蓄热燃烧技术在超大炉宽加热炉上的应用

朱　理，许鹏彦(中冶华天工程技术有限公司　江苏南京　210000)

蓄热燃烧技术在超大炉宽加热炉上的应用

朱理，许鹏彦(中冶华天工程技术有限公司江苏南京210000)

摘要：着重叙述了双蓄热燃烧技术在超大炉宽板坯加热炉上的开发应用，以及取得的节能效果。

关键词：蓄热燃烧；加热炉；间隙延迟控制

1项目背景

河北某钢厂1450 mm热轧薄板厂原有1#、2#双蓄热板坯步进梁式加热炉两座，燃料为高转混合煤气，蓄热方式为小球蓄热内置通道式。由于该加热炉产量达不到要求，而且坯料的加热质量不太理想，因此需要对加热炉进行改造。先期对1#加热炉进行改造，并为2#加热炉改造预留介质节点接口。

2加热炉改造的主要内容

加热炉改造的主要内容包括：

燃烧及排烟系统：加热炉产量由原先的150 t/h-200 t/h改为150 t/h-300 t/h，蓄热装置由小球蓄热内置通道式改为蜂窝体蓄热外置烧嘴式，因此，加热炉从鼓风机至烧嘴的供热燃烧系统、从烧嘴至引风机的排烟系统全部更换。

加热炉砌体：在保持原有加热炉有效长度及砌体外宽不变的基础上，加热炉砌体全部更换。

加热炉三电自动化系统：加热炉三电自动化系统全部更换。

加热炉水梁冷却系统：加热炉水梁冷却方式由净环水冷却改为汽化冷却，增设了汽化冷却系统的全部设施。

加热炉机械设备：更换了全部的水梁、水封；调整了部分水梁立柱的间距及水梁跨度，对应修改了炉底步进框架；更换了炉门及配套升降系统。

其他：更换了部分水冷系统管道，更换了钢结构及操作平台，对土建基础进行了局部修改，增加了气化系统的设备基础等。

3改造后的加热炉工艺及结构简介

图1是该加热炉纵断面图。加热炉采用全平炉顶结构，结构简单。加热炉炉墙、炉顶采用整体浇注的复合砌体结构，炉底采用复合砌筑结构。

加热炉采用空煤气双蓄热燃烧方式，全炉分为第一加热热段、第二加热段、均热段上部、均热段下部四个炉温控制段，燃烧控制系统具有双交叉限幅和换向燃烧间歇延时控制两种功能。

加热炉顺控、仪控各采用一台PLC。电控系统控制范围包括：助燃风机、排烟风机、液压站、炉底机械等的动作。仪控系统控制范围包括：炉内温度与燃烧控制、炉压控制、换向控制、排烟温度控制、汽化冷却系统控制、停炉联锁控制等。

加热炉汽化冷却系统包括给水系统、循环系统及蒸汽排放系统等。

加热炉的主要尺寸为：

●辊道上表面标高+800 mm

●加热炉基础上表面标高-8600 mm

●装出料辊道中心距29500 mm

●加热炉炉体砌体全长24680 mm

●加热炉炉体砌体全宽18060 mm

●加热炉炉内宽16960 mm

●上炉膛高度：1600 mm

●下炉膛高度：2400 mm

4加热炉改造的难点及蓄热燃烧技术的应用对策

4.1加热炉改造的难点

本改造工程的难点主要如下：

(1)加热炉炉内宽达到16.96m，国内罕见，而且本工程加热炉采用蓄热式燃烧技术，采用侧部供热方式对坯料进行供热，对坯料炉宽方向上加热温度的均匀性是个挑战。

(2)加热炉设计能力为150t/h～300 t/h，加热能力跨度很大，对加热炉燃烧系统的控制要求较高。

(3)加热炉燃料热值波动范围较大。根据合同要求，加热炉燃烧系统需要满足燃烧高炉煤气(低发热值：700X4.18 kJ/m3)和混合煤气(低发热值：700～1000X4.18 kJ/m3)两种要求。

(4)坯料加热质量要求高。根据合同要求，坯料沿钢坯长度、宽度和厚度方向上的温差≤30 ℃。

4.2加热炉蓄热燃烧技术的应用对策

本工程加热炉产量跨度大、燃料热值波动范围大、炉宽超宽以及项目对坯料的加热质量要求高，必须采取有效对策来实现蓄热燃烧技术的成功应用。

项目团队依据公司多年在蓄热式步进梁式加热炉上的工程设计经验，充分考虑本项目加热炉的特殊性，并结合国丰1450 mm薄板厂旧有加热炉的使用实际情况，主要采用了如下对策：

