步进式加热炉节能技术要点分析

姚海涛 刘仁娟 潘力颖 李连喜 王歆

首钢京唐钢铁联合有限责任公司，中国·河北 唐山 063299

1 引言

现阶段，各行业在经济稳定条件下均取得迅猛发展。钢结构行业，是发展迅速的行业之一。在钢车间生产中，钢加热炉是必不可少的设备。与国际技术相比，中国钢加热炉的技术仍有差距，体现为加热炉效率低、燃耗高等。所以，加强对步进式加热炉的利用，掌握节能技术要点尤为重要。本次研究具有一定的现实研究价值。

2 步进式加热炉节能技术

在加热炉节能中，炉型结构是节能与否的基础和前提。所以，在加热炉新建过程中要对加热炉节能的需要情况加以考虑。炉型结构的新建、改造，需要充分提高燃料的燃烧性，尽可能减少炉膛内烟气热损失。在此种情况下，采用步进式加热炉是十分有必要的。与传统的推钢式加热炉相比，步进式加热炉的优势更加明显。主要表现为该加热炉下的钢坯间留有间隙，钢坯四面都能够受热。此外，加热的质量相对较好，钢材加热的温度比较均匀，加热的速度也比较快[1]。在炉内，钢坯的停留时间要比较短，可在一定程度上实现对钢坯氧化焚烧损坏的降低。

除此之外，步进式加热炉的操作灵活性较强，不仅能够前进、后退，还可以踏步，可根据实际情况改变装料的间距，对炉子的产量进行控制，生产量比较大，炉子的加热程度也并不会受钢坯的形状和厚度影响，生产协调性比较强。所以，现阶段在钢坯加热中，通常会选择步进式加热炉。

3 步进式加热炉节能技术要点研究

3.1 空气蓄热式燃烧技术

在步进式加热炉中，空气蓄热式燃烧技术是比较重要的技术之一。通常来讲，在煤气燃烧下，会通过麻花插件管式换热器进行预热。预热后，煤气的温度会达到350℃左右。空气以蓄热式燃烧技术为主，将温度为20℃的助燃空气，预热到850℃至900℃的温度左右，使其能够达到烟气余热极限回收，提高燃烧介质，形成物理热。由此，可达到降低燃料消耗目的，能够至少提高加热炉内加热效率的30%左右。空气蓄热式燃烧技术，是步进式加热炉中比较新颖的节能环保技术[2]。利用空气蓄热式燃烧技术，与传统加热炉相比，步进式加热炉内的火焰流动有明显的差异。主要体现为，炉内的废弃以横向流动为主，烧嘴成对工作，且会布置于加热炉的两侧，其中一侧烧嘴在工作时，另外侧的烧嘴会排烟蓄热。若一侧烧嘴喷出火焰，则会被另侧烧嘴吸引。此种现象，相当于在一定程度上增加火焰长度。素以，在空气蓄热式燃烧技术下，步进式加热炉内的宽度方温度，与传统相比受热更加均匀。

除此之外，采用空气蓄热式燃烧技术，在加热温度均匀的情况下，钢坯成型的质量更好，发生粘炉事故的风险比较小。煤气与空气蓄热后，以低氧扩散燃烧技术，形成的新型火焰与传统的火焰存在差异，炉内有较好的燃烧气氛，钢坯升温用时比较短。因此，在步进式加热炉的空气蓄热式燃烧技术下，钢坯氧化烧损至少可减少0.3%。

