蓄热式加热炉燃烧系统的设计研究

蓄热式加热炉技术是自20世纪80年代发展起来并投入使用的一项新技术。它以蓄热室为基础来回收烟气余热,从而实现余热的最大回收和助燃空气以及煤气的高温预热。国外蓄热式加热炉的研究工作起步早、发展快，已经大规模地应用到工业中。我国的蓄热式加热炉研究工作和应用起步较晚，但是发展速度快，到目前为止已有许多钢厂建成并投入使用了这种炉型，并取得了较好的效果。

总结这几年双蓄热式加热炉燃烧系统方面的设计及应用情况，拟从以下几个方面进行总结和探讨。

1蓄热体形式

蓄热体目前的发展趋势是采用陶瓷蜂窝体。其

高温段材质为高纯铝质材料，有较高的耐火度和良好的抗渣性；中温段采用莫来石材料；低温段材质为堇青石，其特点是在低于1000℃的工况下具有较好的抗腐蚀和耐急冷急热性。蜂窝体的前端增加

刚玉挡砖，减少高温炉膛对蜂窝体的辐射，同时可增加蜂窝体的堆放稳定性。

与颗粒状蓄热体(小球形蓄热体)比较，蜂窝状蓄热体有如下优点：

单位体积换热面积较大，100孔/6.45cm 2的蜂窝体是Φ15mm 球比表面积的5.5倍，是Φ20mm 球的7倍。在相同条件下，将等质量气体换热到同一温度时的蜂窝体体积仅为球状蓄热体的1/3～1/4，重量仅为球的1/10左右，这就意味着蜂窝体蓄热燃烧器构造更轻便、结构更紧凑。

蜂窝体壁很薄仅0.5～1mm ，透热深度小，因而蓄热、放热速度快，温度效率高，换向时间仅为30～

45s ，这比球状蓄热体的换向时间3min 大大缩短，

更利于均匀炉内温度场，保证钢坯均匀加热，这一点对加热合金钢、高碳钢尤为有利。

按照蜂窝体内气流通道规则，阻力损失仅为球状的1/3～1/4。球形蓄热体气流阻力损失随空气流速增大而增大，其变化规律为幂函数关系，球径大则阻力变小，但蓄热室结构也要相应增大。蜂窝体由于有较高压力的气体频繁换向，起到了吹刷通道作用，故

蓄热式加热炉燃烧系统的设计研究

杨茂平，戴红

（中冶华天工程技术有限公司，安徽马鞍山243005）

摘

要：主要针对蓄热式加热炉在设计和操作中出现的问题，对蓄热体形式、换向阀及换向控制系统、烧嘴布置方

式、管道设计以及炉体结构等进行了优化设计,提出了改进措施,并对优化操作提出了建议。

关键词：蓄热式加热炉；燃烧系统；优化设计中图分类号：TF066.1

文献标识码：B

文章编号：1001-6988（2010）01蛳0022蛳03

Design Research of Burning System in Regenerative Reheating Furnace

YANG Mao -ping,DAI Hong

（Huatian Engineering &Technology Co.,Ltd,MCC,Ma ’anshan 243005,China ）

Abstract:In view of some problems in the design and operation of regenerative reheating furnace,the optimization designment and improvement measures for heat accumulator form,commutative valve and com -mutative control system,burner layout,pipe design and furnace body structure were put forward,and some suggestions for optimization operation were pointed out.

Key words:regenerative reheating furnace;burning system;optimization designment

收稿日期：2009-09-25；修回日期：2009-10-17

作者简介：杨茂平（1968—），男，高级工程师，主要从事各种冶金

炉窑方面的设计研究及工程管理工作.

