蓄热式辐射管燃烧器在镀锌板退火炉中的应用

蓄热式辐射管燃烧器在镀锌板退火炉上的应用吴道洪，王东方，谢善清，王汝芳，王文寿北京神雾热能技术有限公司，北京 100083刘灿楼，刘忠诚钢铁研究总院，北京 100081摘要本文论述了蓄热式辐射管燃烧器在佛山南方广恒钢铁公司镀锌板生产线连续退火炉上的应用情况。

生产线试生产的情况表明，退火炉燃烧系统使用蓄热式辐射管燃烧器比使用常规辐射管燃烧器不仅在节能、环保方面具有优势，而且在加热均匀性和炉温调节方面有很大优越性。

关键词高温空气燃烧蓄热式辐射管燃烧器镀锌板生产线中图分类号：TF066.1 文献标识码：AApplication of Radiant-Tube with Regenerative Combustor on AnnealingFurnacein Zincked-plated Plank Production LineWu-Daohong, Xiao-Qi, Wang-Dongfang, Xie-Shanqing, Wang-Rufang andWang-WenshouBeijing Shenwu Thermal Energy Technology Co. Ltd. Beijing 100083, ChinaLiu-Canlou and Liu-ZhongchengCentral Iron & Steel Research Institute, Beijing 100081, ChinaAbstract: This paper is dealt with application situation for developed regenerative （HTAC）fired-gas radiant tube combustor on use of zincked-plated plank production line continuous anneal furnace in Guangdong Foshan GUANGHENG iron and steel Co.Ltd. in China. Production test of the production line is showed that anneal furnace combustion system with regenerative （HTAC）fired-gas radiant tube combustor compare with conventional radiant tube burner not only have superiorities on saving energy and environmental protection but also have advantages on temperature distribution and heating temperature regulation properties.Keywords: High Temperature Air Combustion, Regenerative Radiant-tube Combustor, Zincked-plated Plank Production Line1 引言本研究小组于2002年设计出XRFSG系列蓄热式辐射管燃烧器，率先在国内把高温空气燃烧技术[1][2]（High Temperature Air Combustion）应用于辐射管燃烧器。

对蓄热式辐射管燃烧器进行的大量实验研究表明[3][4]，XRFSG系列蓄热式辐射管燃烧器不但运行安全可靠、操作方便、表面温度分布均匀，而且可以解决目前常规辐射管燃烧器使用中遇到的冷态点火启动困难和能耗高两大主要问题，具有良好的经济效益和环保效益。

本文论述了蓄热式辐射管燃烧器在广东佛山南方广恒钢铁有限公司连续热镀锌板机组还原退火炉上的应用情况。

机组调试和试生产的情况表明，退火炉燃烧系统使用蓄热式辐射管燃烧器比使用常规辐射管燃烧器有很大优越性。

2 蓄热式辐射管的工作原理和性能参数蓄热式辐射管燃烧器的结构如图1所示。

冷空气先经A烧嘴的蓄热体加热，与燃料混合燃烧；辐射管中的热烟气加热B烧嘴的蓄热体后，由烟道排出。

经过一段设定的时间后改变辐射管中气体的流动方向，冷空气由B烧嘴流入，烟气由A烧嘴排出。

冷空气和热烟气如此交替地流经A、B两烧嘴的蓄热体，通过蓄热体交换热量，空气可预热至接近辐射管管壁温度，烟气温度可降至200℃以下，从而实现烟气热量的极限回收。

空气、烟气流动方向的变换和烧嘴燃料气的通断是通过专用阀门和控制系统来实现的。

蓄热式辐射管使用点火燃烧器作为点火源，以保证蓄热式辐射管安全、可靠地工作。

图1 蓄热式辐射管燃烧器的结构示意图衡量燃气辐射管使用性能的主要参数有热效率和管壁表面温度分布均匀性。

蓄热式辐射管的热效率（热量利用率）ηy按下式计算[5]：ηy=(Q d+Q w-Q y-Q h)/Q d （1）式中 Qd 为燃料低发热量(kJ/Nm3)，Q为单位体积的空、煤气物理热(kJ/Nm3)，Qy为烟气带走的物理热(kJ/Nm3)，Qh为烟气带走的化学热(kJ/Nm3)。

烟气带走的物理热的多少对辐射管热效率有很大影响，而排烟温度与烟气带走的物理热成正比。

常规辐射管如果不进行烟气余热回收，热效率只有30%～40%。

如果使用空气预热器回收烟气余热，烟气温度每降低100℃，热效率可提高约4.5%；经空气预热器后，排烟温度一般能降低至500℃～600℃，热效率提高到40%～60%。

应用XRFSG系列蓄热式燃烧器的辐射管燃烧系统的热效率可达91%以上[3][4]。

辐射管表面温度分布均匀性通常用加热不均匀系数ε来表示[5]：ε=Δt/ t max=1-t min/t max （2）式中Δt为辐射管工作长度上的表面最大温差，tmin 、tmax为辐射管表面最低及最高温度（℃）。