(1)优化蓄热式烧嘴结构。

双蓄热烧嘴结构通过空煤气两个独立的流股在炉内斜交叉混合，实现扩散燃烧。为了满足坯料在炉宽方向上的温度均匀性，需做到宽度方向上热量供给的均布。

根据扩散燃烧的特点，并结合加热炉实际的炉宽尺寸，本工程蓄热式烧嘴采用不同的喷射角度，实现烧嘴在炉宽方向上多点供热，最大限度实现炉宽方向上温度的均匀。

(2)采用换向燃烧系统间歇延时控制工艺技术。

本加热炉产量变化幅度大，煤气的热值波动范围大。如果加热炉燃烧系统采用传统的双交叉限幅控制，空煤气的流量变化幅度会很大，这会导致烧嘴在炉内的火焰长度及刚度极不稳定，进而导致坯料在炉内加热温度沿坯料长度方向严重不均匀，无法满足轧机的需要。而该加热炉改造之前的应用实际情况恰恰时坯料长度方向的温差太大(实测值超过50 ℃)。

要改变上述产量及煤气热值变化导致的坯料温差不能满足要求的实际情况，最理想的工况就是不管产量和煤气热值如何变化，加热炉烧嘴向炉内供热时，单位时间的煤气流量一直保持在一个恒定值(即设计的额定状态下)，这样就能满足加热炉烧嘴的火焰长度一直处于固定状态下，从而确保了坯料的加热质量。

为了实现上述状态，本工程采用了我公司拥有完全知识产权的换向燃烧系统间歇延时控制工艺，该工艺通过改变向炉内的供热时间的来适应产量及煤气热值变化。

该换向燃烧系统间歇延时控制工艺的关键点在于如何决定烧嘴的供热与否，这可以通过炉温设定值与测量值之间的关系，经过PLC计算炉温变化趋势，最终做出判断。

(3)全分散换向控制和分段分侧集中换向控制相结合。

全炉分为第一加热热段、第二加热段、均热段上部、均热段下部四个炉温控制段。其中，第一加热段和第二加热段采用分段分侧集中换向控制；均热段上部、均热段下部采用全分散控制。

均热段的全分散换向控制的优点：能够尽量减小换向时的炉压波动，减小换向间隙时间对炉温的影响。但是，全分散换向控制的缺点是：管道系统复杂，设备多，潜在故障点多，维护量大。

而分段分侧集中换向控制的优缺点和全分散换向控制刚好相反。

本工程采用全分散换向控制和分段分侧集中换向控制相结合方式，既满足了炉压稳定和炉温均匀性的要求，又减少了设备数量，减小了维护量。

5改造后加热炉的运行情况

该加热炉2012年9月投产至今，运行情况良好，产量满足合同要求，炉压波动小。

加热炉采用了空煤气双蓄热技术，充分利用低热值燃料，单耗较常规式加热炉而言，有显著降低，节约了能源。

加热炉水梁采用了汽化冷却技术，回收了热量。

钢坯加热温度均匀性有了显著的提高。通过精轧区反馈的温度数据，沿坯料长度方向上，温度不均匀性小于25 ℃，满足合同要求的不超过30 ℃的要求，比改造前的温度均匀性有了显著的提高。图2为精轧区反馈的钢坯温度曲线。

改造后的加热炉产量有了显著提高，坯料加热炉质量有了明显改善。实践证明，该项目的改造是成功的，经济效益和社会效益显著。

参 考 文 献

[1]朱理，朱宗铭.国内加热炉燃烧系统分析[J].冶金能源，2010，29(2)：40-42

Application of Regenerative Combustion

to the Huge Width Reheating Furnace

ZHU Li，XU Peng-yan

Abstract：The development and application of regenerative combustion to the huge width walking beam reheating furnace is mainly described, as well as obvious energy saving results are gained.

Key words：regenerative combustion; reheating furnace; clearance delay control

作者简介：朱理(1979- )，江苏泰兴人，中冶华天工程技术有限公司高级工程师，工学硕士。

收稿日期：2015-02-20

中图分类号：TG155.1

文献标识码：B

文章编号：1672-9994(2015)02-0008-03