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Vol127 No16
ENERGYFORMETALLURGICALINDUSTRYNov12008
冶 金 能 源
蓄热式加热炉热平衡计算及节能技术的研究
周 暐 王 浩 朱宗铭 韩洪涛 吴荣祥
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(11安徽工业大学,21中冶华天工程技术有限公司,31浙江衢州元立金属制品有限公司)
摘 要 介绍了蓄热式加热炉热平衡计算的方法,并运用工程实例对计算结果进行分析,通过对蓄热式加热炉的节能技术进行讨论,指出了影响蓄热式加热炉节能效果的主要因素及技术方向。
关键词 蓄热式加热炉 热平衡计算 节能技术
Theheatbalancecalculationofregenerativeheatingand
theresearchofenergy2savingZhouWei WangHao ZhuZongming1
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(11AnhuiUniversityofTechnology,2ogyCorporation,
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waytheregenerativeheatingfurnaceheatbalancecalculation,usingtheprojectexample.Baseonthediscussingaboutenergy2savingtheregenerativeheatingfurnace,themainfactorsandtechnologywhichinfluencetheen2ergy2savingoffurnacearefounded.
Keywords regenerativeheatingfurnace heatbalancecalculation technologyofenergy2saving
蓄热式燃烧技术通常也被称作高温空气燃烧技术,是一种新型燃烧技术,具有高效烟气余热回收和高温预热空气助燃以及低NOx排放等多重优越性,其基本思想是让燃料在高温、低氧浓度气氛中燃烧。它包含两项基本技术措施:一项是采用温度效率高达95%,热回收率达80%以上的蓄热式换热装置,极大限度回收高温烟气中的显热,用于获得高温助燃空气或燃气,实现极限热回收;另一项是由于高温助燃空气或燃气进入炉内,并采取燃料分级燃烧和高速气流卷吸炉内燃烧产物,稀释反应区的含氧体积浓度,获得浓度为2%～15%的低氧燃烧,实现低NOx排放。燃料在这种高温低氧的气氛中,造成与传统燃烧过程完全不同的热力学条件。蓄热式燃烧技术自20世纪90年代以来,在中国得已迅速发展并广泛应用于轧钢加热炉上,现已取得了显著的经济效益和社会效益。
收稿日期:2008-08-05周 暐(1974- ),工程师;243002安徽省马鞍山市。
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文章主要介绍在具体炉型及具体的操作参数
下的能耗基本构成,并且对能耗的收支情况进行了分析,对高炉煤气双蓄热加热炉节能的技术方向进行了探索。
1 蓄热式加热炉的主要技术性能
(1)炉子用途:钢坯轧前加热
(2)炉型:高炉煤气双蓄热步进梁式加热炉(3)装出料方式:侧进侧出
(4)加热钢种:碳素结构钢、优质碳素结构
钢、低合金钢
(5)钢坯规格:150×150×12000(6)钢坯入炉温度:常温(7)加热温度:950～1200℃(8)炉子额定产量:130t/h
(9)炉子装出料辊道中心线距离:19580mm(10)炉子内宽:12700mm
(11)炉底钢压强度:555kg/(m2h)
(12)燃料及低发热量:高炉煤气,(700～
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800)×4118kJ/m
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(13)设计额定单耗:112GJ/t(14)供热方式:两侧交替供热
(15)预热方式:空煤气双蓄热至900～1000℃(16)蓄热体形式:蜂窝体(17)换向阀形式:二位三通换向阀(18)换向方式:分散顺序换向(19)排烟方式:机械排烟(20)炉底水管冷却方式:水冷2 使用情况
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上,被预热介质及烟气的热交换在蓄热体内进
行。由于被预热介质通过蓄热体后的温度测量比较困难,所以在双蓄热加热炉的热平衡系统中,认为空气及高炉煤气的温度为常温,而从炉内排出的烟气温度为烟气经过蓄热体后烟气的温度。从这种意义上来说,已将蓄热体换热装置划入加热炉的热平衡系统内,否则该部分的热量收支计算将非常复杂,而且难以确定。
(2)不完全燃烧热损失不完全燃烧热损失与常规式炉也不一样。对于常规式炉,燃料的外泄量是不计的,但是对于双蓄热加热炉,,根据烧嘴结构等条件不同,,,既造成化,又给蓄热体造成严重破坏。
对于分散换向的燃烧系统,由于换向阀与烧嘴很近,残留在换向阀与烧嘴间的煤气量较少,而对于集中分侧换向及集中换向,该部分残留的煤气量就相对多些。而且换向周期的长短也影响到该部分煤气的损失,换向越频繁,该部分损失越大,所以该部分损失与管路设计及换向系统的运用很有关系。
经过部分加热炉的统计及计算,得出以下数据:全分散换向系统的不完全燃烧化学热损失为煤气总量的1%～3%;分侧集中换向系统的为煤气总量的2%～5%;集中换向系统的为煤气总量的4%～10%。如果换向阀内部还存在煤气向烟气中泄漏的情况,则该项将扩大。
(3)其他热损失对于蓄热式加热炉,此项热损失较难以确定。对于操作工况良好的蓄热式炉,尤其是炉压控制在+30Pa以下的双蓄热加热炉,该项与常规式加热炉相近,占总热支出项的1%左右;对于炉压控制在+30Pa以上的双蓄热加热炉,有的火焰从炉底水封槽中翻出来,有的火焰从炉墙及炉顶泄露出来,全炉的炉况恶化,该项有可能达到10%或更高,是这些操作状况下加热炉单耗居高不下的主要原因之一。
对于元立高线加热炉,由于炉况良好,该项确定在总热损失的1%左右。312 热平衡计算结果
该加热炉为浙江衢州元立高线加热炉,由中
冶华天工程技术有限公司设计,并于2007年7月投产,投产至今工作正常,其中加热炉各项操作参数及能耗情况比较理想。加热炉在投产后很快达产,在冷坯加热,小时产量为100t时,高
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炉煤气耗量为32000m/h,炉压控制在+左右,氧化烧损也控制在01气热值8001,能为11088GJ,3 热平衡计算
由热力学第一定律可知,加热炉热平衡热量收入项与支出项的总和,在数值上必须相[2-3]等。准确而又经得起实践检验的炉子热平衡计算,是节能型加热炉设计的重要参考依据,最终能在炉子投产后经得起测试检验,并对数据偏差作出分析和调整。热平衡中的各项,是用单位时间的热量收入和支出的千焦数为单位。
以加热炉额定产量时采集的相对稳定的参数作为一个基准计算条件,对双蓄热加热炉的能耗收支情况及影响能耗收支的因素进行比较,从而得出相应的节能措施,并对双蓄热加热炉今后的设计及生产操作提供指导。311 热平衡子项的建立对于高炉煤气双蓄热加热炉,热平衡系统的热平衡子项建立与常规式加热炉在一定程度上有所不同,主要表现在空煤气带入的物理热、烟气带走的物理热、不完全燃烧化学热及其他热损失的确定。