雙蓄熱式步進梁加熱爐在宣鋼高線

1、節(jié)約能源是我國能源戰(zhàn)略的重要目標。在軋鋼生產(chǎn)中,加熱爐是主要的耗能設備之一。 合理選用加熱爐, 提高燃料利用率, 對于降低能源消耗, 減少鋼坯氧化燒損, 提高加熱質(zhì)量, 從而充分創(chuàng)造整個軋線生產(chǎn)過程的經(jīng)濟效益,具有非常重要的意義。宣鋼基于 2000年建成 投產(chǎn)的第一條線材生產(chǎn)線加熱爐的狀況,并且對國內(nèi)外大中型線材生產(chǎn)線加熱爐在節(jié)能降 耗、 環(huán)境保護等方面進行調(diào)研對比, 在新建的第二條高速線材生產(chǎn)線中采用了雙蓄熱式步進 梁加熱爐。宣鋼二高線廠步進梁加熱爐的作用是將大于 500的熱裝或常溫下冷裝的連鑄坯加熱到 軋制所需要的溫度, 以提高金屬的塑性, 減少軋制變形抗力和機械電氣負荷, 節(jié)約能源和能

2、耗。蓄熱式加熱爐的工作原理1 蓄熱式加熱爐的理論基礎蓄熱式燃燒技術, 19世紀中期就開始用于高爐熱風爐、平爐、焦爐、玻璃熔爐等規(guī)模大 且溫度高的爐子。 其原理是采用蓄熱室余熱回收裝置, 交替切換煙氣和空氣, 使之流經(jīng)蓄熱 體, 達到在最大程度上回收高溫煙氣的顯熱, 提高助燃空氣溫度的效果。 但傳統(tǒng)的蓄熱室采 用格子磚作蓄熱體, 傳熱效率低, 蓄熱室體積龐大, 換向周期長, 限制了它在其他工業(yè)爐上 的應用。 新型蓄熱室, 采用陶瓷小球或蜂窩體作蓄熱體, 其比表面積高達 2001000m2/m3, 比老式的格子磚大幾十倍至幾百倍, 因此極大地提高了傳熱系數(shù), 使蓄熱室的體積可以大為 縮小。 另外,

3、 由于換向裝置和控制技術的提高, 使換向時間大為縮短, 傳統(tǒng)蓄熱室的換向時 間一般為 2030min ,而新型蓄熱室的換向時間僅為 0.53min 。新型蓄熱室傳熱效率高和 換向時間短, 帶來的效果是排煙溫度低 (200以下 , 被預熱介質(zhì)的預熱溫度高 (只比爐溫 低 100150 。 因此, 廢氣余熱得到接近極限的回收, 蓄熱室的溫度效率可達到 85%以上, 熱回收率達 80%以上。2 蓄熱式加熱爐的工作原理宣鋼二高線步進梁蓄熱式加熱爐是將助燃空氣和高爐煤氣經(jīng)換向系統(tǒng)后經(jīng)各自的管道送 至爐子左側(cè)各自的蓄熱式燃燒器,自下而上流經(jīng)其中的蓄熱體,分別被預熱到 950以上, 然后通過各自的噴口噴入爐

4、膛, 燃燒后產(chǎn)生高溫火焰加熱爐內(nèi)鋼坯, 火焰溫度較同種煤氣做 燃料的常規(guī)加熱爐高 400500 ,90%以上的熱量被蓄熱體回收,最后以 150以下的溫度 排放到大氣中,比常規(guī)加熱爐節(jié)能 30%50%。同時,高溫煙氣進入右側(cè)通道,在蓄熱室進 行熱交換,將大部分余熱留給蓄熱體后,煙溫降到 150左右進入換向機構(gòu),然后經(jīng)排煙機 排入大氣。幾分鐘后控制系統(tǒng)發(fā)出指令,換向機構(gòu)動作,空氣、高爐煤氣、煙氣同時換向?qū)?系統(tǒng)變?yōu)橄乱粋€狀態(tài), 此時空氣和高爐煤氣從右側(cè)噴口噴出并混合燃燒, 左側(cè)噴口作為煙道, 在排煙機的作用下,高溫煙氣通過蓄熱體后排出,一個換向周期完成。圖 1 蓄熱式加熱爐燃燒系統(tǒng)工作原理簡圖加熱

5、爐簡介及其性能特點1 加熱爐基本結(jié)構(gòu)宣鋼二高線廠加熱爐為懸臂輥側(cè)進料、側(cè)出料的步進式加熱爐。加熱爐從進料端到出料 端分為 I 加熱段、 II 加熱段、均熱段,采用蓄熱式燃燒技術 , 蓄熱式燒嘴在 I 加熱段、 II 加 熱段、均熱段進行上下供熱,燃燒高爐煤氣,熱值為 750X4.18KJ/Nm3。爐子的主要尺寸見 表 1:表 1:加熱爐的主要尺寸項 目 尺 寸(mm 有效長度 22388爐子內(nèi)寬 12600上加熱爐膛高度 1400下爐膛高度 2200砌底總長 23888砌底總寬 13800有效爐底面積(m2 282固定梁頂面標高 57.5爐子鋼結(jié)構(gòu)由普碳鋼板和型鋼焊接件組成, 分為四個主要部分

