蓄热式燃烧技术在台车热处理炉中的应用

刘晶

摘 要：蓄热式燃烧技术应用于间歇式热处理炉中充分考虑到了间歇性炉经常性的开关炉门，炉膛温度的升降比较频繁的特点，弥补了普通燃烧方式和常规蓄热式燃烧的缺点。热处理炉中所使用的蓄热式燃烧器通过辐射和强制炉气对流循环组织燃烧，在更好的保证了炉温均匀性的同时达到“节能减排”的目的。

关键词：蓄热式;热处理炉;节能减排;台车式

Abstract：Regenerative combustion technology applied in batch heat treatment furnace fully taking into account the frequent switching of the oven door， the furnace temperature rise and fall characteristics are more frequent， making up for the shortcomings of ordinary combustion mode and conventional regenerative combustion.The regenerative burner used in the heat treatment furnace is convectively circulated and burned by radiation and forced furnace gas to achieve the goal of “energy saving and emission reduction” while better ensuring the uniformity of the furnace temperature.

Keywords：Regenerative;Heat treatment furnace;Energy conservation;Trolley type

当前，蓄热式燃烧技术已经在各个领域有所发展。就钢铁行业而言，要做到“节能减排”除了更换燃料类型，使用“高效清洁能源”之外就是设计合理的加热设备结构，使用先进的燃烧方式。蓄热式燃烧技术采用了蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气或气体燃料与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，排烟温度可降到200℃以下，可将助燃介质或气体燃料余热到1000℃以上，形成与传统火焰不同的新型火焰类型，并通过换向燃料使炉内温度分布更趋均匀。它是非常适合在我国工业界推广的技术，为缓解我国的能源紧缺、改善自然环境提供了切实可行的方法[1]。

1 构建模型

利用solidwork软件构建一台符合工艺要求的台车式热处理炉。台车炉炉膛尺寸8300×3300×2000mm（长×宽×高）;炉体最大装载量为50t（含垫铁）;在侧墙下部前后均匀布置设计12只（6对）蓄热式烧嘴;这样布置烧嘴可以避免火焰与工件直接接触，烧损工件;整个炉体分6区控制炉温。侧边密封结构采用了气缸顶升式软密封的结构，后侧密封结构选择远置式弹簧自压紧的密封结构。采用此种密封结构可以有效的防止炉内高温气体散出炉体，既保护了炉体钢结构使之不受高温烘烤而变形，同时减少了炉内的散热损失，节省了能源。炉衬选用全高铝纤维耐火模块的结构，此种结构的好处在于炉衬蓄热少，散热少，保温效果良好，从而进一步提高了炉子的综合热效率。台车衬体设计成为隔热纤维毯+轻质保温砖+耐火重质砖的复合结构，此种机构既保证了工件在台车上放置稳固，又增强了台车车体的保温效果，减少了散热损失。

利用软件功能模拟热处理炉实际工况下的台车运行情况及装出料情况，检查炉体各结构配合情况及保温材料的敷设情况发现此种结构无论在空间设置、材料配置还是在功能使用上均做到了“优质化”。

2 台车炉实体测量结果及结果分析

2.1 炉温均匀性的测量结果及结果分析

根据工艺要求及模型构造建立了一台实体的蓄热式台车热处理炉。对工件进行热处理。工件为板材，尺寸为1750mm×6100mm×δ18mm;装炉量为50t（含垫铁）;要求最高炉温为1050℃;空炉升温时间为≤2.5h。在炉内截取8处有效点布置了温度传感器，对炉温进行测量。测量结果见表1。测量结果显示，同一时段炉子的最高温度为1049℃，最低炉温为1052℃，温差在±10℃范围内。仪表显示控温精度为±2℃。符合工艺要求。

测量数据表明实际应用的蓄热式热处理炉采用周期性作业的方式，配备了蓄热式燃烧系统，能够满足最大升温速度与最高使用温度。同时，蓄热式热处理炉必须具有良好的炉温均匀性，即要求炉内的全部钢料及同一钢料的不同位置都能达到相同或者相近的加热温度和金相组织。使刚才具有均匀一致的物理性能、机械性能和力学性能。

分析原因，在于热处理炉所采用的蓄热式烧嘴是通过辐射和强制炉气对流循环的，它们（两侧炉墙下部前后均匀布置）通过烧嘴的高速热气流对炉内高温气氛的强力搅拌，强制搅动炉内高温气流，强化对流传热过程、促使炉气强制循环，再以特殊的烧嘴孔型设计，将炉膛内部的烟气强制回流，进一步强化炉内气流的搅拌，使炉温更均匀，可以使得工件的加热更加快速和均匀，同时火焰属于扩散性火焰不会与工件接触，可以保证工件不会过烧、变形。

2.2 燃料消耗量的测量结果及结果分析

同时对燃料消耗量进行了测量，流量计显示燃气流量为180m3/h，较之常规烧嘴300m3/h减少了40%。

这是因为本热处理炉所采用的蓄热式燃烧技术从工业炉室温点火开始到工作温度的整个过程中，始终进行蓄热换向，最大限度的保证节能效率。保证火焰在任何温度范围内都不熄火。并且在此过程中没有其他的常规的烧嘴的支持，解决了常规蓄热式烧嘴固有的缺点。此时，炉膛内部形成强对流气氛，使工件與高温炉气充分接触，加热均匀迅速，能更好的保证工件温度均匀性，大大减少了工件的均热时间，同时避免工件烧损。同时，蓄热式烧嘴燃烧系统配置有特殊流向的烟气回流装置，可以使一部分低温烟气回流至烧嘴砖燃烧腔内，降低烧嘴燃烧火焰温度，从而可以大大降低燃烧产物中NOx的产生。

3 结论

本文对蓄热式燃烧技术应用于台车式热处理中进行了实际运用。在炉子的运行过程中对炉温及燃料消耗量进行了测量。测量结果表明实际应用的蓄热式热处理炉采用周期性作业的方式，配备了蓄热式燃烧系统，能够满足最大升温速度与最高使用温度。同时蓄热式燃烧系统没有其他的常规的烧嘴的支持，解决了常规蓄热式烧嘴固有的缺点。炉膛内部形成强对流气氛，使工件与高温炉气充分接触，加热均匀迅速，能更好的保证工件温度均匀性，大大减少了工件的均热时间，大大减少了能源的耗量。

实验证明蓄热式高温正火炉符合国家提出的“节能降耗”的技术要求，提高了燃料利用率，降低了吨钢耗量，降低企业成本。它充分解决了钢铁生产过程中高产必须高耗的矛盾，实现了高产低耗的目标，对钢铁行业的转型升级起了重大影响。

参考文献：

[1]王秉铨.工业炉设计手册[M].北京：机械工业出版社，1996.

[2]郑兆平.蓄热式燃烧技术综述[J].钢铁研究，2002，25（22）：21-28.

[3]田中良一.工业炉的节能对策[J].工业炉，2002，5，（13）：21-22.