朱　理，許鵬彥(中冶華天工程技術(shù)有限公司　江蘇南京　210000)

蓄熱燃燒技術(shù)在超大爐寬加熱爐上的應用

朱理，許鵬彥(中冶華天工程技術(shù)有限公司江蘇南京210000)

摘要：著重敘述了雙蓄熱燃燒技術(shù)在超大爐寬板坯加熱爐上的開發(fā)應用，以及取得的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：蓄熱燃燒；加熱爐；間隙延遲控制

1項目背景

河北某鋼廠1450 mm熱軋薄板廠原有1#、2#雙蓄熱板坯步進梁式加熱爐兩座，燃料為高轉(zhuǎn)混合煤氣，蓄熱方式為小球蓄熱內(nèi)置通道式。由于該加熱爐產(chǎn)量達不到要求，而且坯料的加熱質(zhì)量不太理想，因此需要對加熱爐進行改造。先期對1#加熱爐進行改造，并為2#加熱爐改造預留介質(zhì)節(jié)點接口。

2加熱爐改造的主要內(nèi)容

加熱爐改造的主要內(nèi)容包括：

燃燒及排煙系統(tǒng)：加熱爐產(chǎn)量由原先的150 t/h-200 t/h改為150 t/h-300 t/h，蓄熱裝置由小球蓄熱內(nèi)置通道式改為蜂窩體蓄熱外置燒嘴式，因此，加熱爐從鼓風機至燒嘴的供熱燃燒系統(tǒng)、從燒嘴至引風機的排煙系統(tǒng)全部更換。

加熱爐砌體：在保持原有加熱爐有效長度及砌體外寬不變的基礎(chǔ)上，加熱爐砌體全部更換。

加熱爐三電自動化系統(tǒng)：加熱爐三電自動化系統(tǒng)全部更換。

加熱爐水梁冷卻系統(tǒng)：加熱爐水梁冷卻方式由凈環(huán)水冷卻改為汽化冷卻，增設了汽化冷卻系統(tǒng)的全部設施。

加熱爐機械設備：更換了全部的水梁、水封；調(diào)整了部分水梁立柱的間距及水梁跨度，對應修改了爐底步進框架；更換了爐門及配套升降系統(tǒng)。

其他：更換了部分水冷系統(tǒng)管道，更換了鋼結(jié)構(gòu)及操作平臺，對土建基礎(chǔ)進行了局部修改，增加了氣化系統(tǒng)的設備基礎(chǔ)等。

3改造后的加熱爐工藝及結(jié)構(gòu)簡介

圖1是該加熱爐縱斷面圖。加熱爐采用全平爐頂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單。加熱爐爐墻、爐頂采用整體澆注的復合砌體結(jié)構(gòu)，爐底采用復合砌筑結(jié)構(gòu)。

加熱爐采用空煤氣雙蓄熱燃燒方式，全爐分為第一加熱熱段、第二加熱段、均熱段上部、均熱段下部四個爐溫控制段，燃燒控制系統(tǒng)具有雙交叉限幅和換向燃燒間歇延時控制兩種功能。

加熱爐順控、儀控各采用一臺PLC。電控系統(tǒng)控制范圍包括：助燃風機、排煙風機、液壓站、爐底機械等的動作。儀控系統(tǒng)控制范圍包括：爐內(nèi)溫度與燃燒控制、爐壓控制、換向控制、排煙溫度控制、汽化冷卻系統(tǒng)控制、停爐聯(lián)鎖控制等。

加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)包括給水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)及蒸汽排放系統(tǒng)等。

加熱爐的主要尺寸為：

●輥道上表面標高+800 mm

●加熱爐基礎(chǔ)上表面標高-8600 mm

●裝出料輥道中心距29500 mm

●加熱爐爐體砌體全長24680 mm

●加熱爐爐體砌體全寬18060 mm

●加熱爐爐內(nèi)寬16960 mm

●上爐膛高度：1600 mm

●下爐膛高度：2400 mm

4加熱爐改造的難點及蓄熱燃燒技術(shù)的應用對策

4.1加熱爐改造的難點

本改造工程的難點主要如下：

(1)加熱爐爐內(nèi)寬達到16.96m，國內(nèi)罕見，而且本工程加熱爐采用蓄熱式燃燒技術(shù)，采用側(cè)部供熱方式對坯料進行供熱，對坯料爐寬方向上加熱溫度的均勻性是個挑戰(zhàn)。

(2)加熱爐設計能力為150t/h～300 t/h，加熱能力跨度很大，對加熱爐燃燒系統(tǒng)的控制要求較高。

(3)加熱爐燃料熱值波動范圍較大。根據(jù)合同要求，加熱爐燃燒系統(tǒng)需要滿足燃燒高爐煤氣(低發(fā)熱值：700X4.18 kJ/m3)和混合煤氣(低發(fā)熱值：700～1000X4.18 kJ/m3)兩種要求。

(4)坯料加熱質(zhì)量要求高。根據(jù)合同要求，坯料沿鋼坯長度、寬度和厚度方向上的溫差≤30 ℃。

4.2加熱爐蓄熱燃燒技術(shù)的應用對策

本工程加熱爐產(chǎn)量跨度大、燃料熱值波動范圍大、爐寬超寬以及項目對坯料的加熱質(zhì)量要求高，必須采取有效對策來實現(xiàn)蓄熱燃燒技術(shù)的成功應用。

