蓄熱式高溫空氣燃燒技術在唐鋼中型廠加熱爐的應用
來源：北京神霧熱能技術有限公司 閱讀：2992 更新時間：2010-03-11 16:34| 詳細信息 | |||||
| 項目名稱 | 蓄熱式高溫空氣燃燒技術在唐鋼中型廠加熱爐的應用 | ||||
| 建設地點 | 建設起始時間 | 建設結束時間 | |||
| 建設性質 | 新建 | 工程投資 | 廢水性質 | ||
| 處理規模 | 進水水質 | 出水水質 | |||
| 處理工藝 | 運行費用 | 承包范圍 | |||
工程說明
摘要: 主要介紹了唐鋼中型廠高爐煤氣蓄熱式加熱爐的結構、性能及控制系統的特點，對改造效果進行了分析。
關鍵詞：加熱爐,高爐煤氣,蓄熱式燒嘴
1 前言
在鋼鐵工業中，加熱爐是主要的耗能設備之一。合理解決加熱爐的燃料問題，提高燃料利用率，對于降低能源消耗，減少鋼坯氧化燒損，提高加熱質量從而進一步提高整個軋線生產過程的經濟效益，具有非常重要的意義。
唐鋼中型廠是一個生產礦用支撐鋼、礦用工字鋼、角鋼、輕軌、槽鋼、圓鋼、方坯等9個品種，70多個規格的中型軋鋼廠，年產量50多萬噸。原有推鋼式加熱爐兩臺，設計加熱能力62t/h，采用重油、高爐煤氣混燒。2001年單耗重油38.43kg/t、高爐煤氣167m3/t。油氣混燒，油氣比、空燃比都不易控制，這就造成能源的浪費，同時又污染了環境，造成了經濟效益和社會效益的雙重損失，同時也增加了工人的操作難度。
由于中型廠的兩臺加熱爐要完成16個鋼種、70多個規格鋼材的鋼坯加熱任務，加熱鋼種雜、規格多，因此加熱爐產量波動大，隨著產量的波動，其熱負荷也隨之波動，產量越低，噸鋼熱消耗明顯升高。并且由于兩爐交叉出鋼，常處于待軋、待溫狀態，加熱時間長，氧化燒損增大。
隨著公司對兩火成材的淘汰，中型廠的開坯任務逐漸取消，年產量由過去的材坯總量 55～60萬噸降低到全型鋼40萬噸。開一座加熱爐加熱能力不夠，開兩座加熱爐燃料浪費嚴重。因此將中型廠加熱爐改為一座適應能力強，且能耗低的加熱爐很有必要。
2 改造蓄熱式加熱爐的理論基礎
蓄熱式高溫空氣燃燒技術，19世紀中期就開始用于高爐熱風爐、平爐、焦爐、玻璃熔爐等規模大且溫度高的爐子。其原理是采用蓄熱室余熱回收裝置，交替切換煙氣和空氣，使之流經蓄熱體，達到在最大程度上回收高溫煙氣的顯熱，提高助燃空氣溫度的效果。但傳統的蓄熱室采用格子磚作蓄熱體，傳熱效率低，蓄熱室體積龐大，換向周期長，限制了它在其他工業爐上的應用。新型蓄熱室，采用陶瓷小球或蜂窩體作蓄熱體，其比表面積高達200～1000m2/m3，比老式的格子磚大幾十倍至幾百倍，因此極大地提高了傳熱系數，使蓄熱室的體積可以大為縮小。另外，由于換向裝置和控制技術的提高，使換向時間大為縮短，傳統蓄熱室的換向時間一般為20～30min，而新型蓄熱室的換向時間僅為0.5～3min。新型蓄熱室傳熱效率高和換向時間短，帶來的效果是排煙溫度低（200℃以下），被預熱介質的預熱溫度高（只比爐溫低100～150℃）。因此，廢氣余熱得到接近極限的回收，蓄熱室的溫度效率可達到85%以上，熱回收率達80%以上[1]。
由于唐鋼一鐵廠的高爐煤氣熱值僅為725×4.18kJ/m3，理論燃燒溫度只有1100℃左右，實際燃燒溫度更低，采用常規燃燒技術不能滿足軋鋼加熱爐的溫度需要。而高溫空氣燃燒技術將空氣和煤氣都預熱到1000℃以上，高爐煤氣的理論燃燒溫度達到2000℃以上從而使純高爐煤氣的燃燒溫度滿足軋鋼加熱爐爐溫1200℃以上的要求。