常规辐射管表面温差一般为50℃～100℃，加热不均匀系数一般为0.05～0.1。

应用XRFSG系列蓄热式燃烧器的辐射管表面温度分布不均匀系数可达0.03以下[3][4]。

3 退火炉燃烧系统的特点和性能指标退火炉燃烧系统所使用燃料为液化石油气，热值21800kcal/Nm3。

液化石油气经厂区煤气管道引入车间厂房内。

在总管上设置有液化石油气调压系统，将煤气压力调节至5000Pa～7000Pa。

煤气总管上安装紧急自动切断阀。

退火炉炉前煤气总管根据加热段分配分为若干路，每个加热段分管上均安装有流量孔板和流量调节阀，然后分别送至炉子两侧每个烧嘴。

为了与空气同时实现换向功能，在烧嘴前煤气支管上分别装有煤气快速切断阀（每个烧嘴一个煤气快切阀）。

每个烧嘴前的支管上安装有浮子流量计和手动球阀，用于调节单个烧嘴负荷。

退火炉燃烧系统所用助燃空气由鼓风机供给，鼓风机位于风机房内。

各加热段分管上分别设有流量孔板、流量调节阀，然后分别送至炉子两侧每个烧嘴。

每个烧嘴前空气支管设手动蝶阀和四通换向阀，空气经换向阀后再分两路，分别接至辐射管上下烧嘴。

退火炉各加热段的废气由换向阀废气出口接管接至炉子两侧废气管，再汇总于废气总管，由总管通向引风机入口（引风机在风机房内），引风机出口接钢烟囱。

在引风机前烟气总管上安装有电动调节阀，用来调节废气总管的压力。

燃烧系统最大加热能力34t/h，全自动炉温控制。

燃烧系统管路示意图如图2所示。

图2 退火炉燃烧系统管路示意图辐射管燃烧器具有以下特点：一、点火燃烧器采用预混燃烧的方式，具有火焰对辐射管内压力波动不敏感、稳定燃烧范围大、电子点火器使用寿命长、点火操作方便等优点；二、配备火焰监测器，具有火焰监测器与煤气快切阀连锁功能，保证使用安全；三、安装耐高温内衬管，避免局部氧化烧蚀；四、助燃空气分级供给，有效抑制NOX的生成。

辐射管燃烧器加热能力6×104 kcal/h；辐射管表面负荷3.96 W/cm2（常用范围[5](3.5～4.6)W/cm2），容积负荷0.99W/cm3（常用范围[5] （0.7～1.7） W/cm3）。

4 工业应用效果与效益分析佛山南方广恒钢铁公司连续热镀锌板生产线还原退火炉是国内第一座应用蓄热式辐射管烧嘴的热处理炉。

该生产线于2003年底投产，镀锌板产品硬度、延伸率和表面光洁度良好。

随产品规格和运行速度的变化，炉温调节操作方便，响应速度快；炉温控制精度高，相应的板温控制精度在±10℃范围内。

生产线投产至今，燃烧系统工作安全可靠，故障率低，日常维护工作量小。

连续热镀锌板生产线退火炉燃烧系统应用蓄热式烧嘴以后，蓄热式烧嘴定期换向的燃烧方式决定了辐射管中的加热部位也在定期变化，这为辐射管的表面温度均匀化提供了良好的条件。

蓄热式辐射管采取相应的措施以后，表面温差只有30℃左右，约为常规辐射管的一半，表面温度分布均匀性好。

良好的表面温度分布均匀性一方面可以使被加热工件受热均匀，提高生产率和产品质量；另一方面可以减少辐射管的热应力和局部烧蚀，延长辐射管使用寿命，降低生产成本。

蓄热式辐射管与常规辐射管相比在环保方面同样颇具优势。

由于能源消耗减少30%以上，因此在相同生产能力的条件下温室气体CO2的排放量也相应减少30%。

另外，蓄热式辐射管燃烧器采取抑制NOx 生成的措施后，燃烧污染物NOx的排放有所减少。

连续热镀锌板生产线退火炉燃烧系统应用蓄热式烧嘴以后，每年节约的燃料费用也非常可观。

如果蓄热式辐射管热效率以85%计算，常规辐射管热效率以60%（平均值）[5]计算，试生产期间实际燃料消耗量10.7m3/t，则因使用蓄热式烧嘴每吨钢带节约燃料为：10.7m3/t×85%÷60%－10.7m3/t＝4.46 m3/t退火炉年工作时间以7500小时计算，加热炉平均产量以28t/h计算，液化石油气价格以7元/ m3计算，年节约燃料费用为：7500h×28t/h×4.46 m3/t×7元/ m3=655.6×104元由此可见，连续热镀锌板生产线退火炉燃烧系统使用蓄热式烧嘴的经济效益很大，一年节约的燃料费用即可收回整个燃烧系统的全部投资。

5 结论1蓄热式辐射管燃烧器完全可以满足连续热镀锌板生产线退火炉的各种工艺要求，而且操作简便、工作安全可靠；2蓄热式辐射管热效率高于常规辐射管，单位产量能量消耗低于常规辐射管，而且加热均匀性优于常规辐射管，在延长辐射管使用寿命和提高产品质量方面有一定优越性；3蓄热式辐射管燃烧器与常规辐射管燃烧器相比，可以减少温室气体CO和2的排放，是一项有推广价值的燃烧装置。

燃烧污染物NOx参考文献[1] T HASEGAWA, R TANAKA. High temperature air combustion contributing to energy saving and pollutant reduction in industrial furnace [A] 范维唐，吉川邦夫，吴道洪，等.高温空气燃烧新技术讲座论文集[C] . 北京：中国科学技术协会工程学会联合会，1999. 101～114.[2] 祁海鹰，徐旭常.中国开发应用高温空气燃烧技术的前景[A] 范维唐，吉川邦夫，吴道洪，等.高温空气燃烧新技术讲座论文集[C]. 北京：中国科学技术协会工程学会联合会，1999. 191～205.[3] 萧琦，吴道洪，王东方，等.蓄热式辐射管表面温度分布的实验研究[J].工业加热.2003.(5):52～55.[4] 萧琦，吴道洪，王东方，等.W型蓄热式辐射管表面温度分布实验研究[J].工业炉.2003.(4):5～8.[5] 王秉铨主编.工业炉设计手册[M].北京：机械工业出版社，1996. 885～891.。