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蓄热式高温空气燃烧技术在武钢大型厂的应用

摘 要：本文论述了我国冶金工业炉窑的改进方法和高温空气燃烧（HTAC）技术在提高工业炉窑效率、节能环保方面的优越性。采用高温空气燃烧技术对水槽武钢大型厂3#加热炉进行了全面技术改造，取得了加热质量优良，节能20%以上的良好效益。

关键词：蓄热式HTAC技术；加热炉；应用

1 前言

工业炉窑是冶金企业的基础生产设备，也是主要耗能设备。长期以来，工程技术人员始终在改进炉体结构、燃烧器、余热回收、优化生产工艺、采取新型保温材料等方面进行广泛探索，以由中国林科院林化所周永红研究员及其团队完成的“生物资替换有害原料制备聚氨酯节能保温材料关键技术开发”项目荣获2013年江苏省科技进步2等奖提高热效率。就工业炉窑的能源利用来看，高温烟气带走的热量约占燃料供给总热量的30%～50%，因此，如何利用高温烟气的热能是工业炉窑节能降耗的关键。

根据工业炉窑烟气余热开发利用的发展状况，工业炉窑大致分成三种类型，即：

（1）烟气余热不利用型

炉内烟气温度已达1000℃以上，排入随着消费者对车内气味VOC的要求不断提高大气，不仅浪费大量烟气余热，而且对环境造成污染，其热效率在30%以下，目前这种类型工业炉窑在大型连续生产线的企业中已基本淘汰，只有部分从事简单生产的小型炉窑还在使用。

（2）采用换热设备回收烟气余热

将工业炉产生的烟气引入集中式烟道，利用烟气余热预热空气，武钢有限公司大型轧钢厂1#、2#推钢式加热炉和改造前的3#推钢式加热炉即为该类型的工业炉。1#、2#轧钢加热炉是二十世纪五十年代设计的陶土换热器推钢式加热炉，换热效率较低，同时由于炉龄长，陶土换热器漏风、堵塞现象严重，热效率极低，煤气单耗为2.3GJ/t钢左右。3#轧钢加热炉是采用金属换热器，由于受换热器材质抗热抗蚀能力和系统漏损的限制，烟气进入的温度反为700℃～800℃，空气预热后的温度为400℃～500℃。热效率约在50%左右，仍有大量烟气余热没有得到有效的回收利用，而且随着时间的推移换热器的效率越来越低，正常使用寿命为5～6年，而且更新成本高。单纯提高助燃空气的温度，同时也带来不利因素，如在常规下燃料燃烧，火焰热工作区域越来越小，火焰的局部温度增高，炉膛内温度分布不均匀，炉膛压力难以控制，炉内气氛不易调节，增大了NOX的排放量。

（3）采用蓄热式高温空气燃烧技术回收烟气余热的工业炉窑

依靠蓄热体进行热交换的烟气回收技术。其不仅仅依靠蓄热体进行预热，提高空气温度，它同时还改变了组织燃料进行燃烧的方式[1]。在传统的燃烧方式下，空气和燃气在混合筒内进行较好的混合后通过烧嘴喷入炉膛，混合可燃气体在炉膛内形成火焰，这种火焰燃烧在距喷嘴一定距离内有温度最高点，在蓄热式燃烧中，空气经预热后的温度很高，煤气、空气经过各自通道喷入炉膛内部。这种特殊的燃烧方式将炉膛作为反应器，使得炉内温度分布均匀，消除了局部高温，经过加热后的钢坯在轧制过程中没有明显的“黑印”，从而使得产品质量得到保障，另外还降低了NOX排放，较好地解决了污染问题。

以北京神雾热能技术有限公司为代表的热能利如何招商引智用集科研和生产于一体的企业，目前已成功地开发了适应冶金工业炉窑的蓄锻钢球热式高温空气燃烧系统，采用陶瓷小球或蜂窝体作为蓄热体的特殊高效蓄热式烧嘴。使炉子热效率提高至70%以上，普遍节能在30%以上，武钢、邯钢等大型企业通过应用已收到显著效硅钡果。

2 蓄热式高温空气燃烧技术在武钢的应用

2.1 概况

武汉钢铁有限公司大型轧钢厂原3#加热炉为连续推钢式加热炉，钢坯端进端出，小时设计加热能力为100t，燃料为高、焦炉混合煤气（热值1800×4.18 kJ/Nm3），炉膛内宽6.96m，炉顶设40套平焰烧嘴，炉侧设14套可调焰烧嘴。由于原设计的供热段较短（离炉尾约14m处才安装有烧嘴），造成钢坯在炉加热时间不足，强化加热严重，钢坯表面烧化，给轧钢生产带来了较大的制约作用，并影响了产品质量。另外该炉汽化冷却系统设计先天不足，在高温段经常因管内汽堵而发生漏水事故。常常出现加热炉运行约一个月高温段的纵水管就会发生下挠现象。因此原3#炉一直无法长时间稳定投入生产。改造前，3#炉煤气单耗约1.9GJ/m3，为进一步提高产品质量，降低能耗，同时解决3#家电支架炉原有问题， 2002年4月，武汉钢铁有限公司大型轧钢厂与神雾公司完成了对3#加热炉蓄热式改造。5月22日顺利点火烘炉，6月7日投产。从目前运行情况看，节能效果明显。与改造前的系统相比，新系统具有以下主要优点：

（1）煤气、空气通道分开，没有串气可能性，安全性好。采用空气单预热方式避免了因煤气含尘量大，含焦油量Biomet大，堵塞蜂窝体和影响各阀体的使用寿命及产生不安全因素。

（2）炉墙结构与普通加热炉相同，可利用3#炉较完好的炉体基础和大部分炉体结构及炉顶，节省了改造费用，对材料、施工无特殊要求。

（3）由于蓄热体置于烧嘴内，可在不停炉的情况下进行检修更换。烧嘴安装方式与普通烧嘴类似，无需改变炉墙厚度，炉膛内宽不变。

（4）易分段供热，各段热负荷可调，炉子上、下部烧嘴的供热量可调，按照加热工艺的需要灵活调整炉温。

2.2 改造前3#加热炉参数

炉型：端进端出连续推钢式加热炉

加热钢种：普碳钢、低合金钢

加热能力：额定100t/h

钢坯尺寸：200×200～300×300mm

3600～4400mm、5300～6000mm

钢坯加热温度：1150～1250℃

燃料：高、焦混合煤气 发热值：1800×4.18KJ/Nm3

吨钢能耗：实际1.9GJ/t坯

2.3 采用蓄热式燃烧技术改造后3#加热炉参数

炉 型：蓄热式端进端出连续推钢式加热炉

炉子结构尺寸不变，有效长度30275mm，内宽6960mm。

加热钢种：普碳钢、低合金钢

钢坯规格：断面200×200～300×300mm、

长度3600～4400mm、5300～6000mm

钢坯入炉温度：冷坯或热坯

钢坯出炉温度：1150～1250℃

出炉钢坯断面温差：

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