降低蓄热式加热炉燃耗的研究与应用

王林

摘 要 随着加热技术的不断发展，蓄热式加热炉在轧钢工序中得到越来越广泛的应用，其采用烧嘴换向脉冲燃烧控制方法，各烧嘴蓄热体在排烟过程中吸收的烟气显热在燃烧过程中对助燃空气/煤氣进行高温预热。双蓄热式加热炉则是通过对助燃空气、煤气的双预热，成功将低热值的高炉煤气作为轧钢加热炉的燃料。与传统加热炉相比，蓄热式加热炉的燃烧供热方式、烟气排放方式有很大不同，具有高效、节能、环保等优点，可有效降低轧钢成本。

关键词 蓄热式加热炉；炉压控制；节能技术

前言

20世纪90年代，有关人员在新型蓄热式技术的基础上，研发了高温空气燃烧技术（HTAC）。研究发现，在助燃空气高温条件下，燃料可以在低氧气氛中进行点火和燃烧，而且空气预热温度越高，能维持稳定燃烧的最低氧浓度也越低，当空气预热温度达1000℃时，含氧2%即可燃烧。实验结果还表明：高温低氧气氛能在很大程度上增大火焰体积，从而使最高火焰燃烧温度趋于降低并使炉膛整体火焰的温度趋于均匀化。

1 加热炉存在的问题

1.1 炉体漏风

乳钢加热炉在运行过程中，为了使燃料燃烧充分，送往加热炉的实际空气供给量往往大于理论所需空气量，即过剩空气系数大于1。但是实际空气供给量并非越多越好，过剩空气系数的大小对加热炉能耗有着非常大的影响当过剩空气系数大于1时，烟气中的燃烧产物量也会随着过剩空气系数的增加而增加。在燃料释放的热量一定的情况下，炉内烟气温度下降，烟气传给钢还的热量减少，从而使得燃料消耗增加。其次，加热炉传热减小，烟气带走的热损失增加，从而燃耗升高。再次，过剩空气系数增加使得加热炉燃烧产物中H原子气体如CO2、比O等增加，这些H原子气体的增加降低了炉气黑度，导致炉子的辐射能力下降，从而燃耗升高。

1.2 装钢温度对能耗的影响

提高钢坯的装钢温度和热装率，是降低轧钢加热炉能耗的重要方法之一。钢坯的入炉温度越高，所需的加热时间越短，钢坯加热所需的总能量越低，相关研究表明：装钢温度每提高10℃，能耗降低1.5kg/tce。此外，相同燃料供应量条件下，钢坯的装钢温度越低，其吸热量越大，炉膛内的温度越低。因此，当装钢温度较低时，需要增加燃料供应量，即单位时间能耗，以保证炉内温度达到加热制度的控制要求[1]。

2 蓄热式加热炉节能技术

2.1 节能降耗要确定加热炉蓄热方式

通过合金钢的加热工艺的特性和生产过程中的特性中，来确定采用单蓄热式还是双蓄热式加热，分析合金钢加热工艺，合金钢要求的是低温缓慢加热与高温极速加热相结合的方式，当有充足的低温段，温度低于700摄氏度时，采用单蓄热的方式，保留预热段，利用少一半的排放烟气来进行钢坯预热，这样便能形成温度梯度，要是采用双蓄热的形式加热，加热炉要在每段都布置上烧嘴，低温的情况下烧嘴会在不稳定燃烧情况下工作。双蓄热加热炉是在混合煤气蓄热形式中运行，加热炉烧嘴保持在一到两分钟一次换向，在此过程中大约损失4～6立方米的煤气，这样看双蓄热加热炉低负荷的状态下运行与蓄热式高热值煤气的节能情况，效果会打折扣。所以针对上述在生产和使用中，我厂使用混合煤气的实情，采用了烧嘴式单蓄热燃烧加热炉。

2.2 降低烟气物理热

（1）选用换热面积大、体积小的蜂窝蓄热体

增加蓄热体换热面积，使烟气充分换热，降低烟气的排烟温度。这就要求增加蓄热体的体积，或在体积不变的情况下减小蓄热体的壁厚。这种办法为生产带来了一定的问题。首先，增加蓄热体体积会使本来就拥挤的摆满蓄热箱的加热炉两侧通道更加拥挤，为操作及维护带来一定困难，而且会增加烟气通过蓄热体的阻力，增大引风机的负荷，动力损耗加大，增加了炉压控制的难度；而减小蓄热体的壁厚会引起蓄热体的强度下降，缩短了蓄热体的寿命，同时降低了蓄热体的蓄热量，使换向周期变短，从对不完全燃烧化学热的分析来看，会增大该部分的损失。所以，在工艺允许的情况下，增加蓄热体的体积是可行的，而在蓄热体的低温换热段采用减小蓄热体壁厚也是可行的。不过这种做法的节能效果是有限的，毕竟这只是回收余热，而且还需增加生产成本，从节能减排的角度来说并不是最优的。

（2）加强炉内换热

从高炉煤气的成分来说， 17%的CO是有效燃烧成分，其他均为不可燃成分，这些成分不仅没有给钢坯加热带来任何用处，而且当烟气排放时这些成分还会带走大量的热量。唯一的解决办法就是加强炉内换热，提高热效率，以达到最终减少烟气排放量的目的。另外从双蓄热烧嘴燃烧原理上来说，经预热的煤气与空气从蓄热式烧嘴喷出后，在炉膛内弥漫燃烧，燃烧完全后形成高温烟气，钢坯吸收烟气内的热量以达到加热的目的，而后高温的烟气由喷嘴对面的蓄热式烧嘴抽出，经蓄热体降温后，再排出炉外。每次换热都存在一个换热效率问题，而置换的热量再由钢坯吸收，又有个换热效率问题，所以，能将高温烟气的热量尽可能地由钢坯直接吸收，是提高热效率的主要方法。

2.3 优化操作方面

加热炉的优化操作从根本上说是以最小的燃料消耗满足轧机的温度要求所进行的操作，主要是从煤气高效燃烧技术、合理控制炉压、严格控制温热制所有新炉壳焊接完毕后安装新炉辊、轴承座、调整炉辊、安装纠偏电动缸并敷设电纜接线，纠偏系统单试；炉辊的安装精度非常重要，辊子中间水平要求≤0.05mm/m，炉辊和轴承座垂直≤0.15mm。

2.4 BCS燃烧优化控制技术

BCS系统的通信共包含两部分：一是BCS系统与PLC系统间的通信，采用国际标准的OPC通信协议，完成两系统间的双向数据交换；二是BCS系统与远程服务系统（HeroRTS）间的通信，基于3G网络和DTU设备，采用虚拟VPN数据传输技术，完成对优化控制系统的实时远程服务功能。在BCS系统上设计通信状态诊断功能，当OPC通信发生异常时，BCS系统会自动无扰地将控制权切换到PLC系统上并发出语音报警。BCS燃烧优化控制系统在保证设定燃烧装置输出负荷保持稳定的前提下，BCS始终寻找并嵌位于最少的燃料量消耗[2]。

3 结束语

蓄热式加热炉采用高炉煤气作为燃料本身就为钢铁企业的节能减排做出了巨大贡献，而如何进一步的节能增效，挖掘蓄热式加热炉的潜力，有待广大科研技术人员更进一步的研究与探索。

参考文献

[1] 王安龙，张忠峰.蓄热式燃烧技术在石特加热炉的应用与改进[J].轧钢，2011，28（5）：70.

[2] 刘强，李卫东，徐春柏，等.轧钢加热炉综合节能技术浅析[J]. 冶金能源，2016，35（4）：38-41.