3.2 燃烧装置与燃烧方式

在钢车间生产加工中，步进式加热炉可采用空气单蓄热上下组合式的烧嘴，单蓄热烧嘴共计52 个。单蓄热组合式烧嘴，每段烧嘴都能够独自调节，蓄热式烧嘴成对工作，二者能够以交替的方式，变换燃烧、排烟，烧嘴内的蓄热体相应变换放热状态、吸热状态。成对的烧嘴，分别对应炉膛内的A 侧、B 侧。在A 侧的烧嘴进行燃烧时，空气流经积蓄热量的蓄热体被加热。同时，B 侧的烧嘴排烟，烟气热量会被蓄热体，以吸收的方式蓄热。以此循环往复，通过蓄热体媒介，出炉烟气的预热，会逐渐会被转换成空气物理热，通过回收的方式再次利用。蓄热式烧嘴的空气喷口、煤气喷口，属于上下组合[3]。在炉膛上不安装烧嘴时，空气、煤气的喷口分别在上部和下部，二者的气流上下斜交混合。在炉膛下部，烧嘴安装后会出现相反的情况，煤气喷口、空气喷口分别在上部和下部，靠近坯料上、下表面，是煤气流。空气、煤气混合燃烧时，有比较短暂性的过程。

在此期间，与坯料表面接触时是微还原性或是还原性的。坯料的氧化，具有缓慢性。氧化烧损减少程度在0.45%左右。此特性，是组合式蓄热式烧嘴的明显特性。利用蓄热式烧嘴，烟气排出的温度，能够降低到150℃之下，而空气预热的效果能够超过850℃，热回收率和温度效率，分别超过85%和90%。此种现象，可以充分节省大量的能源，大气中排放的烟气量也会随之降低，环保效果比较明显。

3.3 高热值煤气换热与变频调速技术

步进式加热炉在应用中，以混合的煤气作为燃料。燃料烧值超过10450kJ/m3，该燃料热值相对较高。若煤气也采用蓄热方式，无论是空气温度还是煤气温度，都会超过1000℃。燃烧产物的理论，燃烧温度相对较高。在既往工程项目中，高热值煤气采用蓄热式燃烧，运行稳定性并不强。其中，优特钢的低温入炉要求相对较高，蓄热式燃烧方式并不适合。所以，结合现实情况，为降低燃料消耗程度，节约能源，要逐渐适应优特钢低温入炉方式，缓慢加热，对煤气以常规预热为主。此外，要重视对变频调速技术的应用。该技术是在对电动机定子电源频率改变的情况下，实现对电动机转速的改变。并对风机转速与工况加以改变，使加热炉运行，变频调速的节能效果相对显著。通常情况下，步进式加热炉中的引风机、鼓风机，采用的都是变频调速技术，电机转速一般控制在额定值65%左右。在满足步进式加热炉供风、排烟的基础上，能够实现对电机转数的调节，节电率可达到30%左右。

3.4 炉墙结构材料与炉内压力

步进式加热炉，炉墙结构材料的选择与炉内压力的控制十分重要。炉墙结构，一般采用复合绝热层结构，对炉体绝热效果加以完善。现阶段使用的复合炉墙，分成三层。第一层是工作层，以低水泥浇注料的耐高温性能比较好，能够提高步进式加热炉内衬的整体寿命。第二层是次工作层，该层的材料为轻质砖，高温隔热性能比较稳定，也可起到锚固砖托架的作用。第三层是最外层，其所使用的材料属于耐火纤维板与纤维毯制品，隔热效果比较突出。因材料的比热容相对较小，且热导率偏低，炉衬的蓄热量也相对较少，使步进式加热炉内升温速度加快，从而提高燃烧的效率。此外，也要加强对步进式加热炉内压力的控制。控制压力时，要加强对节约燃料的重视，通过对炉内压力分布的控制，提高炉温的均匀性。

4 结语

发展过程中，钢车间步进式加热炉设计时应用了多种节能技术。其根本目的是节能降耗、节约成本。各种节能技术的应用，都能够在一定程度上节能减排，取得明显的效果。论文在研究中分别从空气蓄热式燃烧技术、燃烧装置与方式、高热值煤气换热、变频调速技术、炉墙结构材料及炉内压力等角度，研究步进式加热炉节能技术要点。期望本次相关内容的探究，为日后提高步进式加热炉节能水平提供建议。