蓄熱式軋鋼加熱爐熱工特性及節(jié)能減排研究

1、    蓄熱式軋鋼加熱爐熱工特性及節(jié)能減排研究    王曉恒 張強(qiáng)摘要：近年來，蓄熱式加熱爐經(jīng)過不斷的發(fā)展進(jìn)步，各項性能指標(biāo)優(yōu)良，與傳統(tǒng)加熱爐相比，排煙溫度低、爐子熱效高，并且可使用單一高爐煤氣進(jìn)行燃燒，煙氣中nox含量低，爐溫均勻穩(wěn)定、加熱質(zhì)量好，所以蓄熱式軋鋼加熱爐得到了鋼鐵企業(yè)的廣泛應(yīng)用。因此，研究蓄熱式軋鋼加熱爐的熱工特性，挖掘其節(jié)能潛力、提高其能源利用效率，對鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能降耗具有重要實際意義。關(guān)鍵詞：蓄熱式軋鋼加熱爐;熱工特性;節(jié)能減排1、蓄熱式軋鋼加熱爐熱工特性1.1蓄熱式燃燒技術(shù)及其發(fā)展蓄熱式燃燒技術(shù)利用蓄熱體回收、儲存煙氣余熱，與助燃

2、劑空氣進(jìn)行熱量交換將其預(yù)熱，使得混合氣所具有的焓值增加，實現(xiàn)了“超焓燃燒”火焰溫度得以提高。燃燒產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)熱是爐子的重要熱量來源，由燃料和助燃劑劇烈反應(yīng)產(chǎn)生光亮的高溫火焰得以傳播，同樣這個過程也影響著nox的生成，因此對火焰特性進(jìn)行研究十分重要，關(guān)系著燒嘴的設(shè)計。蓄熱式燃燒技術(shù)的首要目的是提高預(yù)熱溫度，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)提高預(yù)熱溫度的同時將含氧量降低，燃料擴(kuò)散燃燒火焰體積成倍增大，不存在局部高溫且火焰的平均溫度也相對較高，nox的生成明顯減少，這就是日本學(xué)者田中良一等提出的全新概念的燃燒技術(shù)“高溫空氣低氧燃燒技術(shù)”的基本原理。除了蓄熱材料和燃燒技術(shù)的革新發(fā)展，蓄熱式燃燒技術(shù)在加熱爐得到廣泛應(yīng)用還得

3、益于換向閥的可靠性、氣密性的提高，以及控制系統(tǒng)的精敏和自動化程度的提高，plc控制程序?qū)崿F(xiàn)對換向時間、溫度等的準(zhǔn)確監(jiān)控，還有有效的報警機(jī)制。1.2蓄熱式燃燒技術(shù)的原理及特點(diǎn)換向閥按照一定的時間周期進(jìn)行著換向工作，改變空、煤氣和煙氣進(jìn)出爐膛的方向，系統(tǒng)在兩種工作狀態(tài)的交替進(jìn)行下完成燃燒和換熱，圖1為空氣、煤氣雙蓄熱式燃燒技術(shù)的工作原理示意圖。在換向閥穩(wěn)定工作的某一時刻，如圖1（a）所示，空氣、煤氣經(jīng)換向閥同時送入左側(cè)蓄熱室，與蓄熱室內(nèi)的高溫蓄熱體發(fā)生熱交換，蓄熱體的熱量是在前一工作周期內(nèi)儲存的。預(yù)熱后約1000的空、煤氣被噴出后混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣在爐膛內(nèi)流動將物料加熱后，進(jìn)入右側(cè)的蓄熱室。

4、1200的高溫?zé)煔庠谕ㄟ^蓄熱室時與在上一工作周期內(nèi)將熱量傳給空煤氣的低溫蓄熱體發(fā)生熱交換，蓄熱體溫度升高，煙氣溫度降到200以下，流經(jīng)換向閥排出。到達(dá)換向時間控制系統(tǒng)控制換向閥進(jìn)行換向，換向后系統(tǒng)的工作狀態(tài)如圖1（b）所示，常溫空氣、煤氣從右側(cè)管道進(jìn)入右側(cè)蓄熱室內(nèi)被加熱，之后與換向前工作狀態(tài)一樣，噴入爐內(nèi)混合燃燒，產(chǎn)生的煙氣將物料加熱之后從左側(cè)蓄熱室流出，在蓄熱室內(nèi)與蓄熱體發(fā)生熱交換后被排出。由以上分析可以看出，蓄熱式燃燒技術(shù)的突出特征在于：（1）蓄熱體極大地回收了煙氣余熱，減少了能源浪費(fèi)，使得低熱值燃料得以利用;（2）發(fā)生擴(kuò)散進(jìn)入爐膛后才燃燒，噪聲小;（3）火焰溫度高、黑度大，爐內(nèi)輻射換熱增