6、 :爐底鋼結(jié)構(gòu)、 爐子兩側(cè)鋼 結(jié)構(gòu)、裝、出料端鋼結(jié)構(gòu)、爐頂鋼結(jié)構(gòu)。加熱爐砌體采用澆注料整體澆注,爐頂采用平頂?shù)?掛結(jié)構(gòu),錨固磚用錨固鉤吊掛在爐頂鋼結(jié)構(gòu)上。爐區(qū)設有平臺 , 平臺之間安置梯子和欄桿。 加熱爐除裝料爐門和出料爐門外,設 4個檢修爐門,端墻帶有耐熱透視玻璃的自閉式窺孔。 爐門采用無水冷卻。 加熱爐設置 6根固定梁和 4根步進梁, 采用單排布料。 在加熱段和均熱 段間采用水梁交錯技術,保證鋼坯溫度均勻性。爐子的機械設備主要包括:裝料爐門、爐內(nèi)裝料輥道、推鋼機、步進機械、爐內(nèi)出料輥 道、出料爐門。宣鋼二高線步進梁式加熱爐設置汽化冷卻系統(tǒng)一套,采用強制循環(huán)方式。進出料懸臂輥 道和工業(yè)電視采

7、用循環(huán)水冷卻。鋼坯進入加熱爐前在爐外上料輥道上通過測長后由爐外上料輥道送入爐內(nèi),通過懸臂輥 道減速定位, 然后由爐后液壓推鋼機推到固定梁上。 通過步進梁上升 前進 下降 后退的周期運動, 爐內(nèi)鋼坯被輸送到加熱爐出料端并放置在出料懸臂輥道上, 然后由懸臂輥 道輸出爐外。2 供熱制度和燃燒系統(tǒng)宣鋼二高線加熱爐采用蓄熱燃燒技術,蓄熱體為蜂窩體。通過爐墻側(cè)部的空氣蓄熱燒嘴 和煤氣蓄熱燒嘴進行供熱,將空氣和煤氣分別預熱到 950以上再噴入爐膛。加熱爐分為三 個供熱段 , 分別為 I 加熱段、 II 加熱段、均熱段 , 沿爐長方向上設置多個供熱點,兩側(cè)上下蓄 熱燒嘴供熱,供熱燒嘴共 64只,采用三段爐溫制

8、度(各段空氣蓄熱燒嘴和煤氣蓄熱燒嘴的 分布見表 2 ,其中, I 加熱段爐溫為 8501050; II 加熱段爐溫為 10501150;均熱段爐溫為 11501250,各段上下供熱比約為 45%/55%。各供熱段的流量和空燃比通過自動 控制系統(tǒng)調(diào)節(jié),上下供熱量的調(diào)節(jié)通過燒嘴的能力和燒嘴前手動蝶閥實現(xiàn)。表 2:各段空氣蓄熱器燒嘴和煤氣蓄熱器燒嘴的分布及燃料配比序號供熱段空氣蓄熱器 燒嘴個數(shù)(個煤氣蓄熱器 燒嘴個數(shù)(個燃 料 配 比%1I 加熱段上4411252I 加熱段下44143II 加熱段上661737.54II 加熱段下6620.55均熱段上661737.56均熱段下6620.5合計323

9、2100100蓄熱式燃燒系統(tǒng)由空(煤氣蓄熱室、換向系統(tǒng)及控制單元組成,采用分側(cè)分散換向系 統(tǒng)對空氣和煤氣蓄熱燒嘴進行換向。 分側(cè)分散換熱系統(tǒng)采用二位三通換向閥對空氣與煙氣進 行換向,每側(cè)同一段內(nèi)的上下幾個煤氣燒嘴共用一個二位三通換向閥對煤氣和煙氣進行換 向。 這種換向方式可以將換向閥到各燒嘴之間的管道體積減少到最小, 這樣, 換向過程中的 熄火時間可以縮短 2秒以下, 換向過程中的煤氣損耗也可以減少到最小。 另外, 采用分段分 側(cè)二位三通換向, 爐子兩側(cè)的換向閥和管道對稱, 消除了爐子兩側(cè)熱狀態(tài)不均的問題。 二位 三通換向閥采用雙作用形式, 并遵守先關供氣, 后開排煙的操作策略, 雙作用換向閥

