蓄熱式加熱爐燃燒氛圍及其優(yōu)缺點(diǎn)

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1、蓄熱式加熱爐燃燒氛圍及其優(yōu)缺點(diǎn) 第34卷第1期河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 2012年1月JournalofI-IebeiUnitedUniversity(NaturalScienceEdition) Vo1.34No.1 Jan.2012 文章編號:2095-2716(2012)01-0014-04 ■ 蓄熱式加熱爐燃燒氛圍及其優(yōu)缺點(diǎn) 王濤,高源,陳連生,王永強(qiáng),宋進(jìn)英 (河北聯(lián)合大學(xué)河北省現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北唐山063009) 關(guān)鍵詞:蓄熱式加熱爐;曉氛圍;優(yōu)缺點(diǎn) 摘要:介紹了蓄熱式加熱爐及其燃燒技術(shù),較全面的分析了蓄熱式軋鋼加熱爐的優(yōu)缺點(diǎn)及其 燃燒氛

2、圍,工作原理等方面. 中圖分類號:TG155.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 蓄熱式燃燒技術(shù)被譽(yù)為21世紀(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一,此技術(shù)應(yīng)用在軋鋼加熱爐上稱為蓄熱式軋鋼加熱爐, 通稱蓄熱式加熱爐.蓄熱式燃燒技術(shù)經(jīng)歷了兩個重要的發(fā)展階段而趨向成熟….早期開發(fā)的蓄熱式高溫 空氣燃燒技術(shù)存在預(yù)熱能力不足,不能實(shí)現(xiàn)所謂的”極限余熱回收”,NO排放量較大等缺陷.經(jīng)過十多年的 發(fā)展,直到2O世紀(jì)90年代此技術(shù)形成了真正意義上的”蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)”.蓄熱式高溫空氣燃燒 技術(shù)(HighTemperatureAirCombustion,HTAC),亦稱無焰燃燒技術(shù)(FlamelessOxidationCombust

3、ion,FLOX) 或貧氧稀釋燃燒技術(shù)(LowOxygenDilutionCombustion,LOD)或低氮氧化物燃燒技術(shù)(LowNOInjectionCom— bustion,LNIC),它把回收煙氣余熱和高效燃燒及降低NO排放等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來,從而實(shí)現(xiàn)了極限節(jié)能 和極限降低NO排放量的雙重目的.而且,這種技術(shù)開創(chuàng)了針對燃用清潔或較清潔的氣體和液體燃料的工 業(yè)爐開發(fā)應(yīng)用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)的新時代. l蓄熱式加熱爐的燃燒氛圍 蓄熱式加熱爐的工作原理和傳統(tǒng)的軋鋼加熱爐不同,由于采用了全新的燃燒技術(shù),這種加熱爐的工作原 理有其特殊之處.這種特殊的工作原理決定了蓄熱式加熱爐中

4、的加熱氛圍不再是傳統(tǒng)加熱爐中的氧化狀態(tài) 而是氧化一還原的交替狀態(tài). 1.1蓄熱式加熱爐工作原理 蓄熱式加熱爐可用高爐煤氣作為燃料,它的工作原理不同于傳統(tǒng)加熱爐.空氣一煤氣雙預(yù)熱蓄熱式加 熱爐是蓄熱式加熱爐的一種普遍形式,主要由換向系統(tǒng),蓄熱體,控制系統(tǒng),供風(fēng)及排煙系統(tǒng)組成…,工作原 理如圖1所示.在A狀態(tài)時,煤氣和助燃空氣經(jīng)換向閥進(jìn)入左側(cè)蓄熱室,分別被空氣蓄熱體A和煤氣蓄熱 收稿日期:2011-05-09 圖1空氣一煤氣雙預(yù)熱蓄熱式加熱爐工作原理示意圖 第1期王濤,等:蓄熱式加熱爐燃燒氛圍及其優(yōu)缺點(diǎn)l5 體A加熱,預(yù)熱后的高溫空氣和煤氣分別從各自的噴嘴噴人爐膛,并在爐膛內(nèi)進(jìn)行

