第18卷增刊安徼冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報vd.182008年8月Joumal of Anhui Vocational College of Metallurgy and Technology蓄熱燃燒技術(shù)在馬鋼重機臺車式加熱爐上的應(yīng)用分析魏廷智(馬鋼股份公司重型機械設(shè)備制造公司安撒馬鞍山2430摘要:對奮熱燃燒技術(shù)在馬鋼重機馓鋼線臺車式加熱爐上的應(yīng)用進行了討,提供了幾種蓄熱式臺車加熱爐的應(yīng)用形嵐并進行了分析,重點是目前應(yīng)用中普遍存在的問題,同時提出了一些優(yōu)化設(shè)計建議關(guān)鍵詞:蓄熱燃燒;臺車式加熱爐;莊用分析;節(jié)能環(huán)保中圖分類號:TF0612文獻標識碼:A文章編號:1672-994(200)增-0081-04從20世紀‰0年代開始,我國蓄熱燃燒技術(shù)得熱至800-~1100℃高溫的同時,合理組織燃料與助到了快速發(fā)展,并日臻成熟。由于陶瓷材料的發(fā)燃空氣進人爐膛的角度、位置及流量配置等,使燃展,蓄熱體多采用陶瓷小球或陶瓷蜂窩體,其比表料與空氣合理混合并達到充分燃燒,空燃比可以控面積(即單位體積的傳熱面積)由過去的10m2/m3制在較低的水平,加上爐內(nèi)煙氣的混合,使燃料在40m2/m3提高到200m2/m3-1300m2/m3,甚至更低氧環(huán)境進行體積燃燒可大幅度降低NOx的排高極大地提高傳熱效率使蓄熱室的體積大為縮放量,同時燃燒以彌漫方式進行,消除了局部低溫。小,同時由于換向裝置的可靠性和控制技術(shù)水平的高效蓄熱室可充分利用煙氣余熱,可同時達到節(jié)約提高使得換向周期縮短至05mn~3min,這些是燃料20%~50%、提高產(chǎn)量10%-30%、減少20%其不斷應(yīng)用到新領(lǐng)域的保證。新型蓄熱燃燒技術(shù)50%煙氣排放量等環(huán)保、節(jié)能和提高加熱質(zhì)量的由于傳熱效率高和換向周期短助燃空氣預(yù)熱溫度效果。可提高到爐溫的80%以上,排出的煙氣溫度可降針對燃料種類和熱值的不同,有單蓄熱(即只低至煙氣的露點附近,因此廢氣余熱得到接近極預(yù)熱空氣)和雙蓄熱之分。單蓄熱一般只對60限的回收煙氣余熱回收效率可達80%,節(jié)能效果70%的煙氣進行余熱回改其它的要經(jīng)尾部煙道直十分可觀接排出,所以熱效率相對要低。由于助燃空氣預(yù)熱溫度高達1000°℃,燃料燃蓄熱燃燒技術(shù)原理如圖1所示。燒特性產(chǎn)生了質(zhì)的變化,貧氧穩(wěn)定燃燒成為可能蓄熱室/燒嘴成對布置,在A狀態(tài),從鼓風(fēng)機出從而形成國際上統(tǒng)稱的高溫空氣燃燒( High Tem來的常溫空氣由換向閥切換進左側(cè)蓄熱室,在其自perature Air Combustion,簡稱HAC)技術(shù)。該技術(shù)下而上流過蓄熱體時被預(yù)熱,在極短時間內(nèi)從常溫的關(guān)鍵在于實現(xiàn)高溫低氧的彌漫燃燒過程,火焰特加熱到接近爐膛溫度(此時蓄熱體被冷卻),被加熱性創(chuàng)新了傳統(tǒng)燃燒理論,從而達到節(jié)能與環(huán)保的雙的高溫?zé)峥諝膺M入爐膛后,卷吸周圍爐內(nèi)的煙氣形重效益。成一股含氧量大大低于21%的稀薄貧氧高溫氣1蓄熱燃燒技術(shù)原理流,同時與燃料混合,在貧氧狀態(tài)下實現(xiàn)燃燒;與此蓄熱燃燒技術(shù)的關(guān)鍵是在通過交替工作的若同時,爐膛內(nèi)燃燒后的高溫?zé)煔膺M入右側(cè)蓄熱室,千對高效蓄熱室或蓄熱燒嘴將助燃空氣從室溫預(yù)將熱量傳遞給蓄熱體溫度迅速下降到150℃以下,然中國煤化工一段時間(即換收稿日期:2008-07-08作者簡介魏廷智(1968-),男,馬鋼重機公司結(jié)構(gòu)分廠,高級工向系CNMHG半)之后換向閥動作進入B狀態(tài),空氣進入右側(cè)蓄熱室,煙氣安撒冶盒科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報2008年增刊自左側(cè)蓄熱室流出,過程與A狀態(tài)一致。