10、在換向 過程中可以當作切斷閥使用,避免了煤氣或空氣與煙氣相遇的可能。分側(cè)分散換向系統(tǒng)的優(yōu)點:-解決了集中換向方式存在的問題,縮小了換向閥到燒嘴之間的管道長度和體積; -節(jié)約了煤氣消耗;-解決了全分散換向方式管路過多、設備過多、故障點過多和檢修空間太小的問題 -系統(tǒng)簡潔可靠,設備故障點少,管道美觀大方,檢修空間寬敞。換向系統(tǒng)采用 PLC 控制。主要功能有:-當換向系統(tǒng)處自動運行狀態(tài)時,換向閥以一定的時間間隔完成換向動作。-當排煙溫度過高時,系統(tǒng)將強制換向閥換向,直至排煙溫度下降到設定的溫度范圍內(nèi)。 系統(tǒng)處于手動狀態(tài)時,可在觸摸屏上進行手動換向。-超溫報警-動作異常報警:當換向閥閥位異?；蜷L時間動

11、作不到位時, 觸摸屏上會出現(xiàn)報警指示燈 閃爍并指示故障點所在位置,蜂鳴器報警,系統(tǒng)作出相應的應急或人工干預。3 爐區(qū)控制系統(tǒng)全爐采用的自動控制系統(tǒng)包括各設備的控制設定及所有設備的順序聯(lián)鎖控制?？刂品绞?為手動,半自動和自動控制。自動控制具體包括:1各段爐區(qū)的自動控制,以合理的空燃比進行調(diào)節(jié),對各段空氣和煤氣流量進行計量和檢測; 2對各種危險情況進行報警; 3汽 化冷卻系統(tǒng)自動化控制; 4微機監(jiān)控軟件顯示系統(tǒng)流程圖、趨勢圖控制,并能生成報表。4 加熱爐主要技術性能參數(shù)爐型:蓄熱式步進梁加熱爐鋼種:普碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、焊條鋼、焊絲鋼、低合金鋼、彈 簧鋼、冷墩鋼等坯料尺寸(mm : 150

12、15;150×12000短尺長度 不短于 9000 mm單根坯料重量級 2052kg燃料種類 高爐煤氣入爐溫度:冷裝:室溫熱裝:>600,熱裝率 6080%出爐溫度: 9501150爐子加熱能力:150 t/h空氣預熱溫度:950煤氣預熱溫度:950裝料方式:采用爐內(nèi)懸臂輥道加對齊推鋼機側(cè)裝料出料方式:采用爐內(nèi)懸臂輥道側(cè)出料(軋制線標高為 +5.80米爐內(nèi)布料方式 : 單排布料蓄熱燒嘴式加熱爐的優(yōu)點及存在問題宣鋼二高線加熱爐投產(chǎn)以后, 加熱能力較一線將有大幅度提高, 年產(chǎn)量可達 45萬噸以上。與普通加熱爐相比較 , 由于該加熱爐的廢氣排放溫度僅為 150左右 , 幾乎達到了能源

13、利 用的極限值 , 因此節(jié)能效果好 , 較常規(guī)的加熱爐節(jié)能 ; 另外 , 由于燃燒完全 , 熱耗降低減少 CO2排 放,這將極大地改變環(huán)境。同時,高效蓄熱燃燒,煙氣的排放溫度低于 150,不僅減少排 煙的熱效應而且其排放煙塵的黑度是肉眼所看不見的, 噪聲減小, 環(huán)境清潔, 這對保護環(huán)境 是一大貢獻。 由于高溫煤氣和空氣混合燃燒產(chǎn)生了較高的理論燃燒溫度, 這種低熱值的高爐 煤氣可以迅速、穩(wěn)定、充分的燃燒,高溫煙氣均勻充滿整個爐膛,鋼坯加熱溫度十分均勻, 為軋制高質(zhì)量的鋼材創(chuàng)造了條件。與其它蓄熱式加熱爐比較,蓄熱式燒嘴加熱爐不象其它蓄熱式加熱爐有專設的蓄熱室, 它的燒嘴就是一個小小的蓄熱室, 能直

14、接安裝在爐子的側(cè)墻上, 減少爐墻占用空間; 蓄熱式 燒嘴是由煤氣蓄熱式燃燒器與空氣蓄熱式燃燒器組成, 它們在爐外分開布置, 使煤氣與空氣 通道分離, 避免了煤氣與空氣互串的危險; 蓄熱式燒嘴的燃燒器中采用陶瓷小球作為蓄熱體, 具有表面積大、耐高溫、耐急冷、導熱性強、更換容易的特點;每個燃燒器前的煤氣和空氣 連接管上都安有手動調(diào)節(jié)閥, 從而使得各個燃燒器, 特別是上部與下部燃燒器的能力能夠按 需要進行調(diào)節(jié),簡便易行。通過對已采用蓄熱式加熱爐的生產(chǎn)企業(yè)進行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)蓄熱式加熱爐也存在一些問題。 加熱爐必須換向方可工作, 因此換向系統(tǒng)工作正常與否十分關鍵, 操作時必須嚴格遵守操作規(guī)程；因其燃料為高爐煤氣，使用時安全問題尤為重要，爐區(qū) CO 濃度超過 100PPm 時，CO 檢測儀報警， 操作工必須及時對爐區(qū)進行巡檢和對漏點進行處理； 因蓄熱式加熱爐升溫速度 快，一旦出現(xiàn)大的生產(chǎn)事故，停軋時間較長時，