都存在,但其寿命都能达到一个炉役,究其长寿因此在实际操作中还应根据预热气体流量设定的原因就是孔眼大和壁厚。目前蓄热体的孔眼合中国煤化工量调节范围内换向时小,当氧化铁皮进入与之形成低熔点化合物后,间CNMH(适当调节。再与废气中的灰尘相遇,很快就会堵塞孔眼。同2.3双预热蜂窝蓄热烧嘴空气、煤气流量比例时由于它的壁厚一般都在lmm左右,抗机械冲调节不稳定击和热冲击的能力都十分薄弱。现场操作时蓄热式烧嘴所给的空、煤气量是因此熱烿嘴在实际应用中,蓄热室前端按空、煤气标态时的完全燃烧的比例供给的。由冶金能源Vol 24 No 548ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYSept 2005气体力学可知沣压缩性气体的体积随气体温度尽煤气二次燃烧及炉温波动影响,蓄热室前端应的升高而增加对于喷口尺寸一定的烧嘴当供入设有沉渣室并设置适当遮蔽,蓄热体采用孔大、的空煤气温度升高体积增加则烧嘴实际供入旳厚壁结构,提高蓄热体的使用寿命空煤气流量将减小。空、煤气双预热的蓄热式烧(2)蜂窝蓄热烧嘴应在合理的预热气体流量嘴在燃烧周期内空、煤气的预热温度是一个动态和换向时间范围內进行调节,充分利用高温排烟变化过程只有空、煤气预热温度的变化趋势保持热量,保证其较高的换热效率。同步时才能保证进入炉膛的空、煤气流量比例不3)双预热烧嘴空煤气流量应进行动态比例。一旦空气预热温度高于煤气预热温度且随调节或合理设计空气煤气蓄热室长度,保证空煤着这种偏差的增大将导致入炉的空气量不够煤气温度同步变化,保证完全燃烧。气的完全燃烧将有煤气被废气带走损失燃料。若个别烧嘴有混合不好或炉体不严吸入空气则参考文献过剩的煤气在对面烧嘴吸力的作用下将会进入1陆钟武,宁宝林等,工业炉热工及构造.沈阳:东北对面烧嘴蓄热室内进行二次燃烧破坏蓄热体。大学,198因此在实际应用中烧嘴在空煤气流量控制上和2韩昭沦主编.燃料及燃烧.北京:治金工业出版社空煤气蓄热室长度设计上要考虑这一特性避免1987出现上述问题3车荫昌主编.钢铁冶金(上).北京:冶金工业出版社,19823结束语罗文泉编辑(1)为了避免蜂窝蓄热体受氧化铁皮、未燃上接第31页)均匀的室温组织。结论1)通过建立合理的中厚板的高密度管流冷320却下温度场的有限元模型,利用 ANSYS有限元分析软件,获得各种条件下的温降曲线、瞬态温度场分布,与现场实测结果基本相符合。前240+340(2)利用 ANSYS的优化设计功能,对控冷时间/过程中钢板表面与心部的温差进行了优化设计,图5温差随时间变化曲线(优化后)使钢板表面与心部的温差普遍降低,温差的最大值从580℃下降到500℃,为控制钢板的良好板形和均匀的室温组织提供理论依据参考文献1蔡庆伍.中厚板在线控冷高密度管层流水冷装置的开发.钢铁,2001,36(4):66-78V凵中国煤化工限元模拟及在生产中的时间/CNMHG3是国,使用ANSY,0进行有限元分析,北京图6温差随时间变化曲线(优化前)北京大学出版社,20024王国强.实用工程数值模拟及其在 ANSYS的实践度,来达到减少钢板表面与心部温差的目的,从西安:西北工业大学出版社,2000而减小钢板的極力,以控制钢板的良好板形和罗文泉编辑