蓄热式加热炉的热工特点分析_华建社

2004年10月
October 2004
钢　铁　研　究
Research on Iron &Steel
第5期(总第140期)
No .5　(Sum140)
·热 能·
蓄热式加热炉的热工特点分析
华建社,周继良
(西安建筑科技大学冶金工程学院,陕西西安710055)
摘　要:简述蓄热式加热炉的工作原理、技术特性及节能效果,通过对蓄热式加热炉的热平衡测试结果的分析,指出蓄热式燃烧系统的热工特性。

关键词:蓄热式;加热炉;热平衡测试
中图分类号:TF061　文献标识码:A 文章编号:1001-1447(2004)05-0050-03
ANALYSIS ON THERMAL CHARACTER ISTICS OF
REGENERATIVE HEATING FURNAC E
HUA Jian -she ,ZHOU Ji -lian g
(The College of Metallurgical Engineering ,Xi 'an Universit y of Science and Technology of Metal -lurgical Architecture ,Xi 'an 710055,China )
Synopsis :This paper describes the principle ,technological features and energy -saving perfor -mance of regenerative heating furnace .On the basis of analyzing the heat balance measurements of the furnace ,the thermal characteristics of its combustion system are described in this paper .
Keywords :regeneration ;heating furnace ;heat balance measurement
作者简介:华建社(1960-),男,陕西武功人,副教授,主要从事加热炉技术方面的研究.
1　前　言
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,并达到了较好的效果。

2　蓄热式加热炉简介
2.1　燃烧系统
蓄热式加热炉一般是由炉体结构、蓄热式换向燃烧系统、空气系统、煤气系统、排烟系统、蓄热式热回收系统、热工检测系统、控制系统等几部分所组成。

这种加热炉与传统三段式连续加热炉的主要区别是:加热炉在加热时,燃烧所用的空、煤气经换向系统分别进入炉子左侧的各个蓄热室,经流
过蓄热体后,就可以被预热到1000℃甚至更高。

预热后的空气、煤气由各自的喷口进入炉膛内进行燃烧,燃烧后产生的高温火焰加热钢坯。

此时,右侧蓄热室作为排烟通道,高温烟气经喷口进入炉子右侧的各个蓄热室。

当烟气通过蓄热室内的蓄热体后,烟气中85%以上的热量被蓄热体吸收,最后低温(150℃左右)烟气经烟道排出。

2～3min 后,换向器动作,开始换向,2～4s 后,完成换向,以右侧预热左侧排烟气的方式继续工作,从而完成一个周期。

图1示出了助燃空气的预热过程。

这样周而复始地进行燃烧、加热、余热回收等过程,对钢坯进行轧制前的加热。

2.2　炉子的设计技术参数
表1为某轧钢厂蓄热式加热炉设计参数。

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图1　蓄热式加热燃烧系统
表1　蓄热式加热炉设计参数表
项 目技术参数
型 式端进端出蓄热式连续推钢加热炉炉子有效尺寸/mm×mm24620×4200
额定能力/(t·h-1)60
炉底强度/(kg·m-2·h-1)580
冷却方式汽化冷却
燃料高炉煤气
空气预热温度/℃>1000
煤气预热温度/℃>900
加热钢种碳素结构钢
加热坯料规格/mm×mm×mm200×1250×1750
入炉温度/℃常温
出炉温度/℃1250
3　热平衡测试结果
下面是我们对该厂新建的蓄热式加热炉进行热工测试所得的结果,具体测试结果如表2所示,表3为测试计算所得的主要技术指标。

4　分　析
从以上测试结果可以看出这种蓄热式加热炉具有显著的特点。

4.1　热能利用率高
该炉的全炉热效率为50.37%,蓄热室余热利用率达到85.62%,均高于传统加热炉。

这主要是因为采用了蓄热式烧嘴的结果,虽然排出炉膛的烟气温度较高,但是由于该系统的余热回收率高,使得排出蓄热室而进入烟道的烟气温度很低(在150℃左右),大部分热量得到了循环利用,从而大幅度地提高了炉子热效率。