5、燃燒,燃燒產(chǎn)物對坯料進(jìn) 行加熱后,煙氣通過右側(cè)噴嘴進(jìn)入右側(cè)蓄熱室,高溫?zé)煔庵械臐摕岽蟛糠轴尫沤o右側(cè)蓄熱室內(nèi)的蓄熱體B 從而將蓄熱體加熱,然后以150℃的低溫經(jīng)過換向閥,由排煙機(jī)排人大氣.幾分鐘后,控制系統(tǒng)發(fā)出換向命 令,換向閥動作,空氣與煤氣流動同時換向,系統(tǒng)變?yōu)锽狀態(tài),空氣和煤氣分別經(jīng)過右側(cè)蓄熱室的空氣蓄熱 體B和煤氣蓄熱體B,被預(yù)熱后從右側(cè)噴嘴噴人并混合燃燒,高溫?zé)煔饨?jīng)過蓄熱體A后大部分潛熱釋放,蓄 熱體A被加熱,煙氣以150℃的低溫經(jīng)過換向閥,由排煙機(jī)排人大氣中,完成一個換向周期.通過工作溫度 不高的換向閥以一定的頻率進(jìn)行切換,使得左右兩側(cè)的蓄熱室處于蓄熱與放熱的交替工作狀態(tài)

6、,完成對爐內(nèi) 坯料加熱的目的. 1.2蓄熱式加熱爐內(nèi)的加熱氛圍 蓄熱式燒嘴成對安裝在爐墻內(nèi),每個燒嘴由煤氣蓄熱體,空氣蓄熱體和點(diǎn)火小燒嘴組成,如圖2所示. 上加熱燒嘴的煤氣蓄熱體置于空氣蓄熱體下方,下加熱燒嘴則與:之相反.分析燃燒過程可以發(fā)現(xiàn),從燒嘴噴 出的火焰都是以貧氧的氣氛接近工件,火焰在剛剛離開燒嘴噴向工件表面時是含有CO的貧氧的還原性氣 氛,但是在隨后的延緩狀燃燒過程中能通過分級燃燒和高速氣流卷進(jìn)燃燒產(chǎn)物等措施將可燃成分燃燒干凈, 此時為氧化狀態(tài),蓄熱式加熱爐換向后,重復(fù)這個過程.因此蓄熱式加熱爐內(nèi)的加熱氛圍實(shí)際上是”氧化 一 還原”交替變化的特殊狀態(tài).蓄熱式加熱爐這

7、種特殊的燃燒環(huán)境也可以從其實(shí)際工況下爐內(nèi)截面的氧氣 濃度場分布證實(shí),如圖3所示.由圖3可以看出,由于高速空氣流的抽引,煤氣流(圖中深色流股)迅速向空 氣流股擴(kuò)散,同時由于高溫空氣的卷混,空氣射流的氧氣濃度迅速降低,此時在爐內(nèi)形成貧氧或還原性氣氛, 而燃料完全燃燒后會形成氧化氣氛引. a蓄熱式燃燒 b傳統(tǒng)燃燒 圖2蓄熱式加熱爐與傳統(tǒng)加熱爐燃燒的基本原理 圖3某工況下加熱爐內(nèi)某截面的氧氣濃度場分布云圖 蓄熱式加熱爐這種燃燒氛圍與傳統(tǒng)的加熱爐有很大的區(qū)別,傳統(tǒng)加熱爐燃燒時,燃料和空氣先混合再燃 燒圖如2b所示,這樣火焰的外層為助燃空氣,內(nèi)層為燃料,所以形成氧化性的加熱氛圍. 2蓄

