煤气热值对加热炉的影响

煤气热值对加热炉的影响

1、概述

目前，全国钢铁企业轧钢厂加热炉用气的类型主要有以下几种：发生炉煤气、高炉煤气、转炉煤气、混合煤气（高焦混合、高焦转混合等）、天然气等，其中使用类型最多的是发生炉煤气、高炉煤气和混合煤气。

但是，在实际生产过程中，因为煤气发生量和使用量的变化（高炉休风或待料时，煤气消耗增大；高炉换炉或焦炉换向煤气剩余大量煤气；各轧钢厂加热炉规格、品种、产量发生变化时，均会造成煤气使用量及总管压力波动；）、高焦转混合煤气使用配比不稳定、煤气缓冲用户能力不足等因素都会影响煤气热值的大幅度波动。

2、煤气热值波动对轧钢加热炉的影响

煤气热值波动，会造成加热炉空燃比里不合理。空燃比例小造成炉温（炉气温度）低，冷坯升温加热时间长，加热炉加热能力低；空燃比例大则烟气带走热量损失多，单位燃烧高。其影响内容及程度定量分析如下。

2.1 影响加热炉生产率

在轧钢加热炉内为了达到1300～

1400℃的高温，需要理论燃烧温度在1800～

1850℃以上，这就需要综合地考虑燃料的种

类、预热温度和在某一空气系数下能保证完

全燃烧的控制操作系统和设备。如右图所

示：为了达到t理＝1800～1850℃时所需要

的燃料种类、预热温度和空气系数（它与燃

烧方法和控制设备有关）。

从右图中可以看出：当今国内连续式加

热炉以使用混合煤气、发生炉煤气及高炉煤

气等为主，空气过剩系数应控制在 1.05～

1.15之间，方可提高理论燃烧温度。系统组

织燃烧空气过剩系数波动范围如下：

注：每千卡/标立热值的燃气完全燃烧，需要的助燃空气量为1标立

由此可以看出：现有系统组织燃烧空气过剩系数仅有很窄的范围，不能使煤气保持在最佳理论燃烧范围之内，会导致炉膛温度低、冷料待热时间长、加热炉生产率低。

2.2 空燃比例不合理，影响单位燃耗升高

空燃比例不合理（无论大还是小）不

仅影响加热炉生产率，而且造成加热炉单

位燃耗的升高。因为空气过剩系数过大使

废气量增加，废气热损失增大，燃烧温度

降低；空气过剩系数过小，就会造成燃料

的不完全燃烧，浪费燃料。右图表明了空

气燃烧过剩系数与废气热损失之间的关

系。

如图右所示，当废气温度为1300℃

时，空气过剩系数由1.0提高到1.3是，废

气物理热损失由59％增大至74％；而当空气过剩系数由1.0减少到0.85时，废气带走的化学和物理热损失之和由59％迅速增加至75％。因此，空气过剩系数过大或过小，都会降低炉膛温度与炉膛热效率，最终导致燃料消耗增加与温室气体排放总量的增多。

从以上分析可以得出：倘若热值仪与烟道残氧分析仪配合使用，对煤气热值和全炉燃烧状况进行实时监控，同时参与各段燃烧控制（一级或二级）、自动调节各段空燃比例，就可以克服煤气热值波动带来的炉温、钢温的波动，实现加热炉低氧燃烧，提高加热炉生产效率，降低单位燃耗。同时，合理的空燃比例有利于减少排放烟气对大气的污染。

3、煤气热值的测量方法

国内测量煤气热值主要有以下几种方法：水流式热量计、红外分析热值仪、

燃烧式（测量温度）热值仪、燃烧式（测量残氧含量）热值仪等。

水流式热量计通过取一定量的煤气式样完全燃烧，通过热量计的水流和水流温升计算出煤气热值。该设备对测试环境、操作工人素质要求比较高，而且热值分析周期一般在10-15分钟，不适用于轧钢厂在线、快速测量煤气热值的要求。

红外分析热值仪通过测量被测气体波长强度与浓度的关系测量煤气热值。虽能在线、快速测量煤气热值，但因为钢铁企业煤气质量（粉尘、焦油、萘、水等杂质）差，其中所含杂质对波长的影响较大，会导致其测量结果误差较大，焦油、萘及粉尘容易堵塞气室及滤光片，维护间隔周期短、清理工作难度高，一般适用于测量干净、清洁的气体，如天然气等。

燃烧式（测量温度）热值仪通过测量设置在燃烧室顶部热堆(低温热电偶)测量温度变化及相对密度综合计算得出燃气的热值，为了减少因温度变化量大造成热值测量滞后，该设备的管径较细（<6mm）、烧嘴直径较小（<1mm），以上因素造成热值测量时间滞后（6-7分钟）、管路易堵塞、维护间隔周期较短（7-15天左右）、维护费用较高（专有设备、标气等费用），很难满足轧钢厂在线、快速测量煤气热值并参与加热炉控制的要求。

燃烧式（测量残氧含量）热值仪通过采用烟气氧量分析法，即引用供应燃气总管的一定数量（1~2m3/h）的燃气样品与一定比例量的助燃空气混合，输入燃烧筒内完全燃烧，测量分析烟气残氧含量，计算燃气热值及合理空燃比例系数。该设备的管径较粗（Φ20mm）、烧嘴直径较小（＞7mm），管路不易堵塞、维护间隔周期较长（90—180天）、维护费用较低（无专有设备）。

4、燃烧式（测量残氧含量）热值仪——燃气热值/定氧燃烧两用仪

4.1 产品特点

1）测量精度高、灵敏度高、无滞后。

2）运行稳定可靠，维护量小、维护费用低。

3）无需恒温、恒湿的工作环境。

4）对燃气种类、质量（含尘量、含湿量、热值波动）适应范围广、适应能力强。

5）测量燃气热值，提供合理空燃比例系数，作为手动操作或参与自动系统的依据，维持加热炉合理空燃比例燃烧。

6）操作简单，功能齐全，可为现场操作管理提供大量信息，如：瞬时燃气热值、三班及全天平均燃气热值等。

7）多级安全保护设备。灭火状态下自动切断、保护功能齐全；设备恢复正常后自动点火，投入运行。

4.2 与常用热值仪现场运行参数测试比较表（现场同等工况条件、并列长期运行

测试结果）

4.3 经济效益预测（经济效益、环保效益、社会效益）

通过热值仪在线、实时测量煤气热值可以指导加热炉操作工人（一级或二级控制系统）配制合理空燃比例。若热值波动按±150KCal/m3计算，合理配置空燃比例后，效益预测如下：