工业炉

Industrial Furnace

第32卷第1期2010年1月

Vol.32No.1Jan.2010

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工业炉第32卷第1期2010年1月

不易产生灰尘沉积堵塞。

对于炉膛较宽的炉子，相对应炉长较短，炉两侧可供布置烧嘴的空间较小，采用比表面积小的小球时，常常由于空间的限制使得蓄热能力不足。因此，在采用蓄热式烧嘴形式的加热炉当中，应用比表面积大于小球几倍的蜂窝体是必然的选择。

采用陶瓷小球不方便在线更换，而陶瓷蜂窝体则有利于蓄热体的在线更换，这可以保证较好的生产连续性。

2换向阀结构型式

换向阀结构型式主要有：二位五通换向阀、二位四通换向阀、旋转式换向阀、二位三通换向阀等。

二位五通换向阀属早期产品，带单气缸驱动，换向过程中容易串气，比较危险，目前使用较少。

二位四通换向阀一般带双气缸，也有带复合气缸的，此形式较好，它能实现先关闭再换向的功能。

二位三通换向阀早期一般带单气缸，目前一般带双气缸，后一种形式较好，它能实现先关闭再换向的功能，防止换向时串气，产生不必要的危害。配带双气缸的二位三通换向阀现在成为换向系统阀门的首选。对于小口径的二位三通换向阀（DN350以下），其气缸采用水平安装方式，结构紧凑；对于大口径的二位三通换向阀（DN350以上），其气缸宜采用垂直安装方式，否则容易形成阀板变形，导致阀板关闭不到位易卡死。

3烧嘴的布置方式

烧嘴的布置方式主要有两种：通道式和烧嘴式。通道式结构为早期产品，目前一般不使用。烧嘴式结构一般分为左右式和上下式两种，各有优缺点。上下式结构对烧嘴位置布置紧张的炉子有利，缺点是烧嘴之间距离较小，不利于维修和更换；左右式结构布置紧凑，利于维修。

对于烧嘴的空煤气流股夹角大小来说，其夹角点一般不要超过加热炉中心线位置。蓄热式燃烧是一种弥漫式扩散燃烧方式，空煤气流股混合较差，容易导致燃烧不完全现象，甚至被吸到对面的蓄热室内燃烧。

出料炉门口位置一定要布置煤气喷口，否则出料口位置温度会较低，影响出钢节奏。同时燃烧段之间如有一定距离，建议燃烧段之间交错的位置也要布置煤气喷口，尽量少布置空气喷口，否则会形成一个低温区域。

4换向方式的选择

换向方式主要有以下几种：集中换向、分侧分段半集中换向、全分散换向等。

集中换向属早期换向方式，目前一般不使用。全分散换向方式主要优点是每个烧嘴均配有一个换向阀，便于控制炉压，相对于集中换向方式炉压波动较小，同时热负荷调节分配较为灵活、方便；其缺点就是投资多、设备故障点多，给操作维护带来许多麻烦。

分侧分段半集中换向方式主要在每段的两侧均配置一个空气－烟气换向阀和一个煤气－烟气换向阀，管路布置简单，控制方便，投资较少，是首选的换向方式。

换向控制方式主要有定时换向、定温换向和超温强迫换向等。正常生产时一般以定时换向为主，换向控制一般由PLC系统进行控制。

5炉压控制方式

对于蓄热式加热炉燃烧系统，炉压控制策略非常重要。一般加热炉设有多段炉压控制，通过调节换向阀后各段烟管的调节阀来调节炉压，由于多段空煤气侧排烟分别共用引风机，因此调节炉压时需多个调节阀同时动作，调节阀动作幅度均应基本相等；同时设有总供风量变化信号、炉门开闭信号、步进梁升降信号、换向阀状态等四个前馈信号，提早预置调节阀阀位，避免压力波动。供热负荷变化较大时，多段炉压均进入自动调节状态；当供热负荷基本稳定的情况下，均热段炉压自动调节，其他各段炉压切换到手动调节微调，这种调节方式简单、实用、可靠。

炉宽越宽，炉压控制相对容易一点，因为扩散燃烧在短时间内需要一个空间来缓冲。空间越大，缓冲功能越明显。

6周期换向时间的选取

周期换向时间的长短主要取决于蓄热体形式的选取。对于小球来说，换向时间一般为2~3min；对于蜂窝体来说，换向时间一般为30~90s，蜂窝体通道流程越长，换向周期时间就长，反之则越短。

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