就這樣,兩種狀態(tài)下交替工作,達到爐內(nèi)穩(wěn)定燃燒的效果。在換向系統(tǒng)周期性地切換下,蓄熱燃燒系統(tǒng)在A、B蓄熱體一般釆用小球和蜂窩體(如圖2)兩種B狀態(tài)圖1在臺車式加熱爐上使用熱燃燒技術(shù)示意蓄熱小球與孔密度為100的蜂窩體相比較,傳熱面積相差7倍,傳熱能力相差5倍,壓力損失大三倍?，F(xiàn)在也有將小球制作成表面有溝槽的或中空的,以加大其比表面積陶瓷小球蜂窩體2在臺車式加熱爐上的不同應(yīng)用型式的應(yīng)圖2訾熱體形式用分析型式,材質(zhì)主要有鋁瓷質(zhì)莫萊石質(zhì)和堇青石質(zhì)。蓄熱燃燒技術(shù)應(yīng)用于推鋼式連續(xù)軋鋼加熱爐、蕃熱室綜合傳熱系數(shù)計算公式為:步進式連續(xù)加熱爐等連續(xù)式以穩(wěn)定態(tài)為主導(dǎo)的工[W/m2·℃]業(yè)爐上的技術(shù)相當成熟。在室式加熱爐、臺車爐等以間歇式非穩(wěn)定態(tài)為主導(dǎo)的工業(yè)爐上應(yīng)用逐漸廣r-換向時間,,⊥-空⊥煙氣對流換熱系泛但存在的問題也比較多技術(shù)上還需進一步改數(shù),W/m2℃進和完善。在馬鋼重機公司鍛鋼線臺車式加熱爐式中:r-蓄熱體導(dǎo)熱系數(shù),W/(m2℃)的應(yīng)用方案中,主體形式有以下幾種:c-蓄熱體比熱容,kJ(kg℃);2.1蕃熱燒嘴式p-蓄熱體密度,kgm3;蓄熱式燒嘴(圖3)的主要特點是將燃燒器與δ-蓄熱體半壁厚度,mo蓄熱體集成,組成類似常規(guī)燒嘴的燃燒系統(tǒng),兩個而蓄熱體體積:蓄熱式燒嘴組成一對,在換向系統(tǒng)的作用下實現(xiàn)周v=zo(m)期性交替燃燒供熱。爐子往往由多對蓄熱式燒嘴供熱,不同爐型燒嘴的布置方式也不一樣。鞍鋼熱式中:Q-空氣吸熱量,J能院為鞍鋼重機設(shè)計的一臺加熱爐就是采用蓄熱Δ-對數(shù)平均溫差,℃;燒嘴式。a-蓄熱體比表面積,m2/m3;單蓄熱燒嘴一般在燒嘴出口處才與煤氣混合η-系數(shù)09-0.95。燃燒,一方面是從材料耐熱性能角度考慮,一方面可以看出,要降低蓄熱體的體積最關(guān)鍵的是也是提高綜合傳熱系數(shù)和蓄熱體的比表面積。采用小氣蓄中國煤化工嘴一般是空煤嘴),分別以一定球蓄熱,熱空氣溫度將比爐溫低150℃-200℃,而角度CNMH對蓄熱燒嘴才構(gòu)蟑窩體蓄熱,熱空氣溫度可接近爐溫。用q20m成一個完整的循環(huán)。在布置上一般將煤氣側(cè)靠近2008年增刊魏廷智:首熱燃燒技術(shù)在馬鋼重機臺車式加熱爐上的應(yīng)用分析工件,可以使工件處在還原性氣氛中,降低氧化燒為了防止工件燒蝕形成下部的氣流通道,工件必損率。須架高到一定程度,對支承臺的荷重及耐火度要求鍛鋼線加熱爐由于使用熱值為800Nm的極高易發(fā)生支承臺倒塌等事故;一種是將兩側(cè)蓄高焦混合煤氣,初步考慮采用單蓄熱形式。燒嘴的熱燒嘴對稱布置,但設(shè)置在爐子中上部并斜向上布置上考慮兩種方式,一種為圖三c)所示為上下以防止火焰直接接觸到工件缺點是氣流組織不太布置,爐內(nèi)氣流組織較好,有利于爐溫均勻缺點是理想,工件下部加熱質(zhì)量不高。e憝n)單蓄熱構(gòu)造b)雙蓄熱構(gòu)造圖3薔熱燒嘴應(yīng)用示例據(jù)有關(guān)資料介紹國外普遍采用蓄熱燒嘴式加受到限制。