004年10月鋼鐵研究第5期(總第140期)October 2004Research on Iron & SteelNo, 5(Sum140熱能蓄熱式加熱爐的熱工特點(diǎn)分析華建社,周繼良西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院,陜西西安710055)摘要:簡述蓄熱式加熱爐的工作原理、技術(shù)特性及節(jié)能效果,通過對蓄熱式加熱爐的熱平衡測試結(jié)果的分析,指出蓄熱式燃燒系統(tǒng)的熱工特性。關(guān)鍵詞:蓄熱式;加熱爐;熱平衡測試中圖分類號:TF061文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-1447(2004)05-0050-0ANALYSIS ON THERMAL CHARACTERISTICS OFREGENERATIVE HEATING FURNACEHUA Jian-she, ZHOU Ji-liang(The College of Metallurgical Engineering, Xi'an University of Science and Technologyof Metallurgical Architecture, Xi'an 710055. ChinaSynopsis: This paper describes the principle, technological features and enersaving performance of regenerative heating furnace. On the basis of analyzing the heatbalance measurements of the furnace. the thermal characteristics of its combustionKeywords: regeneration; heating furnace; heat balance measurement這種加熱爐與傳統(tǒng)三段式連續(xù)加熱爐的主要區(qū)別是:加熱爐在加熱時(shí),燃燒所用的空、煤氣經(jīng)蓄熱式加熱爐技術(shù)是自20世紀(jì)80年代發(fā)展起換向系統(tǒng)分別進(jìn)入爐子左側(cè)的各個(gè)蓄熱室,經(jīng)流來并投入使用的一項(xiàng)新技術(shù)。它以蓄熱室為基礎(chǔ)來回過蓄熱體后,就可以被預(yù)熱到1000C甚至更收煙氣余熱,從而實(shí)現(xiàn)余熱的最大回收和助燃空氣以高。預(yù)熱后的空氣、煤氣由各自的噴口進(jìn)入爐膛內(nèi)及煤氣的高溫預(yù)熱。國外蓄熱式加熱爐的硏究工作起進(jìn)行燃燒,燃燒后產(chǎn)生的高溫火焰加熱鋼坯。此步早、發(fā)展快,已經(jīng)大規(guī)模地應(yīng)用到工業(yè)中。我國的蓄時(shí),右側(cè)蓄熱室作為排煙通道,高溫?zé)煔饨?jīng)噴口進(jìn)熱式加熱爐研究工作和應(yīng)用起步較晚,但是發(fā)展速度入爐子右側(cè)的各個(gè)蓄熱室。當(dāng)煙氣通過蓄熱室內(nèi)快,到目前為止已有許多鋼廠建成并投入使用了這種的蓄熱體后,煙氣中85%以上的熱量被蓄熱體爐型,并達(dá)到了較好的效果吸收,最后低溫(150C左右)煙氣經(jīng)煙道排出。23min后,換向器動(dòng)作,開始換向,2~4s后,2蓄熱式加熱爐簡介完成換向,以右側(cè)預(yù)熱左側(cè)排煙氣的方式繼續(xù)工2.1燃燒系統(tǒng)作,從而完成一個(gè)周期。圖1示出了助燃空氣的預(yù)蓄熱式加熱爐一般是由爐體結(jié)枃、蓄熱式換熱過程。這樣周而復(fù)始地進(jìn)行燃燒、加熱、余熱回向燃燒系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、蓄熱收等過程,對鋼坯進(jìn)行軋制前的加熱。