項目團隊依據(jù)公司多年在蓄熱式步進梁式加熱爐上的工程設計經(jīng)驗，充分考慮本項目加熱爐的特殊性，并結(jié)合國豐1450 mm薄板廠舊有加熱爐的使用實際情況，主要采用了如下對策：

(1)優(yōu)化蓄熱式燒嘴結(jié)構(gòu)。

雙蓄熱燒嘴結(jié)構(gòu)通過空煤氣兩個獨立的流股在爐內(nèi)斜交叉混合，實現(xiàn)擴散燃燒。為了滿足坯料在爐寬方向上的溫度均勻性，需做到寬度方向上熱量供給的均布。

根據(jù)擴散燃燒的特點，并結(jié)合加熱爐實際的爐寬尺寸，本工程蓄熱式燒嘴采用不同的噴射角度，實現(xiàn)燒嘴在爐寬方向上多點供熱，最大限度實現(xiàn)爐寬方向上溫度的均勻。

(2)采用換向燃燒系統(tǒng)間歇延時控制工藝技術(shù)。

本加熱爐產(chǎn)量變化幅度大，煤氣的熱值波動范圍大。如果加熱爐燃燒系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的雙交叉限幅控制，空煤氣的流量變化幅度會很大，這會導致燒嘴在爐內(nèi)的火焰長度及剛度極不穩(wěn)定，進而導致坯料在爐內(nèi)加熱溫度沿坯料長度方向嚴重不均勻，無法滿足軋機的需要。而該加熱爐改造之前的應用實際情況恰恰時坯料長度方向的溫差太大(實測值超過50 ℃)。

要改變上述產(chǎn)量及煤氣熱值變化導致的坯料溫差不能滿足要求的實際情況，最理想的工況就是不管產(chǎn)量和煤氣熱值如何變化，加熱爐燒嘴向爐內(nèi)供熱時，單位時間的煤氣流量一直保持在一個恒定值(即設計的額定狀態(tài)下)，這樣就能滿足加熱爐燒嘴的火焰長度一直處于固定狀態(tài)下，從而確保了坯料的加熱質(zhì)量。

為了實現(xiàn)上述狀態(tài)，本工程采用了我公司擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的換向燃燒系統(tǒng)間歇延時控制工藝，該工藝通過改變向爐內(nèi)的供熱時間的來適應產(chǎn)量及煤氣熱值變化。

該換向燃燒系統(tǒng)間歇延時控制工藝的關(guān)鍵點在于如何決定燒嘴的供熱與否，這可以通過爐溫設定值與測量值之間的關(guān)系，經(jīng)過PLC計算爐溫變化趨勢，最終做出判斷。

(3)全分散換向控制和分段分側(cè)集中換向控制相結(jié)合。

全爐分為第一加熱熱段、第二加熱段、均熱段上部、均熱段下部四個爐溫控制段。其中，第一加熱段和第二加熱段采用分段分側(cè)集中換向控制；均熱段上部、均熱段下部采用全分散控制。

均熱段的全分散換向控制的優(yōu)點：能夠盡量減小換向時的爐壓波動，減小換向間隙時間對爐溫的影響。但是，全分散換向控制的缺點是：管道系統(tǒng)復雜，設備多，潛在故障點多，維護量大。

而分段分側(cè)集中換向控制的優(yōu)缺點和全分散換向控制剛好相反。

本工程采用全分散換向控制和分段分側(cè)集中換向控制相結(jié)合方式，既滿足了爐壓穩(wěn)定和爐溫均勻性的要求，又減少了設備數(shù)量，減小了維護量。

5改造后加熱爐的運行情況

該加熱爐2012年9月投產(chǎn)至今，運行情況良好，產(chǎn)量滿足合同要求，爐壓波動小。

加熱爐采用了空煤氣雙蓄熱技術(shù)，充分利用低熱值燃料，單耗較常規(guī)式加熱爐而言，有顯著降低，節(jié)約了能源。

加熱爐水梁采用了汽化冷卻技術(shù)，回收了熱量。

鋼坯加熱溫度均勻性有了顯著的提高。通過精軋區(qū)反饋的溫度數(shù)據(jù)，沿坯料長度方向上，溫度不均勻性小于25 ℃，滿足合同要求的不超過30 ℃的要求，比改造前的溫度均勻性有了顯著的提高。圖2為精軋區(qū)反饋的鋼坯溫度曲線。

改造后的加熱爐產(chǎn)量有了顯著提高，坯料加熱爐質(zhì)量有了明顯改善。實踐證明，該項目的改造是成功的，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

參 考 文 獻

[1]朱理，朱宗銘.國內(nèi)加熱爐燃燒系統(tǒng)分析[J].冶金能源，2010，29(2)：40-42

Application of Regenerative Combustion

to the Huge Width Reheating Furnace

ZHU Li，XU Peng-yan

Abstract：The development and application of regenerative combustion to the huge width walking beam reheating furnace is mainly described, as well as obvious energy saving results are gained.

Key words：regenerative combustion; reheating furnace; clearance delay control

作者簡介：朱理(1979- )，江蘇泰興人，中冶華天工程技術(shù)有限公司高級工程師，工學碩士。

收稿日期：2015-02-20

中圖分類號：TG155.1

文獻標識碼：B

文章編號：1672-9994(2015)02-0008-03