另外由于較集中的換向控制和蓄熱使熱爐,國內(nèi)由于在材料和設(shè)計上的原因,從易于更供熱調(diào)節(jié)受到一定程度限制,加熱能力受燃料供入換和實現(xiàn)的角度,仍以陶瓷球為主,但陶瓷蜂窩體壓力的影響較大。也逐漸廣泛。大型加熱爐上使用蓄熱式燒嘴是近如果將鍛鋼線加熱爐設(shè)計成此種形式,可一定幾年才開始的,主要在燃用高爐煤氣、高焦混合煤程度上節(jié)省廠房空間爐內(nèi)的氣流組織也比較有利氣等低熱值煤氣的工業(yè)爐上,蓄熱體相對要龐大一于提高加熱質(zhì)量,但其安全性仍是必須解決的核心些近年來在燒嘴的結(jié)構(gòu)布置上做了一些改進主問題。要是將蓄熱體部分埋進了爐墻使爐型逐漸緊湊。集成式加熱爐特別適合燃用低熱值煤氣,可采蓄熱式燒嘴以其調(diào)節(jié)靈活性,爐型選擇的多樣用雙預(yù)熱、分段集中蓄熱和換向。該結(jié)構(gòu)的加熱爐性,對不同工藝要求的適應(yīng)性等優(yōu)點成為蓄熱式高由于爐墻內(nèi)有煤氣、助燃空氣通道因而內(nèi)模結(jié)構(gòu)溫空氣燃燒技術(shù)未來發(fā)展的一種很重要的方式。復(fù)雜澆注料施工難度大爐體多采用復(fù)合爐體整但蓄熱體更換不太方便,而且由于蓄熱室的絕熱材體澆注。盡管如此在保證通道間的密封性和爐體料占用一定體積所以燒嘴一般比較大使用壽命的整體性方面難度依然很大,尤其是使用一段時間和造價也是需要權(quán)衡的方面。另外,蓄熱燒嘴一般后會因裂紋的產(chǎn)生而發(fā)生“串氣”等安全性依然是水平布置蓄熱通道也是水平的存在氣流在高度其最主要的不利因素上分布不均衡的問題。23外置蓄熱式加熱爐22集成通道式這是介于集成式加熱爐和蓄熱燒嘴式加熱爐這是國內(nèi)應(yīng)用較早的一種形式北島能源技術(shù)之間的一種結(jié)構(gòu)形式(圖4)。其特點是把集成式發(fā)展有限公司90年代初開發(fā)的高效蓄熱式余熱自加熱爐的蓄熱室和高溫通道放在爐體外,通過與爐回收系統(tǒng)專利技術(shù)的應(yīng)用。其特點是把蓄熱室安內(nèi)噴口的直接連接形成外置蓄熱系統(tǒng)采用分段換裝在爐子底部同時在爐墻澆注出通道和噴口(圖向和相對集中的蓄熱室。北京橫拓為上海榮海設(shè)),并與高效余熱回收裝置結(jié)合成一體形成集供計的蓄熱式爐就是采用此種型式。熱、排煙和余熱回收于一體的集成式加熱爐。馬鋼這種結(jié)構(gòu)形式來源于對前兩種形式的綜合與第二鋼軋總廠兩座推鋼式加熱爐就是由北島進行改進,一方面將蓄熱式從爐內(nèi)轉(zhuǎn)移到外部減少了改造的。因砌體泄漏而造成的安全問題,噴口的設(shè)計變得更將蓄熱室介質(zhì)通道和噴口都集中在爐體內(nèi),為靈活減少了外部高溫管道,占地少系統(tǒng)布置簡單加熱權(quán)衡,中國煤化均與同側(cè)換向的現(xiàn)場情況靈活能力不受設(shè)備體積和布置方式的限制,供熱能力設(shè)布置蓄CNMH(的更換比較容計余地大。其缺點是爐墻較厚,基礎(chǔ)大,舊爐改造易實現(xiàn)。安撒冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報008年增刊精確控制有一定困難而且對某些區(qū)域進行調(diào)整時有時顯得力不從心。支承輥加熱溫度精度要求在±11℃以內(nèi)這就要求在噴口的布置、各段蓄熱能力的分配上更為科學(xué)合理,使爐內(nèi)氣流組織更加合氣體中含有的雜質(zhì)燃燒產(chǎn)物中的積炭及低熔圖4外置蓄熱式加熱爐示意點物質(zhì)的粘結(jié)甚至蓄熱體自身的碎裂都會堵塞通在砌體結(jié)構(gòu)的設(shè)計上,要針對爐墻有內(nèi)通道、道,增大氣流阻力,造成爐壓上升或燃燒能力不足溫度高且變化頻繁的特點為確保砌體的嚴密和壽等問題同時帶來全爐爐況的惡化爐壓爐溫?zé)o法命減少散熱損失和保證施工質(zhì)量,采用了內(nèi)襯整控制爐子冒火或吸人冷風(fēng)最終無法使用。