5、強(qiáng)，換向和強(qiáng)循環(huán)煙氣回流，強(qiáng)烈的湍流狀態(tài)強(qiáng)化了對流換熱，加熱能力強(qiáng);（4）大體積火焰使得爐溫均勻，加熱質(zhì)量好;（5）煙氣中nox含量低，環(huán)境污染小;（6）爐內(nèi)的低氧氣氛，使鋼坯在加熱過程中形成的燒損少;1.3蓄熱式軋鋼加熱爐爐內(nèi)輻射換熱過程爐內(nèi)輻射換熱主要是煤氣燃料燃燒生成發(fā)光、發(fā)熱的火焰，高溫?zé)煔鈱⒆陨頍崃客ㄟ^能量轉(zhuǎn)換以多段不連續(xù)的電磁波形式射向鋼坯和爐體表面，熱射線所經(jīng)過的爐膛空間中混合了大量的煤氣、空氣和煙氣。小部分熱射線傳播途中被這些氣體吸收，大部分熱射線最終穿過爐膛到達(dá)爐體和鋼坯表面的熱射線，這些到達(dá)固體表面的電磁波一部分被吸收轉(zhuǎn)化為爐體和鋼坯的熱量。2、基于黑體技術(shù)的蓄熱式軋鋼加熱

6、爐節(jié)能減排措施2.1黑體元件與安裝黑體元件是根據(jù)“黑體”概念制成的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體，由多種陶瓷材料制成的具有一定厚度的空腔錐臺，它的作用是保證黑體技術(shù)在加熱爐內(nèi)的有效實施。停爐降溫后，根據(jù)元件大小在爐襯表面按照設(shè)計的排列方式在布置范圍內(nèi)開一系列標(biāo)準(zhǔn)的工藝小孔。以耐熱釘機(jī)械輔助固定，用高溫粘結(jié)劑粘結(jié)。排列方式一般為縱橫行列，也可以按照同心圓的形狀進(jìn)行排列的。布置范圍一般從溫度超過800開始，在靠近爐頂和爐底的側(cè)墻區(qū)域不安裝元件。為不對燃燒造成阻礙。在燒嘴磚處也不進(jìn)行安裝。安裝密度控制在每平米40-55個，可根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整。安裝完成后對整體爐壁進(jìn)行紅外強(qiáng)化涂裝.然后執(zhí)行正常的加熱爐檢修烘爐規(guī)程。

7、完成烘爐操作開始正常生產(chǎn)后，黑體技術(shù)就正式投入使用。根據(jù)爐子的爐型結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)情況等參數(shù)，確定黑體元件設(shè)計施工方案。2.2黑體元件應(yīng)用在蓄熱式軋鋼加熱爐的節(jié)能減排安裝在爐體內(nèi)表面的黑體元件吸收了煙氣輻射出的大部分熱量，煙氣的出爐溫度降低。帶出的物理熱減少;較小的導(dǎo)熱系數(shù)有效阻隔了爐體內(nèi)表面吸收并傳遞給外界的熱量。減少了爐體散熱量;經(jīng)過調(diào)控爐體內(nèi)表面到達(dá)鋼坯表面的熱射線增多.鋼坯得到的綜合輻射熱增多，熱量更多的有效熱量被鋼坯吸收，無效散熱和熱損失減少，加熱爐熱效率得到提高，熱量聚集鋼坯表面使鋼坯升溫速率增加、加熱時間縮短，單位時間內(nèi)加熱的鋼坯質(zhì)量增加，生產(chǎn)率提高。黑體技術(shù)使加熱爐熱效率和生產(chǎn)率提

8、高.燃料消耗量減少，廢氣的生成量和排放量減少，由此可見該技術(shù)不僅節(jié)能而且環(huán)保。2.3黑體元件應(yīng)用在蓄熱式軋鋼加熱爐的節(jié)能減排效果黑體元件安裝后每噸鋼坯的熱量總收入減少了4.47%。鋼坯加熱對熱能的需求減少，在加熱制度不變的情況下。說明對熱能的利用率提高.支出熱量和熱量所占比例的變化率有正有負(fù)，說明黑體技術(shù)改變了爐瞠內(nèi)的傳熱情況，否則應(yīng)只有熱量減少，而比例的變化率基本為零。首先.改造后物料帶出的熱量和比例均有增加，黑體元件在爐內(nèi)調(diào)控了熱射線的吸收和傳遞，鋼坯表面吸收的熱量增多，熱量損失減少;3、結(jié)語黑體技術(shù)通過增加爐體內(nèi)表面黑度和表面積，強(qiáng)化了爐內(nèi)輻射換熱并調(diào)控?zé)嵘渚€投向鋼坯表面，鋼坯得到的熱量增加，煙氣帶走的物理熱和爐體散熱減少，還有助于延長爐體壽命.優(yōu)化爐溫分布、提高鋼坯加熱質(zhì)量。蓄熱式加熱爐安裝了黑體元件進(jìn)行強(qiáng)化輻射換熱改造后，相比于安裝前，燃料消耗減少。熱效率提升明顯。參考文獻(xiàn)：1范軍鋒，陳銘.中國鋼鐵工業(yè)可持續(xù)發(fā)展之路初探j(luò).上海金屬，2007，（01）：9-14.2環(huán)境保護(hù)部.鋼鐵工業(yè)污染防治技術(shù)政策z.2013-05-24.3國務(wù)院.大氣污染防治行動