蓄熱式燃燒技術(shù)在重鋼熱連軋加熱爐的應(yīng)用
2021-02-02 11:43:55
1、概述
重鋼熱連軋共有三座大型步進(jìn)梁式蓄熱式加熱爐，爐長43.5米、爐子內(nèi)寬11.7米，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為冷裝270t/h，熱裝300t/h。加熱爐采用空氣蜂窩體單蓄熱式燒嘴的空氣單蓄熱爐型，另配備煤氣預(yù)熱器，利用煙氣余熱將煤氣預(yù)熱到300度左右。全爐共分6個(gè)供熱段，每段采用蓄熱燒嘴側(cè)向供熱，同時(shí)設(shè)一不供熱的熱回收段，有效回收常規(guī)排煙余熱。
2、蓄熱式燃燒技術(shù)簡介
蓄熱燃燒技術(shù)又稱高溫空氣燃燒技術(shù)，全名稱為：高溫低氧空氣燃燒技術(shù)（HighTemperatureandLowOxygenAirCombustion-HTLOAC），也作HTAC（HighTemperatureAirCombustion）技術(shù)，也有稱之為無焰燃燒技術(shù)(FlamelessCombustion)。通常高溫空氣溫度大于1000°C，而氧含量低到什么程度，沒有人去劃定，有些人說應(yīng)在18%以下，也有說在13%以下的。
蓄熱燃燒技術(shù)原理：當(dāng)常溫空氣由換向閥切換進(jìn)入蓄熱室1后，在經(jīng)過蓄熱室(陶瓷球或蜂窩體等)時(shí)被加熱，在極短時(shí)間內(nèi)常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度(一般比爐膛溫度低50~100°C)，高溫?zé)峥諝膺M(jìn)入爐膛后，抽引周圍爐內(nèi)的氣體形成一股含氧量大大低于21％的稀薄貧氧高溫氣流，同時(shí)往稀薄高溫空氣附近注入燃料(燃油或燃?xì)?，這樣燃料在貧氧(2-20％)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)燃燒；與此同時(shí)爐膛內(nèi)燃燒后的煙氣經(jīng)過另一個(gè)蓄熱室(見圖中蓄熱室2)排入大氣，爐膛內(nèi)高溫?zé)釤煔馔ㄟ^蓄熱體時(shí)將顯熱傳遞給蓄熱體，然后以150~200°C的低溫?zé)煔饨?jīng)過換向閥排出。工作溫度不高的換向閥以一定的頻率進(jìn)行切換，使兩個(gè)蓄熱體處于蓄熱與放熱交替工作狀態(tài)，常用的切換周期為30~200秒。重鋼熱連軋加熱爐的換向周期為55秒左右。
3、蓄熱式燃燒技術(shù)在重鋼熱連軋加熱爐使用現(xiàn)在及存在的問題
重鋼熱連軋加熱爐設(shè)計(jì)使用燃料為高、焦、轉(zhuǎn)混合煤氣，混合比例為焦?fàn)t煤氣21%、高爐煤氣69%、轉(zhuǎn)爐煤氣10%，熱值7524KJ/Nm3。單做爐子煤氣最大用量55000Nm3/h，煤氣預(yù)熱溫度300°C-350°C，空氣蓄熱溫度~1050°C，排煙溫度~175°C。單座爐子設(shè)60個(gè)低NOx側(cè)向供熱蓄熱式燒嘴。在使用過程中的問題存在一定問題，主要有：
3.1蓄熱體堵塞
重鋼熱連軋加熱爐蓄熱式燒嘴內(nèi)部采用蜂窩陶瓷蓄熱體蓄熱，具有低熱膨脹性、比熱容大、比表面積大、壓降小、熱阻小、導(dǎo)熱性能好、耐熱沖擊好等特性；廣泛用于冶金機(jī)械行業(yè)蓄熱式高溫燃燒技術(shù)（HTAC），它把回收煙氣余熱與高效燃燒及降低NOX排放等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，從而實(shí)現(xiàn)極限節(jié)能降低NOX排放量的目的。蜂窩陶瓷蓄熱體廣泛用于工業(yè)熱工設(shè)備節(jié)能技術(shù)方面，使工業(yè)熱工設(shè)備提高效率，降低能耗，提高產(chǎn)量和改善質(zhì)量，是解決能源與環(huán)境問題的重要而有效的手段。蜂窩陶瓷蓄熱體截面孔主要有正方形和正六邊形兩種孔結(jié)構(gòu)，且孔道是相互平行的直通道結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)大大降低了氣孔流經(jīng)的阻力，大幅度提高了蓄熱體的單孔體積換熱效率。由于蓄熱體蜂窩孔一般為3*3mm，在使用過程中煙氣中的含硫顆粒附著在孔壁上上，導(dǎo)致蜂窩體堵塞，由于蜂窩體不同于蓄熱小球，不能重復(fù)利用，出現(xiàn)堵塞后會(huì)降低蓄熱效果，需要通過定期更換，重鋼熱連軋加熱爐蓄熱體的更換周期一般為10-16個(gè)月。
3.2煙氣管道腐蝕、變形
近年來，隨著熱裝熱送比例的不斷提高，加熱爐的供熱富裕能力逐漸顯現(xiàn)出來。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，通常降低預(yù)熱段的負(fù)荷運(yùn)行，這樣就會(huì)出現(xiàn)預(yù)熱段排煙溫度較低或不排煙的情況，當(dāng)排煙溫度低于煙氣露點(diǎn)溫度時(shí)，煙氣中含硫的水汽不斷腐蝕煙氣管道，導(dǎo)致煙氣管道管壁減薄甚至破裂，在排煙過程中，由于排煙管道負(fù)壓運(yùn)行，壁厚減薄的高溫管道容易產(chǎn)生變形，在實(shí)際使用過程中，要嚴(yán)格控制排煙溫度高于露點(diǎn)溫度，檢修時(shí)對管道進(jìn)行壁厚檢測，防止使用過程中發(fā)生管道變形。