因此體澆注的復(fù)合爐體結(jié)構(gòu)。在設(shè)計上在充分考慮蓄熱效果的同時,適當增加孔鍛鋼線加熱爐采用此種方案可以較好地處理隙的當量直徑,在蓄熱體的結(jié)構(gòu)和性能選擇上更要好安全與加熱質(zhì)量的要求,但爐子在空間布局上要權(quán)衡并定期對蓄熱體進行檢查和更換這也要求充分考慮廠房設(shè)計以保證足夠的操作空間,蓄熱體蓄熱室的構(gòu)造上便于此項工作的開展。的選擇上要綜合蓄熱球和蜂窩體的特性。與燒嘴排煙溫度范圍一般在煙氣露點以上至150℃式一樣,可以集中蓄熱集中換向也可分散蓄熱分散以下這一較窄空間內(nèi),一方面是為了盡可能地對余換向。分散換向的優(yōu)點是調(diào)節(jié)手段靈活能滿足不熱進行利用,一方面要考慮風(fēng)機、換向閥的工況。同加熱工藝需要換向閥與蓄熱室距離短切換效溫度過高換向閥的密封件及傳動件工況惡化熱果好,減少了換氣損失,安全性也較好。缺點是設(shè)效率下降;溫度過低煙氣結(jié)露產(chǎn)生的酸性液體會備復(fù)雜操作和維護難度大腐蝕煙管、風(fēng)機及換向閥等。有時會因為配對的蓄24三種結(jié)構(gòu)的對比分析熱體能力上的差異或一側(cè)受堵等造成不平衡時,會以上三種結(jié)構(gòu)形式是按該技術(shù)的核心部分一使溫度很難嚴格控制在此范圍內(nèi)因此在設(shè)計和制蓄熱室的布置來分類的。蓄熱室因集供熱、排煙和造時要保證兩側(cè)蓄熱能力的匹配及具有可一定范余熱回收于一體而成為該技術(shù)的中樞。其他設(shè)備圍內(nèi)進行微調(diào)的手段。和工藝的變化都必須以此為基礎(chǔ)。三種應(yīng)用形式當爐溫低于600℃C時,由于在切換后新的空氣都有其優(yōu)缺點其本身無優(yōu)劣之分。在選用結(jié)構(gòu)形和燃氣溫度都很低,不能保證自動著火燃燒蓄熱式時要綜合考慮燃料種類、場地大小投資額度及燃燒無法自動工作,安全問題也十分突出。而鍛鋼安全保障等因素。線加熱爐由于鋼錠的紅送保證度不夠高及經(jīng)常性3設(shè)計中應(yīng)考慮的幾個問題爐內(nèi)氧化物清理等原因,可能需要經(jīng)常性地自室溫爐膛內(nèi)的氧含量隨頻繁換向而周期性變化,為開始工作,這樣,采用蓄熱燃燒就必須解決這個問使CO充分燃燒及安排方面考慮供氧量一般都遠題。目前擬采用的方法主要有:一是增加輔助燒大于目標值。在氧化性氣氛下晶粒長大速度在嘴主要是在低溫段使用,但爐子的管道和控制系100C以上急劇上升。而支承輥需要長時間處在統(tǒng)將會復(fù)雜得多;二是設(shè)置自動點火或常明火燒這個溫度以上,因此對加熱爐煙氣中的含氧量是有嘴確保在蓄熱系統(tǒng)切換時能使燃氣點燃,這對自要求的需要在排煙口進行檢測。這就要求在加熱動點火或常明火燒嘴的性能要求較高;三是增加同爐設(shè)計和控制上進行優(yōu)化,嚴格控制空燃比以減側(cè)配對蓄熱室燒嘴在低溫段時以同側(cè)進行組對少鋼錠的氧化燒損和晶粒長大改善加熱質(zhì)量。行成一個循環(huán)70%以上的燃燒產(chǎn)物參與到換熱,燒嘴集供熱與排煙功能與一體,一方面對材料只有不到30%的熱量用于加熱工作,由于距離短,的性能要求高,一方面管道龐大系統(tǒng)復(fù)雜給溫度換熱后空氣可加蟄到W℃上可以保證燃氣自和爐壓的精確控制帶來了難度,爐溫、爐壓實際上動燃中國煤化工的蓄熱室燒嘴是隨換向而頻繁波動的,只是對加熱工件的質(zhì)量影不再CNMHG當復(fù)雜造價也響不大而已。系統(tǒng)熱慣性大,加上相互間的影響,高(下轉(zhuǎn)第90頁安撒冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報2008年增刊32設(shè)計方案槽鋼立式焊接外面安裝鑄鐵邊框。