式熱回收系統(tǒng)、熱工檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾部分所組成。THa中國煤化工數(shù)CNMHG式加熱爐設(shè)計(jì)參數(shù)。作者簡介:華建社(1960—),男,陜西武功人,副教授,主要從事加熱爐技術(shù)方面的研究熱空氣爐體高溫?zé)煔飧邷責(zé)煔鉄峥諝饫淇諝獾蜏責(zé)煔獾蜏責(zé)煔饫淇諝馇鞍胫芷诤蟀胫芷趫D1蓄熱式加熱燃燒系統(tǒng)表1蓄熱式加熱爐設(shè)計(jì)參數(shù)表4.1熱能利用率高技術(shù)參數(shù)該爐的全爐熱效率為50.37%,蓄熱室余型式端進(jìn)端岀蓄熱式連續(xù)推鋼加熱爐熱利用率達(dá)到85.62%,均高于傳統(tǒng)加熱爐。這爐子有效尺寸/mm×mm24620×4200主要是因?yàn)椴捎昧诵顭崾綗斓慕Y(jié)果,雖然排出額定能力/(t·h爐膛的煙氣溫度較高,但是由于該系統(tǒng)的余熱回爐底強(qiáng)度/(kg·m-2·h-1)冷卻方式汽化冷卻收率高,使得排岀蓄熱室而進(jìn)入煙道的煙氣溫度燃料高爐煤氣很低(在150C左右),大部分熱量得到了循環(huán)空氣預(yù)熱溫度/C1000利用,從而大幅度地提高了爐子熱效率。蓄熱室的煤氣預(yù)熱溫度/C余熱利用率在很大程度上與蓄熱體有關(guān),而于爐加熱鋼種碳素結(jié)構(gòu)鋼加熱坯料規(guī)格/mm×mm×mm子各段的溫度等因素?zé)o關(guān),所以要達(dá)到高的熱效入爐溫度/C常溫率主要就取決于蓄熱體的性能。目前多使用蜂窩出爐溫度/C體和蓄熱小球這兩種蓄熱體。蜂窩體的比表面積高、導(dǎo)熱性好,采用蜂窩體蓄熱體的加熱爐其蓄熱3熱平衡測試結(jié)果室余熱利用率可以達(dá)到90%~95%,甚至更下面是我們對該廠新建的蓄熱式加熱爐進(jìn)行高。但是由于它制造困難、價(jià)格昂貴、更換不便等熱工測試所得的結(jié)果,具體測試結(jié)果如表2所示,缺點(diǎn),一般工業(yè)中常采用小球蓄熱體。該爐就是使表3為測試計(jì)算所得的主要技術(shù)指標(biāo)。用小球蓄熱體,它的比表面積比蜂窩體要小,但是小球半徑小,因而傳熱半徑小、熱阻低,而且它方4分析便更換、清洗。小球蓄熱體的余熱利用率一般在從以上測試結(jié)果可以看出這種蓄熱式加熱爐80%~85%之間?？梢钥闯?該爐的蓄熱室余具有顯著的特點(diǎn)。熱利用率是比較高的。表2熱平衡測試結(jié)果表熱支出符號項(xiàng)目熱量值/(kJ×103·t)百分比/%符號熱量值/(kJ×103·t-1)百分比/%Q1煤氣燃燒化學(xué)熱2391.6596.68鋼坯帶出物理熱1245.98Q2鋼壞氧化反應(yīng)熱3.煙氣帶出物理熱85.343.45中國煤化工150.946.10CNMHGQ7爐體表面散熱它熱損失0.28100.0473,72表3主要技術(shù)指標(biāo)用,降低了生產(chǎn)成本;同時(shí)減少了高爐煤氣的排放量,降低了對環(huán)境所造成的污染。全爐熱效率/%50.374.4爐體結(jié)構(gòu)縮短,布置簡單蓄熱室余熱利用率/%85,62這種蓄熱式加熱爐預(yù)熱溫度、燃燒溫度高,內(nèi)爐膛熱效率/%13.13實(shí)際小時(shí)產(chǎn)量/(t·h-1)部溫度均勻性好,熱能利用率高,可取消傳統(tǒng)加熱單位熱耗/(kJ×103·t-1)爐上的預(yù)熱段(通常為爐體有效長度的35%左循環(huán)熱量/kJ×103·t-1)2117,98右)。該蓄熱式加熱爐僅有加熱段和均熱段兩部熱強(qiáng)度kJ×103·m-2·h-1)1272.11爐底強(qiáng)度/(kg:m-2·h分,在不影響加熱能力和鋼坯質(zhì)量的同時(shí),縮短了加熱爐的尺寸,簡化了爐體結(jié)構(gòu)。另外,該爐也沒4.2空氣、煤氣預(yù)熱溫度高有傳統(tǒng)加熱爐上必不可少的換熱器、高溫?zé)煹赖仍跍y試中,該爐空氣預(yù)熱溫度的平均值為設(shè)備,使得爐子在布置上趨于簡單化、高效化、合050C,煤氣預(yù)熱溫度的平均值為967C理化,在一定程度上降低了操作和維修強(qiáng)度。