蓄热式加热炉的热工特点分析

004年10月钢铁研究第5期(总第140期)October 2004Research on Iron & SteelNo, 5(Sum140热能蓄热式加热炉的热工特点分析华建社,周继良西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055)摘要:简述蓄热式加热炉的工作原理、技术特性及节能效果,通过对蓄热式加热炉的热平衡测试结果的分析,指出蓄热式燃烧系统的热工特性。关键词:蓄热式;加热炉;热平衡测试中图分类号:TF061文献标识码:A文章编号: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这种加热炉与传统三段式连续加热炉的主要区别是:加热炉在加热时,燃烧所用的空、煤气经蓄热式加热炉技术是自20世纪80年代发展起换向系统分别进入炉子左侧的各个蓄热室,经流来并投入使用的一项新技术。它以蓄热室为基础来回过蓄热体后,就可以被预热到1000C甚至更收烟气余热,从而实现余热的最大回收和助燃空气以高。预热后的空气、煤气由各自的喷口进入炉膛内及煤气的高温预热。国外蓄热式加热炉的硏究工作起进行燃烧,燃烧后产生的高温火焰加热钢坯。此步早、发展快,已经大规模地应用到工业中。我国的蓄时,右侧蓄热室作为排烟通道,高温烟气经喷口进热式加热炉研究工作和应用起步较晚,但是发展速度入炉子右侧的各个蓄热室。当烟气通过蓄热室内快,到目前为止已有许多钢厂建成并投入使用了这种的蓄热体后,烟气中85%以上的热量被蓄热体炉型,并达到了较好的效果吸收,最后低温(150C左右)烟气经烟道排出。23min后,换向器动作,开始换向,2~4s后,2蓄热式加热炉简介完成换向,以右侧预热左侧排烟气的方式继续工2.1燃烧系统作,从而完成一个周期。图1示出了助燃空气的预蓄热式加热炉一般是由炉体结枃、蓄热式换热过程。这样周而复始地进行燃烧、加热、余热回向燃烧系统、空气系统、煤气系统、排烟系统、蓄热收等过程,对钢坯进行轧制前的加热。式热回收系统、热工检测系统、控制系统等几部分所组成。THa中国煤化工数CNMHG式加热炉设计参数。作者简介:华建社(1960—),男,陕西武功人,副教授,主要从事加热炉技术方面的研究热空气炉体高温烟气高温烟气热空气冷空气低温烟气低温烟气冷空气前半周期后半周期图1蓄热式加热燃烧系统表1蓄热式加热炉设计参数表4.1热能利用率高技术参数该炉的全炉热效率为50.37%,蓄热室余型式端进端岀蓄热式连续推钢加热炉热利用率达到85.62%,均高于传统加热炉。这炉子有效尺寸/mm×mm24620×4200主要是因为采用了蓄热式烧嘴的结果,虽然排出额定能力/(t·h炉膛的烟气温度较高,但是由于该系统的余热回炉底强度/(kg·m-2·h-1)冷却方式汽化冷却收率高,使得排岀蓄热室而进入烟道的烟气温度燃料高炉煤气很低(在150C左右),大部分热量得到了循环空气预热温度/C1000利用,从而大幅度地提高了炉子热效率。蓄热室的煤气预热温度/C余热利用率在很大程度上与蓄热体有关,而于炉加热钢种碳素结构钢加热坯料规格/mm×mm×mm子各段的温度等因素无关,所以要达到高的热效入炉温度/C常温率主要就取决于蓄热体的性能。目前多使用蜂窝出炉温度/C体和蓄热小球这两种蓄热体。蜂窝体的比表面积高、导热性好,采用蜂窝体蓄热体的加热炉其蓄热3热平衡测试结果室余热利用率可以达到90%~95%,甚至更下面是我们对该厂新建的蓄热式加热炉进行高。但是由于它制造困难、价格昂贵、更换不便等热工测试所得的结果,具体测试结果如表2所示,缺点,一般工业中常采用小球蓄热体。该炉就是使表3为测试计算所得的主要技术指标。用小球蓄热体,它的比表面积比蜂窝体要小,但是小球半径小,因而传热半径小、热阻低,而且它方4分析便更换、清洗。小球蓄热体的余热利用率一般在从以上测试结果可以看出这种蓄热式加热炉80%~85%之间。可以看出,该炉的蓄热室余具有显著的特点。热利用率是比较高的。