8、熱式加熱爐的主要優(yōu)點(diǎn) 蓄熱式軋鋼加熱爐采用的是高溫空氣燃燒技術(shù),這種全新燃燒技術(shù)把高效燃燒與極大限度的回收煙氣 16河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第34卷 余熱及降低NO排放等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來,實(shí)現(xiàn)了極限節(jié)能和極限降低NO排放量的雙重目的.它的主 要優(yōu)點(diǎn)如下: (1)在節(jié)能減排方面.大幅度降低了燃料消耗,由于空氣煤氣雙預(yù)熱到1000℃以上,排煙溫度不高于 150℃,因此爐子的燃料消耗大幅度降低,燃料利用率提高30%;與傳統(tǒng)的加熱爐相比,蓄熱式軋鋼加熱爐能 夠真正實(shí)現(xiàn)超低NO排放,并且能最大限度的降低(20:的排放,極大限度的減少了環(huán)境污染. (2)在鋼坯的加熱質(zhì)量方面.蓄熱式

9、燃燒是一種先進(jìn)的彌散式燃燒方式,擴(kuò)展火焰燃燒區(qū)域,火焰的邊 界幾乎擴(kuò)展到爐膛的邊界,從而使得爐膛內(nèi)溫度分布均勻,不易形成局部高溫,提高了鋼坯加熱質(zhì)量;由于空 氣預(yù)熱溫度很高,幾乎接近煙氣溫度,空氣與燃料在爐膛內(nèi)邊混合邊燃燒,燃燒速度快,燃燒完全,通過優(yōu)化 設(shè)計(jì)可在爐膛內(nèi)實(shí)現(xiàn)貧氧燃燒.而且爐子沒有預(yù)熱段,爐膛溫度均勻,鋼坯加熱速度快,在爐時間短.因此 鑄坯氧化燒損要比傳統(tǒng)燃燒方式小,提高了產(chǎn)品的成材率墻J. 3蓄熱式加熱爐存在的不足 蓄熱式軋鋼加熱爐在使用過程中存在一些缺點(diǎn),歸納起來主要為以下幾方面: (1)爐膛壓力不穩(wěn)定 爐膛壓力和煤氣管網(wǎng)壓力的波動是由于頻繁換向引起的.爐子每

10、次換向都是一個切斷煤氣一換向一重 新輸人煤氣的過程,爐內(nèi)的煤氣燃燒瞬間消失,又迅速恢復(fù),帶來的爐膛壓力波動是相當(dāng)大的.而且,煤氣流 量越大,爐壓波動也越嚴(yán)重.如果在加熱段和均熱段煤氣流量都超過15000m3/h,即使采用加熱段和均熱段 分別不同時換向(分段換向),換向前后爐壓也會有大約一20—50Pa的波動.爐壓的不穩(wěn)定會對加熱爐的運(yùn) 行造成負(fù)面影響,輕則造成爐頭爐尾冒火,吸冷風(fēng)現(xiàn)象,重則造成設(shè)備的損壞.值得注意的是在換向過程中, 排煙調(diào)節(jié)閥的開啟度是不變的. (2)高爐煤氣粉塵對蓄熱體的不良影響 大量的高爐煤氣粉塵黏附在蓄熱體表面,形成額外的熱阻,降低了熱交換效率和煤氣,空氣的

11、預(yù)熱溫度. 嚴(yán)重時粉塵堵塞蓄熱室,阻礙煤氣,空氣人爐和煙氣的排出,出現(xiàn)爐溫降低,爐膛壓力升高的異常現(xiàn)象.蓄熱 室堵塞后爐子出現(xiàn)如下特征:①煤氣流量偏低,而且爐子兩側(cè)的煤氣流量有差別,這是兩側(cè)的蓄熱體堵塞程 度不同而導(dǎo)致的;②爐壓高,即使排煙調(diào)節(jié)閥全開,保溫期的爐膛壓力仍然很高;③蓄熱室溫度和排煙溫度偏 低.相比而言,空氣蓄熱室的堵塞程度沒有煤氣蓄熱室嚴(yán)重,粉塵顆粒主要積聚在煤氣蓄熱室底部的部分蓄 熱小球表面. (3)爐膛上下存在溫差 在忽略阻力和施工影響的情況下,爐膛上下的供氣量基本相等,就是說上加熱和下加熱的供熱比是1:1. 基于熱氣體的上升特性,加上水冷梁的吸熱,下爐膛的溫

