混合煤气双预热蓄热式燃烧器在板坯加热炉上的应用

鄂钢清风

混合煤气双预热蓄热式燃烧器在板坯加热炉上的应用
   安钢中板厂2800四辊轧机建成于1996年，相配套的加热设备是2座推钢式加热炉。单个炉子额定产量为74t/h，最大产量90t/h。新建3#加热炉是和粗轧机、精整机等中板生产线二期工程配套的重要设备之一。
    安钢原建加热炉为四段炉温控制，三段供热（上均热段、下均热段、加热段）的端进端出式推钢加热炉。加热炉采用空气、煤气双预热（空气预热温度350°C～450°C，煤气预热温度200°C～250°C）；燃烧系统上部采用平焰烧嘴，下部采用亚高速烧嘴，燃料为高焦炉混合煤气，煤气热值在（6.7～10.5）MJ/m3之间波动，燃料消耗1.9GJ/t；炉底管采用汽化冷却，横水管采用“门”形支撑；卸载采用出料机出料，炉门为大小复式炉门结构；钢坯氧化烧损率为1.2%。
2 技术方案分析比较
    新建3#加热炉的技术要求是：投资低、技术成熟可靠、能耗低、维护简单方便，建设期不影响1#炉、2#炉生产运行，提高加热炉产量达到120t/h。为此，本项目选取了三种方案进行比较。
2.1方案1：常规加热炉型
    选用国内成熟的平焰烧嘴十亚高速烧嘴形式，采用空气、煤气换热器进行余热回收。该炉型设计设备结构简单、维护方便、维修量小、技术成熟可靠，缺点是：（1）能耗高，如现1#、2#加热炉能耗指标高达1.9GJ/t坯；（2）因建3#加热炉需建60m烟囱，且由于场地限制烟道需跨越27m原料跨度；考虑原料跨钢坯垛和运送钢坯铁路对烟道的影响，因此烟道挖掘较深施工难度大，投资高；（3）开挖烟道严重影响现有加热炉和轧制中板生产；（4）常规加热炉最大产量90t/h，不能满足120t/h的设计产量要求。
2.2方案2：单蓄热式加热炉型
    该技术方案国内已有数家企业采用，技术成熟。由于单蓄热式加热炉同样需建烟囱（约40%的高温烟气经烟囱排出）和烟道，而且管道、阀门、烧嘴较方案1多，因而投资与方案1接近；能耗与方案1相比，降低幅度不大，而维修检修量较大，产量与方案1相当，施工影响生产程度和方案1相仿。因而本方案不能满足本项目设计要求。
2.3方案3：空气、煤气双预热蓄热式燃烧器加热炉型
    混合煤气采用空气、煤气双预热蓄热式燃烧器技术是工业炉的难点，在此之前对国内数家双预热蓄热式燃烧器加热炉进行考察，均不同程度地存在一些问题，有的甚至较为严重，并且没有应用于板坯加热的先例（板坯炉温为1350°C，高于线材及开坯炉，炉温控制要求严格）。然而，经过近几年神雾公司在双预热蓄热式燃烧器加热炉技术的开发和应用，实践应用和分析研究均表明；采用双预热蓄热式燃烧器技术是可行的。只要精心设计，严格施工，把好耐火材料等技术关口，混合煤气双预热蓄热式燃烧器加热炉研制和生产应用问题不大。混合煤气双预热蓄热式燃烧器加热炉具有能耗低，热效率高，污染物排放少，投资少（钢烟囱可就近建设），施工对生产影响小等突出优点。不足之处是管道复杂、维护检修量较大。
3 双预热蓄热式燃烧器加热炉技术性能及其特点
    设计3#加热炉为空气、煤气双预热蓄热式加热炉。技术条件如下：
    钢坯出炉温度：1100°C～1200°C；
    钢坯断面温差：<30°C；
    燃料：高、焦炉混合煤气；
    低发热值：    ≥7.535MJ/Nm3；
    炉子有效尺寸：5800mm´30000mm；
    装出料方式：  双排料推钢机装料（装载），出钢机出料（卸载）；
    钢坯规格：   （150～250）mm´（950～1500）mm´（1500～2600）mm；
    加热能力：   （100～120）t/h；