由于槽鋼的側(cè)(1)爐門設(shè)計。爐門四周用16mm的Q235-A向慣性距很小導(dǎo)致橫梁前后方向變形,使鑄鐵邊鋼板中間用10mm鋼板將爐門分成內(nèi)外兩個區(qū)框與爐門的接觸不好間隙很大。這次用鋼板焊接間,兩個區(qū)間分別用6mm的鋼板做筋板,受熱區(qū)成一個橫梁,加大了側(cè)向慣性距。域的筋板高度要低于四周框架高度,這樣會使筋板不會暴露在火焰中減小內(nèi)部筋板變形量也減少4實際效果爐門吸熱量降低爐門的整體溫度。兩個區(qū)間高度爐門設(shè)計重量為4.2t,比原爐門減輕08to的確定要仔細計算首先要保證纖維的厚度不然減輕了爐門提示機構(gòu)的負擔(dān)。該爐門與20060年12隔熱效果不好;主要的計算內(nèi)容是爐門受熱后的變底改造,使用一年多時間來爐門及很梁正常,07形量。爐門側(cè)面及上面釆用耐熱鑄鐵做爐門鑲邊,年年修時只對爐門口側(cè)面的纖維修復(fù)。以前爐門也可選用耐熱鋼來做耐熱鋼的價格很高考慮成橫梁經(jīng)常損壞幾個月就要修復(fù)一次現(xiàn)在狀況已本因素就用耐熱鑄鐵代替。爐門鑲邊與爐門周邊徹底改變。安裝時留5m間隙,這樣爐門鑲邊的熱量就不會直接傳遞到爐門,爐門周邊在爐門鑲邊的保護下溫參考文獻度不會升得很高。爐門鑲邊不用整體形式而是分[1任澤霈熱工手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002成幾段每段之間留間隙這樣爐門鑲邊受熱變形[2]成大先.機械設(shè)計手冊M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,后不會將應(yīng)力傳遞到爐門而導(dǎo)致爐門變形。2)爐口橫梁設(shè)計。爐口橫梁以前是用28#上接第84頁)了一些基本的參考。4結(jié)論參考文獻通過對蓄熱燃燒技術(shù)的原理及在國內(nèi)外使用1]鐘武.火焰爐[M].北京:冶金工業(yè)出版社,195的情況的了解并對幾種蓄熱形式進行對比,在重[2]溫治、代朝紅,蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀機公司鍛鋼線臺車式加熱爐上應(yīng)用蓄熱燃燒技術(shù)及應(yīng)用前景分析[J]河南冶金,200應(yīng)該是可行的尤其是在節(jié)能環(huán)保方面具有相當?shù)?]王乘儉,工業(yè)爐設(shè)計手冊[M].北京:機城工業(yè)出版優(yōu)勢但同時在設(shè)計制造中要取必要的措施來解41朱將冠換熱器原理計某[M],北京:清華大學(xué)出決國內(nèi)同行在使用中出現(xiàn)的問題。從比較來看采社,1989用外置式蓄熱形式的綜合性能相對要好一些蓄熱[5]實明生等,幾種低Nx排放種性的工業(yè)爐窯燃燒技體的更換也比較方便。當然,這里只是從可行性方術(shù)[刀.工業(yè)加熱,2004面進行了一些探討,并有針對性地提出了一些需要[6]許維成等蓄熱式技術(shù)在加熱爐上的應(yīng)用[J工業(yè)加考慮和解決的問題,為下一步爐型的最終確定提供熱,2000上接第88頁工業(yè)出版社,2000[3]龔仲華,數(shù)控機床故障診斷與維修500例[M].北參考文獻京:機械工業(yè)出版社,2005[1]劉啟中.現(xiàn)代數(shù)拉機床技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機被[4]劉永久.數(shù)拉機床故障診斷與維修技術(shù)[M].北京:工業(yè)出版社,2000機械工業(yè)出版社,2006[2]張俊生,金屬切削機床與數(shù)控機床[M].北京:機械中國煤化工CNMHG