3 改造方案及技術特點
根據中型廠的生產波動大，而加熱爐區域場地較窄的特點，并結合一鐵外供煤氣量的大小（30000～35000m3/h）。本著安全可行，調節靈活。節能效果突出的原則，采用招標的方式，最終選擇了和北京神霧科技公司的合作，采用北京神霧公司的“蓄熱式燒嘴”技術。根據中型廠年產型鋼40萬噸，不同品種軋機生產能力在45～80t/h之間，設計加熱爐最大加熱能力85t/h。
3.1 加熱爐主要參數和技術性能
加熱鋼種：碳素結構鋼、低合金鋼、合金鋼
鋼坯規格：斷面140mm×140mm、165mm×165mm、165mm×225mm、165rnm×280mm
長 度：最小2600 mm，最長3200mm
鋼坯入、出爐溫度：常溫入爐，出爐1050～1220℃
鋼坯加熱溫差：≤50℃
爐 型：端進、端出推鋼式連續加熱爐，雙排裝料
爐子加熱能力（最大）：85t/h
爐子的主要尺寸：
爐子有效長：22820mm
爐子總長（砌體長度）：24792mm
爐子內寬：7300mm
爐子總寬（砌體寬度）：8348mm
燃料：高爐煤氣 低位發熱值（標態）725×4.18 kJ/m3
煤氣消耗量（標態）：33650m3/h
空氣消耗量（標態）：22120m3/h
煙氣生成量（標態）：48795m3/h
空氣預熱溫度：≥1000℃
煤氣預熱溫度：≥1000℃
噸坯單位熱耗：1.20GJ
爐底管冷卻方式：汽化冷卻
3.2 技術、結構特點
3.2.l 蓄熱式燃燒器
加熱爐每側外部安裝17個煤氣蓄熱和19個空氣蓄熱式燃燒器，每個空氣蓄熱器與煤氣蓄熱器相鄰布置，蓄熱式燃燒器分為單噴口和雙噴口兩種，以適應不同位置的蓄熱式燃燒器布置。一個空氣噴口和一個煤氣噴口，組成一個燃燒單元。蓄熱器中的蓄熱體采用陶瓷小球和陶瓷蜂窩體的復合蓄熱結構，它具有換向時間適中（中型廠設計換向時間2min），耐急冷急熱性好、導熱性能好等優點；每個燃燒器前的煤氣和空氣連接管上都安有手動調節閥，從而使得各個燃燒器、特別是上部與下部燃燒器的能力能夠按需要進行調節；維修方便，可以在不影響爐子正常生產的情況下利用常規檢修更換蓄熱體。
3.2.2 引火燒嘴
中型廠的產品中有一部分合金鋼，這些品種對預熱段的加熱爐溫有上限要求。如 09CuP要求預熱段爐溫低于800℃，而高爐煤氣的安全燃燒溫度需高于800℃，為解決這一矛盾，在預熱段增加12支使用轉爐煤氣的引火燒嘴，以保證高爐煤氣在800℃以下的安全穩定燃燒。12支引火燒嘴小時耗氣量低500m3/h，采用電子打火點燃，使用安全可靠。
3.2.3 自動控制
爐溫控制系統采用在工業爐窯控制中廣泛使用的雙交叉限幅控制方式，為保證各個供熱區溫度的可控性，首先對各區設置獨立的，以溫度為主環，空煤氣流量調節為副環的爐溫控制回路。根據工藝的供熱分配情況，共分為3個溫度調節回路，分別對應預熱段、加熱段和均熱段3個供熱區。爐膛壓力控制為減少換向對爐壓調節的干擾采用手動調節煤氣煙道及空氣煙道的廢氣調節閥門，保證爐膛壓力穩定在給定范圍。
3.2.4 換向控制
換向采用四腔四通換向閥，換向燃燒控制按定時的原則，并按規定的換向時序，控制3個煤氣換向閥和3個空氣換向閥的動作，也可手動控制換向。
