莱钢带钢蓄热式加热炉氧化烧损控制技术的研究与应用

2018-01-17王涛

山西冶金 2017年6期

王涛

（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照 276827）

目前，我国的环境和资源问题日益突出，迫切要求高能耗行业全面推行高效、清洁的燃烧技术。蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术，是20世纪90年代在发达国家开始推广的一项新型的燃烧技术，它具有高效烟气余热回收、空气和煤气预热温度高以及低氮氧化物排放的优越性。随着蓄热式加热炉的推广，蓄热式加热炉易形成局部高温、炉膛压力波动大等问题，导致蓄热式加热炉的氧化烧损率较普通加热炉偏高，降低了成材率，给企业造成较大的经济损失。因此蓄热式加热炉氧化烧损控制技术也成了诸多厂家关注和研究的问题。

1 带钢蓄热式加热炉原有设备存在的问题

莱钢带钢蓄热式加热炉于2002年完成蓄热式改造，由于当时蓄热烧嘴式加热炉设计还处于探索阶段，使用的钢厂很少，在设计上的许多不足之处逐步暴露出来，严重制约着加热工艺制度的优化，导致氧化烧损尤为严重。

2 蓄热式加热炉氧化烧损控制技术研究工作进展

2.1 第一阶段（2012年5月—2012年6月）

成立课题研究小组，对现有加热炉设计缺陷导致氧化烧损率高的情况进行分析，研究加热炉设备改进技术，主要完成加热炉改造方案论证以及烧嘴砖的初步设计。

2.2 第二阶段（2012年7月—2012年8月）

与多家单位进行交流，起草加热炉改造技术规格书和招标书。为加热炉的设计、设备订货、施工方案的制定等进行前期准备阶段。

2.3 第三阶段（2012年8月—2013年12月）

对确定的设备改进方案与优化加热工艺制度进行具体实施。

3 蓄热式加热炉氧化烧损控制技术项目研究的难点

1）针对加热温度、加热时间、空气过剩系数等因素对氧化烧损影响的分析和技术储配不够透彻，加热质量与氧化烧损之间的平衡无法完全确定，需要不断研究、改进。

2）主要设备装备及控制水平不高。烧嘴设计能力偏大且存在偏流现象，烧嘴砖喷口较少且空气分配口出现断掉现象，导致气流分布不均匀，造成炉膛内温度不均匀，产生局部高温区域火焰冲刷钢坯表面，氧化烧损严重；换向阀采用“风箱”抽拉式结构，换向阀在换向过程中烟气管道与空气管道相通，造成炉压与风压波动大，加热炉存在吸冷风现象导致氧化烧损严重；空煤气流量及炉压控制为人工操作，无法做到最佳空燃比输出控制及最佳控制炉温的目的，无法有效保证炉内钢坯氧化烧损率最低。

4 蓄热式加热炉氧化烧损控制思路

1）对导致加热炉氧化烧损严重的设备问题进行改进，为加热工艺优化提供设备基础。

2）分析加热温度、加热时间、加热炉内气氛等因素对氧化烧损的影响，平衡加热质量与氧化烧损之间的关系。

5 燃烧系统烧嘴砖的优化改造

带钢加热炉原烧嘴设计为三个Ф133 mm煤气管，烧嘴设计能力过大，而实际只使用了两个喷口，且煤气由烧嘴砖侧面接入，造成煤气出现偏流现象，导致空煤气混合不充分。同时烧嘴砖设计结构复杂、喷口数量及截面设计存在一定问题，造成强度不够，出现大面积裂纹，空气分配口出现断掉现象，导致空气和煤气在炉膛内燃烧时，气流分布不均匀，造成炉膛内温度不均匀，火焰冲刷钢坯表面，氧化烧损严重，每年需清铁皮3～4次，氧化烧损率达到1.4%。烧嘴砖现场使用情况见图1，烧嘴砖结构图见图2。

图1 烧嘴砖现场使用情况

图2 烧嘴砖结构图（mm）

针对加热炉原烧嘴设计能力偏大的问题，通过精细的计算，在满足加热能力的前提下，重新分配烧嘴的能力。煤气管径由Ф133 mm改为Ф100 mm，煤气由烧嘴砖中心点接入。煤气烧嘴砖结构图见图3。

图3 煤气烧嘴砖结构图（mm）

经过改进后，加热炉烧嘴最大配置能力由21 153 m3/h改为18 700 m3/h，上烧嘴的能力按照45%左右配置，下烧嘴的能力按照55%左右配置。通过煤气烧嘴砖的优化设计，煤气出现偏流现象的问题得到了彻底解决。各段烧嘴个数及供热能力的配置见表1。

针对烧嘴砖空气喷口数量较少及设计强度较低，空气分配口出现断掉的现象，烧嘴砖空气喷口设计采用小孔多流技术，即将空气分配口改为多点供风的形式，空气喷孔设有8个。原设计空气喷口只有2个，由于空气分配口中间各段多数已经断掉，实际使用中空气喷口只有1个。经过改进后的烧嘴，空煤气混合均匀，火焰分散，没有局部高温，没有明显的火焰轮廓，在钢坯的上下表面形成一个水平的高温气体幕带，有利于对钢坯的均匀辐射传热，降低氧化烧损。改进后的烧嘴砖在排烟时，气流均匀地通过蓄热体截面，箱体内部不会产生局部高温，对延长蜂窝体的寿命起了一定的作用。空气烧嘴砖结构见图4。