3.3煤氣管道碳化破裂
重鋼熱連軋加熱爐將煤氣預(yù)熱到300°C左右，通過煤氣預(yù)熱，能有效降低煤氣消耗，達(dá)到節(jié)能的目的。煤氣預(yù)熱溫度越高，節(jié)能效果越好，但安全風(fēng)險(xiǎn)也隨著煤氣預(yù)熱溫度的提高而加大，溫度過高會(huì)導(dǎo)致管道碳化破裂，經(jīng)過長期使用和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，建議煤氣預(yù)熱溫度控制在300°C以下為宜，溫度過高還會(huì)加快控制閥門密封面損壞，可能引起閥門關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致回火。通過控制手段不能將煤氣預(yù)熱溫度控制在要求范圍內(nèi)時(shí)，可考慮對煤氣預(yù)熱器進(jìn)行改型或重新核算換熱面積。重鋼熱連軋加熱爐煤氣曾出現(xiàn)管道焊縫破裂引發(fā)煤氣泄漏，后對破裂的煤氣管取樣進(jìn)行化學(xué)成分、組織等檢驗(yàn)。金相檢驗(yàn)表層無明顯滲氮現(xiàn)象，組織為鐵素體+碳化物，且碳化物沿晶分布，表層無明顯滲氮現(xiàn)象，表明出現(xiàn)焊接開裂與異常的碳化物組織有關(guān)。
3.4內(nèi)氣氛控制不穩(wěn)定、氣氛波動(dòng)較大
技術(shù)人員對重鋼熱連軋加熱爐正常生產(chǎn)時(shí)的爐膛氣氛進(jìn)行了檢測，得到重鋼熱連軋加熱爐氣氛環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，見表1。從檢測數(shù)據(jù)看該加熱爐全爐呈氧化性氣氛，說明爐內(nèi)殘氧含量較高、燃燒熱效率低，一方面造成氧化燒損較高，另一方面影響爐況的穩(wěn)定、環(huán)保排放等，未來節(jié)能工作還有一定空間。
表1 重鋼熱連軋加熱爐氣氛環(huán)境檢測數(shù)據(jù)
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加熱爐名稱
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加熱爐基本信息
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氣氛
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預(yù)熱段
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加熱段
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均熱段
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2#加熱爐
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空氣單蓄熱步進(jìn)加熱爐約150萬噸/年
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O2(%)
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1.48-1.72
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0.55-12.36
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0.16-14.54
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CO(ppm)
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8244-33378
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0-1940
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0-928
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4、結(jié)束語
蓄熱式燃燒技術(shù)的應(yīng)用及推廣，使我國工業(yè)能源結(jié)構(gòu)得到了改善，能耗指標(biāo)快速趕上世界先進(jìn)水平，是高能耗企業(yè)的福星，雖然蓄熱式燃燒技術(shù)有點(diǎn)眾多，但在使用過程中會(huì)出現(xiàn)一些問題需要不斷改進(jìn)。如高溫帶來的管道、設(shè)備更易損壞、蓄熱體堵塞、結(jié)塊、壽命不長、爐內(nèi)壓力變化大，造成熱量大量溢出等，蓄熱式燃燒技術(shù)與黑體節(jié)能技術(shù)、激光在線氣體分析儀精確燃燒控制系統(tǒng)等組合使用將是未來工業(yè)企業(yè)的開展節(jié)能降耗的主要方向。
來源：重慶鋼鐵裝備與工藝技術(shù)