表2热平衡测试结果表热支出符号项目热量值/(kJ×103·t)百分比/%符号热量值/(kJ×103·t-1)百分比/%Q1煤气燃烧化学热2391.6596.68钢坯带出物理热1245.98Q2钢坏氧化反应热3.烟气带出物理热85.343.45中国煤化工150.946.10CNMHGQ7炉体表面散热它热损失0.28100.0473,72表3主要技术指标用,降低了生产成本;同时减少了高炉煤气的排放量,降低了对环境所造成的污染。全炉热效率/%50.374.4炉体结构缩短,布置简单蓄热室余热利用率/%85,62这种蓄热式加热炉预热温度、燃烧温度高,內炉膛热效率/%13.13实际小时产量/(t·h-1)部温度均匀性好,热能利用率高,可取消传统加热单位热耗/(kJ×103·t-1)炉上的预热段(通常为炉体有效长度的35%左循环热量/kJ×103·t-1)2117,98右)。该蓄热式加热炉仅有加热段和均热段两部热强度kJ×103·m-2·h-1)1272.11炉底强度/(kg:m-2·h分,在不影响加热能力和钢坯质量的同时,缩短了加热炉的尺寸,简化了炉体结构。另外,该炉也没4.2空气、煤气预热温度高有传统加热炉上必不可少的换热器、高温烟道等在测试中,该炉空气预热温度的平均值为设备,使得炉子在布置上趋于简单化、高效化、合050C,煤气预热温度的平均值为967C理化,在一定程度上降低了操作和维修强度。远远高于传统加热炉的燃料预热温度。这主要是5结论蓄热室对余热进行了极限回收,烟气中绝大部分余热得到了循环利用的结果。测试的循环热量为通过在现场测试所得的数据和上述分析不难2117.98×103kJ/t,是总热量的85看出,蓄热式加热炉与传统加热炉相比较具有热这就使得原来无法利用的热量得到了利用,减少能利用率高、燃料预热温度高、炉体结构简单、生了不必要的能源支出,达到了节能降耗、提高经济产成本低廉、节能环保等优点。但在测试中该炉的效益的目的。表面散热和不完全燃烧热损失较大,这主要是由空气、煤气的高温预热可以使燃烧反应自发于这种炉型的外部管道较多、温度较高和频繁换进行,增强了火焰的稳定性改善了炉内温度的均向所致。相信这些问题可以通过绝热包扎和现场匀性,实现了低氧的扩散燃烧(这对减少钢坯的表供热制度调控等方法来解决面氧化是有益的)。同时高温预热降低了最终的烟蓄热式加热炉的技术先进,节能效果显著,方气排放温度(测试中的烟气排放温度为150便操作和维护,在国内外处于领先水平,具有广阔C),降低了对大气的污染的应用前景。4.3使用纯高炉煤气作为燃料[参考文献]高炉煤气由于发热值低,在工业中一般不直「1王守徳冶金炉热工与设计[M]·西安:陕西科学技术出版接使用,部分和焦炉煤气混合使用,大部分则被直[2]陈鸿复.冶金炉热工与构造[M].北京:冶金工业出版社接排放入大气。该炉的燃料预热温度高(空气19991050C,煤气:967C),燃烧温度高,炉膛內3]侯长连,胡和平.高效蓄热式工业炉的开发与应用[],钢的平均温度1300C,此时高炉煤气的发热值铁,2002,(1):65~6和燃烧效果等同于高热值的焦炉煤气和混合煤4]唐贤军郭强蓄热式烧嘴系统的设计与应用[冶金设备,2002,(3):44~45气,甚至可以和天然气相媲美。这就使得使用纯高5]谢家宋高效蓄热式加热炉的应用与实践[J]轧钢,2001炉煤气作为燃料成为可能。使用纯高炉煤气作为[6〗韩新生,黃新苗.蓄热式燃烧技术在加热炉上的应用J.轧燃料,充分利用了钢铁厂自身产生的二次能源,减钢,2002,(4):28~30.少浪费,在一定程度上减少了企业购买燃料的费(收稿日期:2003-12-22)(上接第45页)25%为宜,石墨加入量以15%~25%为佳4结语中国煤化工文献通过试验,探讨了粒度组成、锆莫来石加入量CNMHG能氧化错一石墨材料[1].国外耐火材料,1998,(9):19~和鳞片石墨加入量对铝碳材料热震稳定性的影匚2]王诚训,.zrO:复合耐火材料M·北京:冶金工业岀版社,响。单以提高热震稳定性而言,较佳粒度组成为骨(收稿日期:2003-11-30)料/细粉=40/60,锆莫来石加入量以20%·52