12、度就會低于上爐膛,這會影響鋼坯加熱質(zhì)量.實(shí)際 生產(chǎn)中爐膛下部要比上部低50—100℃,軋制節(jié)奏越快,鋼坯加熱時間越短,這種溫差就越大. (4)燃燒氛圍對加熱某些鋼種生成的氧化層的不利影響 由于蓄熱式加熱爐中燃燒的氣體需要換向,這樣就會形成氧化一還原交替變化的特殊加熱氛圍,這種加 熱環(huán)境對于某些鋼種的氧化層的形成有不利的影響(如含cr,Mo的鋼種),所形成的氧化層難于除干凈,使 熱軋產(chǎn)品的表面質(zhì)量受到很大影響. (5)存在安全隱患 加熱爐使用過程中由于密封不好或爐體存在裂縫以及操作不當(dāng)可能造成煤氣燃料的泄露,威脅工作人 員的人身安全;由于煙氣排放溫度較低(150oC),所以煙氣的

13、露點(diǎn)腐蝕也可能造成生產(chǎn)事故[9]. 4結(jié)論 (1)蓄熱式加熱爐中煤氣燒嘴布置在鋼坯附近,空氣燒嘴遠(yuǎn)離鋼坯表面.火焰剛剛離開燒嘴時,鋼坯處 于還原性加熱氣氛,之后燃料和空氣充分燃燒,鋼坯處于氧化的加熱氣氛.因此,鋼坯在蓄熱式加熱爐中處 于氧化一還原的交替加熱狀態(tài),鋼坯的氧化層生長處于”生長一分解一生長”的間斷式方式; (2)蓄熱式加熱爐采用全新的燃燒技術(shù),大幅度降低了燃料消耗,燃料利用率提高30%;蓄熱式燃燒擴(kuò) 第1期王濤,等:蓄熱式加熱爐燃燒氛圍及其優(yōu)缺點(diǎn)17 展了火焰燃燒區(qū)域,火焰的邊界幾乎擴(kuò)展到爐膛的邊界,使得爐膛內(nèi)溫度分布均勻,提高了鋼坯加熱質(zhì)量. 但蓄熱式加熱爐也存在爐

14、膛壓力不穩(wěn),爐膛上下存在溫差,某些鋼種氧化層難以去除等缺陷. 參考文獻(xiàn): 吳存寬,吳彬林.高溫空氣燃燒技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].工業(yè)爐,2003,25(2):13-:16. 楊澤末.蓄熱式燃燒技術(shù)在非軋鋼加熱爐上的應(yīng)用[J].工業(yè)爐,2005,27(2):23-25. 張繼光.應(yīng)用于陶瓷燒成的高溫空氣燃燒技術(shù)研究[D].北京工業(yè)大學(xué),2002. 郝海舟.耦合工況下蓄熱式高溫空氣燃燒系統(tǒng)的動力學(xué)特性分析[D].北京工業(yè)大學(xué),2006. NABILR.WIODZIMIERZB.HeattransfercharacteristicsofHiTACheatingfurnaceusingreg

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16、dCombustionThermo-Atmosphereof RegenerativeMillFurnace WANGTao,GAOYuan,CHENLian—sheng,WANGYong—qiang,SONGJin-ying (HebeiKeyLaboratoryofModemMetallurgyTechnology,HebeiPolytechnicUniversity,TangshanHebei063009,China) Keywords:regenerativemillfurnace;combustionatmosphere;meritsanddemerits Abstract:Atfirst,thedevelopingsituationofregenerativetypecombustiontechnologyisintroducedinthispaper, andthen,themeritsanddemeritsofregenerativemillfurnaceareanalyzedindetail.TheHighTemperatureAir Combustionworkingprinciplesandtypesofregenerativemillfurnacearespecifiedatlast. 1i1i1i