蓄热室的余热利用率在很大程度上与蓄热体有关,而于炉子各段的温度等因素无关,所以要达到高的热效率主要就取决于蓄热体的性能。

目前多使用蜂窝体和蓄热小球这两种蓄热体。

蜂窝体的比表面积高、导热性好,采用蜂窝体蓄热体的加热炉其蓄热室余热利用率可以达到90%～95%,甚至更高。

但是由于它制造困难、价格昂贵、更换不便等缺点,一般工业中常采用小球蓄热体。

该炉就是使用小球蓄热体,它的比表面积比蜂窝体要小,但是小球半径小,因而传热半径小、热阻低,而且它方便更换、清洗。

小球蓄热体的余热利用率一般在80%～85%之间。

可以看出,该炉的蓄热室余热利用率是比较高的。

表2　热平衡测试结果表
热　量　收　入热　量　支　出
符号项 目
热 量
热量值/(kJ×103·t-1)百分比/%
符号项 目
热 量
热量值/(kJ×103·t-1)百分比/%
Q1煤气燃烧化学热2391.6596.68Q′1钢坯带出物理热1245.9850.37 Q2钢坯氧化反应热82.073.32Q′2烟气带出物理热371.0615.00
Q′3炉门孔溢气损失热85.343.45
Q′4化学不完全燃烧损失热150.946.10
Q′5炉门孔辐射损失热17.540.71
Q′6汽化冷却水吸收热380.4815.38
Q′7炉体表面散热172.106.96
Q′8其它热损失50.282.03合计2473.72100.0合计2473.72100.0
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表3　主要技术指标
指 标数 值
全炉热效率/%50.37
蓄热室余热利用率/%85.62
炉膛热效率/%43.13
实际小时产量/(t·h-1)55
单位热耗/(kJ×103·t-1)2391.65
循环热量/(kJ×103·t-1)2117.98
供热强度/(kJ×103·m-2·h-1)1272.11
炉底强度/(kg·m-2·h-1)531.89
4.2　空气、煤气预热温度高
在测试中,该炉空气预热温度的平均值为1050℃,煤气预热温度的平均值为967℃,远远高于传统加热炉的燃料预热温度。

这主要是蓄热室对余热进行了极限回收,烟气中绝大部分余热得到了循环利用的结果。

测试的循环热量为2117.98×103kJ/t,是总热量的85.62%,这就使得原来无法利用的热量得到了利用,减少了不必要的能源支出,达到了节能降耗、提高经济效益的目的。

空气、煤气的高温预热可以使燃烧反应自发进行,增强了火焰的稳定性,改善了炉内温度的均匀性,实现了低氧的扩散燃烧(这对减少钢坯的表面氧化是有益的)。

同时高温预热降低了最终的烟气排放温度(测试中的烟气排放温度为150℃),降低了对大气的污染。

4.3　使用纯高炉煤气作为燃料
高炉煤气由于发热值低,在工业中一般不直接使用,部分和焦炉煤气混合使用,大部分则被直接排放入大气。

该炉的燃料预热温度高(空气: 1050℃,煤气:967℃),燃烧温度高,炉膛内的平均温度1300℃,此时高炉煤气的发热值和燃烧效果等同于高热值的焦炉煤气和混合煤气,甚至可以和天然气相媲美。

这就使得使用纯高炉煤气作为燃料成为可能。

使用纯高炉煤气作为燃料,充分利用了钢铁厂自身产生的二次能源,减少浪费,在一定程度上减少了企业购买燃料的费用,降低了生产成本;同时减少了高炉煤气的排放量,降低了对环境所造成的污染。

4.4　炉体结构缩短,布置简单
这种蓄热式加热炉预热温度、燃烧温度高,内部温度均匀性好,热能利用率高,可取消传统加热炉上的预热段(通常为炉体有效长度的35%左右)。

该蓄热式加热炉仅有加热段和均热段两部分,在不影响加热能力和钢坯质量的同时,缩短了加热炉的尺寸,简化了炉体结构。

另外,该炉也没有传统加热炉上必不可少的换热器、高温烟道等设备,使得炉子在布置上趋于简单化、高效化、合理化,在一定程度上降低了操作和维修强度。

5　结　论
通过在现场测试所得的数据和上述分析不难看出,蓄热式加热炉与传统加热炉相比较具有热能利用率高、燃料预热温度高、炉体结构简单、生产成本低廉、节能环保等优点。

但在测试中该炉的表面散热和不完全燃烧热损失较大,这主要是由于这种炉型的外部管道较多、温度较高和频繁换向所致。

相信这些问题可以通过绝热包扎和现场供热制度调控等方法来解决。

蓄热式加热炉的技术先进,节能效果显著,方便操作和维护,在国内外处于领先水平,具有广阔的应用前景。

[参考文献]
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[6]　韩新生,黄新苗.蓄热式燃烧技术在加热炉上的应用[J].轧
钢,2002,(4):28～30.
(收稿日期:2003-12-22)
(上接第45页)
4　结　语
通过试验,探讨了粒度组成、锆莫来石加入量和鳞片石墨加入量对铝碳材料热震稳定性的影响。

单以提高热震稳定性而言,较佳粒度组成为骨料/细粉=40/60,锆莫来石加入量以20%～25%为宜,石墨加入量以15%～25%为佳。

[参考文献]
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[2]　王诚训.ZrO
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