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加熱爐的燃料預(yù)熱溫度。這主要是5結(jié)論蓄熱室對余熱進(jìn)行了極限回收,煙氣中絕大部分余熱得到了循環(huán)利用的結(jié)果。測試的循環(huán)熱量為通過在現(xiàn)場測試所得的數(shù)據(jù)和上述分析不難2117.98×103kJ/t,是總熱量的85看出,蓄熱式加熱爐與傳統(tǒng)加熱爐相比較具有熱這就使得原來無法利用的熱量得到了利用,減少能利用率高、燃料預(yù)熱溫度高、爐體結(jié)構(gòu)簡單、生了不必要的能源支出,達(dá)到了節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)成本低廉、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但在測試中該爐的效益的目的。表面散熱和不完全燃燒熱損失較大,這主要是由空氣、煤氣的高溫預(yù)熱可以使燃燒反應(yīng)自發(fā)于這種爐型的外部管道較多、溫度較高和頻繁換進(jìn)行,增強(qiáng)了火焰的穩(wěn)定性改善了爐內(nèi)溫度的均向所致。相信這些問題可以通過絕熱包扎和現(xiàn)場勻性,實(shí)現(xiàn)了低氧的擴(kuò)散燃燒(這對減少鋼坯的表供熱制度調(diào)控等方法來解決面氧化是有益的)。同時(shí)高溫預(yù)熱降低了最終的煙蓄熱式加熱爐的技術(shù)先進(jìn),節(jié)能效果顯著,方氣排放溫度(測試中的煙氣排放溫度為150便操作和維護(hù),在國內(nèi)外處于領(lǐng)先水平,具有廣闊C),降低了對大氣的污染的應(yīng)用前景。4.3使用純高爐煤氣作為燃料[參考文獻(xiàn)]高爐煤氣由于發(fā)熱值低,在工業(yè)中一般不直「1王守徳冶金爐熱工與設(shè)計(jì)[M]·西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版接使用,部分和焦?fàn)t煤氣混合使用,大部分則被直[2]陳鴻復(fù).冶金爐熱工與構(gòu)造[M].北京:冶金工業(yè)出版社接排放入大氣。該爐的燃料預(yù)熱溫度高(空氣19991050C,煤氣:967C),燃燒溫度高,爐膛內(nèi)3]侯長連,胡和平.高效蓄熱式工業(yè)爐的開發(fā)與應(yīng)用[],鋼的平均溫度1300C,此時(shí)高爐煤氣的發(fā)熱值鐵,2002,(1):65~6和燃燒效果等同于高熱值的焦?fàn)t煤氣和混合煤4]唐賢軍郭強(qiáng)蓄熱式燒嘴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[冶金設(shè)備,2002,(3):44~45氣,甚至可以和天然氣相媲美。這就使得使用純高5]謝家宋高效蓄熱式加熱爐的應(yīng)用與實(shí)踐[J]軋鋼,2001爐煤氣作為燃料成為可能。使用純高爐煤氣作為[6〗韓新生,黃新苗.蓄熱式燃燒技術(shù)在加熱爐上的應(yīng)用J.軋燃料,充分利用了鋼鐵廠自身產(chǎn)生的二次能源,減鋼,2002,(4):28~30.少浪費(fèi),在一定程度上減少了企業(yè)購買燃料的費(fèi)(收稿日期:2003-12-22)(上接第45頁)25%為宜,石墨加入量以15%~25%為佳4結(jié)語中國煤化工文獻(xiàn)通過試驗(yàn),探討了粒度組成、鋯莫來石加入量CNMHG能氧化錯(cuò)一石墨材料[1].國外耐火材料,1998,(9):19~和鱗片石墨加入量對鋁碳材料熱震穩(wěn)定性的影匚2]王誠訓(xùn),.zrO:復(fù)合耐火材料M·北京:冶金工業(yè)岀版社,響。單以提高熱震穩(wěn)定性而言,較佳粒度組成為骨(收稿日期:2003-11-30)料/細(xì)粉=40/60,鋯莫來石加入量以20%·52