    为保证3#双预热蓄热式燃烧器加热炉实现优质、高产、低耗、污染少、实用性和先进性的综合技术要求，设计研制中突出了下述技术要点：
3.1炉型
    加热炉采用四点三段供热方式，即炉子分为上均热段、下均热段、加热段、一加热段供热。在均热段、加热段、一加热段之间用隔墙隔开，避免两区温度相互影响；采用分段设计方式可满足中板加热炉对不同钢种的加热需求和对钢坯上、下表面温度差的有效控制。
3.2空气 、煤气双预热蓄热技术
    采用蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC）将空气、煤气同时预热到1000℃以上，排烟温度<150℃，可最大限度地利用烟气余热，降低燃耗，提高加热炉的热效率；同时可降低CO2和NOx的排放量。
3.3分散换向及时序控制技术
    小型旋瓣式三通换向阀适用于单个烧嘴（或串联上下烧嘴）换向，实现系统分散换向。分散换向由于换向阀靠近烧嘴，换向阀与烧嘴之间的连接管短而小，因而换向时管道内残留煤气损失较少，更有利于节能；同时便于实现时序换向。时序换向可减少炉内换向时出现的剧烈压力波动和气流波动，有利于火焰的稳定燃烧和缩短火焰在炉内燃烧的间断时间，便于炉内温度和压力的精确检测，从而为加热炉的自动控制打下良好的基础。
3.4空气、煤气组合式双预热蓄热式燃烧器
    本燃烧器采用陶瓷蜂窝体作蓄热体，空气蓄热室和煤气蓄热室组合结构，但相互隔绝，结构紧凑，空、煤气没有互窜的危险。不论燃烧器安装于加热炉的上部或下部，都可使煤气流贴进钢坯，形成还原性气氛，这对防止钢坯氧化脱碳十分有利；双预热蓄热式燃烧器结构紧凑，火焰燃烧性能较好，每个燃烧器前设置空气调节阀门和煤气调节阀门，可以调节单个烧嘴负荷，也可以关闭单个烧嘴；使加热炉各区段及每段的上、下区域加热温度的调节和控制灵活、方便。
3.5西门子DCS集散控制系统
    本系统为模拟量控制，使加热炉温度控制更精确，并为以后采用数模控制预留了技术空间和硬件接口。
4 技术经济效益和环保效益分析
    安钢3#加热炉自2003年8月25日出钢至今运行状况良好，节能效果显著，其煤气低热值为12.097MJ/m3，坯料为200´1450´1620mm时，煤气消耗为1.267GJ/t坯，加热产量为102.62t/h，氧化烧损率为0.814%。节能0.633GJ/t坯，以年产量80万吨计算年节约煤气约4.19´107m3，节省煤气费用840万元；氧化烧损降低0.386%，可减少氧化损失钢坯3088吨，节约费用463.2万元。同时，采用HTAC技术研制的3#加热炉CO2和NOx排放量大大降低，环保性能优异。此外，本项目增产带来经济效益巨大。
5 结论
    混合煤气双预热蓄热式燃烧器技术在安钢板坯加热炉上的应用表明，混合煤气双预热蓄热式燃烧器技术是成熟的。北京神雾公司研制开发的组合式双预热蓄热式燃烧器、小型旋瓣式三通换向阀等组成的燃烧系统装置能够实现混合煤气双预热蓄热。本技术及装置节能效果显著，同时减少氧化烧损，提高产品加热质量，提高加热效率，减少CO2和NOx污染物排放。本技术项目的开发和应用具有广阔的市场前景。