高效蓄热式加热炉工艺控制简析

高效蓄热式加热炉工艺控制简析

刘建萍、张玉坤

（技术中心）

摘要：轧钢用加热炉是连铸钢坯热轧前的加热设备，通过加热使连铸钢坯转变为奥氏体组织以获得良好的塑性变形性能，为热轧创造前提条件。高效蓄热式加热炉以低热值的高炉煤气为燃料，利用换向系统实现废烟气的余热利用。通过对高效蓄热式加热炉工作原理、加热炉运行中可能出现的问题进行分析，以便我们更好地处理生产过程中出现的情况，理顺生产关系，确保企业的经济效益不受影响。

关键词：蓄热加热炉

1前言

以往萍钢炼铁产生的大量高炉煤气，由于热值低无法利用，高炉煤气放散率很高，既浪费了能源，又污染了环境；而轧钢加热炉还需外购燃料，使企业的生产成本居高不下。1998年9月萍乡钢铁有限责任公司首次和大连北岛能源技术有限公司合作采用蓄热式燃烧技术进行轧钢连续式加热炉燃烧高炉煤气技术的开发研究，并率先在萍钢公司高架棒材轧钢加热炉上应用，在国内首次实现了蓄热式技术燃烧高炉煤气在连续式轧钢加热炉上的应用。自第一条高架棒材投产至今，萍钢公司的五条轧制生产线的加热炉都采用以高炉煤气为燃料的高效蓄热式燃烧技术，使高炉煤气被充分利用起来，大大降低了企业的生产成本，提高了产品的竞争力，取得了巨大的节能效益、环保效益、经济效益和社会效益。

2加热炉生产工艺控制简析

2.1加热炉生产工艺流程控制简图

图一：

2.2 加热炉生产工艺控制简述

炉膛压力一般控制为微正压；空气和煤气流量配比值约为0.8；烟温30～150℃；CO泄漏量不超标；汽包压力不低于0.7Mpa；煤气总管压力大于10KPa，换向时煤气总管快捷阀关闭。加热炉工艺控制：通过调节空气和煤气的流量来控制加热炉各段炉温；通过调节引风机阀门来控制炉膛压力；通过热电偶来测量炉内温度；通过稳定汽包压力、控制冷却水质来确保炉筋管冷却效果等等。

3 加热炉高效蓄热燃烧技术控制原理

3．1控制原理图示

图二：

图

3．2换向前

在A状态下高炉煤气和来

自鼓风机的助燃空气经换向系

统分别进入左侧通道，而后由

下向上通过蓄热室。预热后的

高炉煤气和空气从左侧喷口喷

入炉内混合燃烧并加热炉内钢

坯，而后高温烟气进入右侧通

道，在蓄热室进行热交换，将

大部分余热留给蓄热体后，烟

温降到150℃左右进入换向机

构，然后经排烟机排入大气。

3．3换向后

一段时间后控制系统发出指令，换向机构动作，助燃空气、高炉煤气、烟气同时换向将系统变为B状态，此时空气和高炉煤气从右侧喷口喷出并混合燃烧，左侧喷口作为烟道，在排烟机的作用下，高温烟气通过蓄热体后排出，一个换向周期完成。废烟气通过陶瓷蓄热小球储存热量，使得系统排烟温度低于150℃。通过换向系统将废烟气和高炉煤气、助燃空气回路进行转换，再将蓄热小球储存的热量传递给高炉煤气和助燃空气，高炉煤气和助燃空气均可预热至1000℃左右，实现余热利用，余热回收率达90%以上。换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替工作状态，常用的换向周期为30s～200s。加热的高温助燃空气进入炉膛后，卷吸周围烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄的贫氧、高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入高炉煤气，使之在贫氧（2%～20%）状态下实现燃烧，扩展了火焰燃烧区域，火焰边界几乎扩展到炉膛边界，使得炉内温度分布均匀。采用蓄热式加热炉还大大降低了烟气中温室气体（如CO2）和NOx的排放（NOx排放减少40%以上），减少了对大气的污染。

4汽化冷却系统工作原理

4.1 汽化冷却系统工艺流程简图

图三：

4．2 汽化冷却系统原理说明

加热炉汽化冷却循环系统是利用管道的温度压差建立起定向水汽循环，利用软水蒸发吸热，使得炉筋管处于低温，维持正常工作。加热炉汽化冷却用水为除钙、镁等其它盐类杂质的软水，避免因钙、镁等盐离子在炉筋管内结垢导致炉筋管冷却不利而烧损，不能正常工作。因而应对汽化冷却用水水质进行严格控制，以确保炉筋管的冷却效果。

汽化冷却循环系统分为汽包、上行管、下行管、炉筋管。汽包内软水通过下行管进入炉筋管，软水吸收热量逐步汽化为水蒸汽，水蒸汽体积膨胀压力增大并迅速地向前推进经由上行管返回汽包，完成汽化冷却过程。汽包中的汽压一般控制在0.7～1.0Mpa，若汽压过低会使得炉筋管内汽水循环流速不能达到临界流速，不能完成循环过程，此时降低钢温，关闭放汽阀等；若汽压过大，安全阀会自动打开，此时应降低钢温，加大放汽量并打开软水泵抽水或排污。特别注意：汽包压力是定向水汽循环的关键，要尽量避免汽包压力过低，导致循环速度降低，循环停滞的恶劣事故。

5 加热炉生产操作要点简析

高效蓄热式推钢加热炉的炉颈管烧弯、烧裂漏水、加热炉耐火材料和包扎料剥落等事故会严重打乱了轧钢生产秩序，影响生产经营稳步提高。综合上述关键系统工作原理分析有如下原因：

1、加热炉操作不当

在加热炉的操作过程中，往往会因为操作失误造成系统工作出现故障。例如：炉温烧得过了头；汽包压力控制不当；汽包液位控制不当等等。所以只有严格按工艺操作规程操作才能避免不必要的生产事故。

2、软水水质有问题

加热炉炉颈管内通的冷却介质是经过处理的软水，软水中有害的钙、镁等离子的处理得当与否，将直接影响炉颈管的冷却效果。因此对软水水质要进行经常性的化验，出现问题及时采取措施。

3、炉颈管材质问题

炉颈管材质有许多种，一般用的有20g钢，即耐热锅炉钢。若采购的炉颈管的材质质量部达标，以及在大修过程中出现的炉颈管焊接工艺不合理等都会降低其使用寿命。

4、加热设备有问题

加热炉设备繁多，而且安装的位置不便于经常性的检修，CO泄漏的问题也有影响。所以有些设备问题不易被及时发现。如：阀门的损坏，隔热包裹层的破坏，设备老化锈蚀等等。这些都会使汽化冷却循环系统工作效率打折扣。

5、其它问题

加热炉的施工材料质量较差、强度校核的安全系数不够、工程设计缺陷、加工处理不当等等，都会造成加热炉故障率的提高，影响生产。

6结语

加热炉是由若干个简单系统组成的较复杂的系统，主要包括：燃烧系统、换向系统、测温系统、排烟系统、汽化冷却系统、水质处理系统以及工业自动化控制系统等。只有协调好各个系统相互间的动作，才能使整个工艺流程正常运行。分析高效蓄热式加热炉的若干工艺控制原理，是搞好轧钢生产的基础。