3.2.5 安全保護系統
儀表控制安全連鎖邏輯保護系統在煤氣總管壓力過低、空氣壓力過低、儀表氣源壓力過低、電源故障情況下，發生自動停爐；當發生自動停爐時，系統完成如下動作：總管煤氣立即切斷，并在10min后停引風機，鼓風機則需要手動停止。另外還有緊急手動停爐：手動停爐系統為獨立于PLC控制的硬件連鎖系統。用于在特殊情況下，如控制系統故障時，由操作員通過操作臺的急停按鈕，完成停爐操作。
4 加熱爐改造效果
4.1 運行情況
中型廠加熱爐自2001年12月3日烤爐以來，使用情況良好，較大幅度地減輕了燒火工的勞動強度。在正常使用中，通過電視畫面可以了解到加熱爐的運行情況、爐溫控制非常容易，各班燒火工普遍反映調節準確、方便。氧化燒損明顯減少，加熱爐扒渣工作由過去的每班一次改為每次檢修扒渣一次。由于有各種報警記錄，出現問題可以及時發現。對于熱工方面的問題，也可以通過分析各種記錄及時找出問題的所在，很快得以解決。自動停爐控制系統的設立，當出現異常情況時，可以及時自動停爐，對防止大事故的發生起到了很好的保護作用。經實踐證明這套系統運行穩定。
經過3個月的運行，加熱爐運行基本穩定，目前加熱爐的均熱段爐溫控制在1200～1300°C之間，加熱段爐溫在1100℃左右，排煙溫度僅120°C，燃燒產物的顯熱得到最大限度的回收。最大加熱能力已達到87t/h，2002年2月平均噸鋼消耗為494m3/t。噸材熱耗較改造前下降了26.9%。
4.2 經濟效益
改造完成后中型廠年產型鋼40萬噸，目前煤氣單耗494m3/t。按重油價格 1.33元/kg，高爐煤氣價格0.05元/m3計算。
每年可為公司減少重油外采費用：38.43×1.33×40＝2044.48（萬元）
中型廠每年增加高爐煤氣費用：（494－167）×0.05×40＝654（萬元）
中型廠年創經濟效益：2044.48—654＝1390.48（萬元）
投資回收期：
加熱爐總投資為1087.61萬元，僅以年節約燃料費計算投資回收期為：（1087.61/1390.48）×12＝9.4（月）
全部投資回收期僅需9.4個月即可收回，經濟效益十分明顯。
4.3 社會效益
在取得良好經濟效益的同時，也取得了良好的社會效益。每年中型廠由于熱耗降低減少CO2排放6000 m3以上，這將極大地改變環境。同時，由于高效蓄熱燃燒，煙氣的排放溫度低于150℃，這不僅減少了排煙的熱效應而且其排放煙塵的黑度是肉眼所看不見的，這對保護環境是一大貢獻。
由于高溫煤氣和空氣混合燃燒產生了較高的理論燃燒溫度，這種低熱值的高爐煤氣可以迅速、穩定、充分的燃燒，高溫煙氣均勻充滿整個爐膛，鋼坯加熱溫度十分均勻，為軋制高質量的鋼材創造了條件，據2002年1～2月份統計數據顯示，中型廠生產作業率較去年提高1.9%。加熱爐區噪聲減小，環境清潔，徹底杜絕了加熱爐冒黑煙造成的環境污染，工作環境較以前大有改觀。
5 結論
中型廠加熱爐蓄熱式改造，成功地將低發熱值的高爐煤氣應用于軋鋼加熱爐，并且節能效果顯著，它為其他加熱爐改造積累了寶貴經驗。但應該看到，蓄熱式加熱爐在設備、蓄熱體方面還存在一些問題，由于蓄熱式燒嘴殼體采用螺栓連接，密封要求較高，目前加熱爐周圍存在煤氣的微量泄漏；燒嘴殼體內保溫層較薄，燒嘴外殼溫度較高，達到100℃左右。我們要在使用過程中不斷摸索，總結經驗，努力去完善這一技術。
