(1)空煤气带入的物理热高炉煤气双蓄热系统与常规采用换热器的加热炉有很大不同,双蓄热系统的换热器就在炉壁
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Vol127 No16
ENERGYFORMETALLURGICALINDUSTRYNov12008
冶 金 能 源
表1 热平衡计算结果表
热量收入
燃料燃烧化学热燃料物理热空气物理热坯料物理热
钢氧化反应化学热总计收入加热炉热效率热量支出
炉料加热物理热烟气物理热炉墙散热炉底开孔散热其他(炉门等)水冷系统吸收热不完全燃烧损失热其他损失总计支出
GJ/h108184018201572143415211711767158%GJ/h7315527155312831300130614921610109117117
%6217723151218021820125515421230108100100%921890170014921073186100100
钢铁厂节能减排的一大方向。
(2)烟气物理热
降低烟气物理热的方式有:①选用换热面积大、体积小的蜂窝蓄热体增加蓄热体换热面积,使烟气充分换热,降低烟气的排烟温度。这就要求增加蓄热体的体积,或在体积不变的情况下减小蓄热体的壁厚。
这种办法为生产带来了一定的问题。首先,增加蓄热体体积会使本来就拥挤的摆满蓄热箱的加热炉两侧通道更加拥挤,为操作及维护带来一定因难,而且会增加烟气通过蓄热体的阻力,增大引风机的负荷,,增加了炉压控制的难度;,,同时降低了蓄,,从对不完全燃,会增大该部分的损失。
所以,在工艺允许的情况下,增加蓄热体的体积是可行的,而在蓄热体的低温换热段采用减小蓄热体壁厚也是可行的。不过这种做法的节能效果是有限的,毕竟这只是回收余热,而且还需增加生产成本,从节能减排的角度来说并不是最优的。
②加强炉内换热
从高炉煤气的成分来说,17%的CO是有效燃烧成分,其他均为不可燃成分,这些成分不仅没有给钢坯加热带来任何用处,而且当烟气排放时这些成分还会带走大量的热量。唯一的解决办法就是加强炉内换热,提高热效率,以达到最终减少烟气排放量的目的。
另外从双蓄热烧嘴燃烧原理上来说,经预热的煤气与空气从蓄热式烧嘴喷出后,在炉膛内弥漫燃烧,燃烧完全后形成高温烟气,钢坯吸收烟气内的热量以达到加热的目的,而后高温的烟气由喷嘴对面的蓄热式烧嘴抽出,经蓄热体降温后,再排出炉外。每次换热都存在一个换热效率问题,而置换的热量再由钢坯吸收,又有个换热效率问题,所以,能将高温烟气的热量尽可能的由钢坯直接吸收,是提高热效率的主要方法。
高炉煤气的火焰黑度很低,如何加强炉内换热,提高换热效率,是目前有待解决的一大难题。通过炉膛辐射换热计算公式计算钢坯表面的
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热流密度q,其表达式为:
4 单耗影响较大,收支项,针对该项进行讨论,找出人为增减的办法,就能分析出最有效的节能方向。411 热收入项
从热收入项的构成来看,以及对蓄热式加热炉热平衡系统的划分来看,其中钢氧化反应化学热是有害的,必须减少;空煤气的物理热受气候影响较大,是人为不可控的;燃料燃烧化学热是根据热支出的需要而变化的;只有坯料物理热,提高钢坯热装热送的温度及比例,可以大大提高该项的比例,增加热收入项总值,在同等产量条件下,可以减少供热量,达到节能的目的。412 热支出项
(1)炉料加热物理热
从该项来看,如果能降低该项的数值,可以大大降低加热炉的能耗,而解决的办法只有降低钢坯出炉温度以及提高钢坯入炉温度。通过降低轧机的钢坯开轧温度可以降低钢坯出炉时的最终热焓,而在相同出钢温度下提高钢坯的热装热送温度,可大幅提高钢坯的初始热焓,最终减少钢坯在炉内的吸热量。以上措施均可以大幅降低加热炉的能耗水平,所以降低炉料加热物理热是加热炉节能减排的一项非常有效的措施,也是今后
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Nov12008ENERGYFORMETALLURGICALINDUSTRY
q=Cgwm
tf+4
25
100
-
ts+100
+α(tf-ts)(1)
2
4
-1
式中:Cgwm为导来辐射系数/W (mk);tf为环境温度/℃;ts为钢坯表面温度/℃;α为对流换热系数/W (mk)。
ε5167gεm[1+<wm(1-εg)]
(2)Cgwm=
εεεg+<wm(1-εg)(g+m-εgεm)
式中:εg为炉气黑度;εm为坯料黑度;<wm为炉壁对坯料的角度系数:
<wmLmNm
2(H+B)-LmNm
(3)
2
-1
之间的最佳结合点。
从目前国内外的一些加热炉的资料来看,一般上加热炉膛高度在加热段升至215m左右,是比较合理也是比较经济的。而下加热炉炉膛高度由于炉底结构复杂,不在高度上进行变化,国内通
[5]
用设计一般在215～2m之间。加热炉采用这种驼峰式结构,在实践中也取得了良好的效果。
②提高对流换热系数α
对流换热项在整个热流密度所占的比例约在10%左右,所占的比重并不大,当钢坯进入加热
式中:B为炉膛宽度/m;H为炉膛高度/m;Lm为板坯长度/m;Nm为坯料排数。
从式(1)中可以看出,提高导来辐射系数Cgwm和对流换热系数α可以提高钢坯表面的热流密度。
①提高导来辐射系数C炉,,唯一可变的是在加热炉设计时炉膛角度系数的设计。
从目前国内各大钢厂生产的情况来看,在炉内壁表面增加黑体材料是一个解决的办法,能有效强化辐射换热系数,增强炉内热交换的过程,但是黑体材料的寿命及造价的问题还没有彻底解决,并没有全面推广。
由式(2)可以看出,当<wm趋向于0时,
Cgwm有极大值,而从式
(3)中可以看出,当
(H+B)趋向无穷大时,<wm趋向于0。炉膛角
段及均热段后,所占的比例更小。虽然提高气流扰动,换热系数,,所,,其实最重要的,提高热效率也正是。
(3)炉墙孔洞及水冷系统散热
这几项虽然在热支出项中占10%左右,但是控制该部分的支出有很多人为的因素,比如设计、施工、操作、维护等,从设计直至投产后的操作维护,均应注意才能控制住该部分的热损失。
(4)不完全燃烧化学热
该部分与蓄热式换向系统的选型及设备运行情况有关。从设备本身来讲,控制内泄漏率,可以控制部分不完全燃烧化学热损失;从系统来讲,尽量减少换向阀后管路的长度也可以有效降低该部分的损失。但是对于双蓄热加热炉来说,该部分损失是不可避免的。
(5)其他热损失其实这部分损失,尤其是炉气外溢,在蓄热式加热炉上,一旦控制不住炉压,燃耗急剧上升,也就是说这部分热损失将急剧扩大,而且一旦热负荷跟不上,继续加大热负荷,只会恶化炉况,所以其他热损失与加热炉的实际工况关系紧密,控制住该部分损失才能有一个良性循环,也就是说最关键是控制炉压。5 结论