蓄热式燃烧技术在重钢热连轧加热炉的应用
2021-02-02 11:43:55
1、概述
重钢热连轧共有三座大型步进梁式蓄热式加热炉，炉长43.5米、炉子内宽11.7米，设计产能为冷装270t/h，热装300t/h。加热炉采用空气蜂窝体单蓄热式烧嘴的空气单蓄热炉型，另配备煤气预热器，利用烟气余热将煤气预热到300度左右。全炉共分6个供热段，每段采用蓄热烧嘴侧向供热，同时设一不供热的热回收段，有效回收常规排烟余热。
2、蓄热式燃烧技术简介
蓄热燃烧技术又称高温空气燃烧技术，全名称为：高温低氧空气燃烧技术（HighTemperatureandLowOxygenAirCombustion-HTLOAC），也作HTAC（HighTemperatureAirCombustion）技术，也有称之为无焰燃烧技术(FlamelessCombustion)。通常高温空气温度大于1000°C，而氧含量低到什么程度，没有人去划定，有些人说应在18%以下，也有说在13%以下的。
蓄热燃烧技术原理：当常温空气由换向阀切换进入蓄热室1后，在经过蓄热室(陶瓷球或蜂窝体等)时被加热，在极短时间内常温空气被加热到接近炉膛温度(一般比炉膛温度低50~100°C)，高温热空气进入炉膛后，抽引周围炉内的气体形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气附近注入燃料(燃油或燃气)，这样燃料在贫氧(2-20％)状态下实现燃烧；与此同时炉膛内燃烧后的烟气经过另一个蓄热室(见图中蓄热室2)排入大气，炉膛内高温热烟气通过蓄热体时将显热传递给蓄热体，然后以150~200°C的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热体处于蓄热与放热交替工作状态，常用的切换周期为30~200秒。重钢热连轧加热炉的换向周期为55秒左右。
3、蓄热式燃烧技术在重钢热连轧加热炉使用现在及存在的问题
重钢热连轧加热炉设计使用燃料为高、焦、转混合煤气，混合比例为焦炉煤气21%、高炉煤气69%、转炉煤气10%，热值7524KJ/Nm3。单做炉子煤气最大用量55000Nm3/h，煤气预热温度300°C-350°C，空气蓄热温度~1050°C，排烟温度~175°C。单座炉子设60个低NOx侧向供热蓄热式烧嘴。在使用过程中的问题存在一定问题，主要有：
3.1蓄热体堵塞
重钢热连轧加热炉蓄热式烧嘴内部采用蜂窝陶瓷蓄热体蓄热，具有低热膨胀性、比热容大、比表面积大、压降小、热阻小、导热性能好、耐热冲击好等特性；广泛用于冶金机械行业蓄热式高温燃烧技术（HTAC），它把回收烟气余热与高效燃烧及降低NOX排放等技术有机的结合起来，从而实现极限节能降低NOX排放量的目的。蜂窝陶瓷蓄热体广泛用于工业热工设备节能技术方面，使工业热工设备提高效率，降低能耗，提高产量和改善质量，是解决能源与环境问题的重要而有效的手段。蜂窝陶瓷蓄热体截面孔主要有正方形和正六边形两种孔结构，且孔道是相互平行的直通道结构。这种结构大大降低了气孔流经的阻力，大幅度提高了蓄热体的单孔体积换热效率。由于蓄热体蜂窝孔一般为3*3mm，在使用过程中烟气中的含硫颗粒附着在孔壁上上，导致蜂窝体堵塞，由于蜂窝体不同于蓄热小球，不能重复利用，出现堵塞后会降低蓄热效果，需要通过定期更换，重钢热连轧加热炉蓄热体的更换周期一般为10-16个月。
3.2烟气管道腐蚀、变形
近年来，随着热装热送比例的不断提高，加热炉的供热富裕能力逐渐显现出来。在实际生产过程中，通常降低预热段的负荷运行，这样就会出现预热段排烟温度较低或不排烟的情况，当排烟温度低于烟气露点温度时，烟气中含硫的水汽不断腐蚀烟气管道，导致烟气管道管壁减薄甚至破裂，在排烟过程中，由于排烟管道负压运行，壁厚减薄的高温管道容易产生变形，在实际使用过程中，要严格控制排烟温度高于露点温度，检修时对管道进行壁厚检测，防止使用过程中发生管道变形。
3.3煤气管道碳化破裂
重钢热连轧加热炉将煤气预热到300°C左右，通过煤气预热，能有效降低煤气消耗，达到节能的目的。煤气预热温度越高，节能效果越好，但安全风险也随着煤气预热温度的提高而加大，温度过高会导致管道碳化破裂，经过长期使用和维护经验，建议煤气预热温度控制在300°C以下为宜，温度过高还会加快控制阀门密封面损坏，可能引起阀门关闭不严导致回火。通过控制手段不能将煤气预热温度控制在要求范围内时，可考虑对煤气预热器进行改型或重新核算换热面积。重钢热连轧加热炉煤气曾出现管道焊缝破裂引发煤气泄漏，后对破裂的煤气管取样进行化学成分、组织等检验。金相检验表层无明显渗氮现象，组织为铁素体+碳化物，且碳化物沿晶分布，表层无明显渗氮现象，表明出现焊接开裂与异常的碳化物组织有关。
3.4内气氛控制不稳定、气氛波动较大
技术人员对重钢热连轧加热炉正常生产时的炉膛气氛进行了检测，得到重钢热连轧加热炉气氛环境检测数据，见表1。从检测数据看该加热炉全炉呈氧化性气氛，说明炉内残氧含量较高、燃烧热效率低，一方面造成氧化烧损较高，另一方面影响炉况的稳定、环保排放等，未来节能工作还有一定空间。
表1 重钢热连轧加热炉气氛环境检测数据
|
加热炉名称
|
加热炉基本信息
|
气氛
|
预热段
|
加热段
|
均热段
|
|
2#加热炉
|
空气单蓄热步进加热炉约150万吨/年
|
O2(%)
|
1.48-1.72
|
0.55-12.36
|
0.16-14.54
|
|
CO(ppm)
|
8244-33378
|
0-1940
|
0-928
|
4、结束语
蓄热式燃烧技术的应用及推广，使我国工业能源结构得到了改善，能耗指标快速赶上世界先进水平，是高能耗企业的福星，虽然蓄热式燃烧技术有点众多，但在使用过程中会出现一些问题需要不断改进。如高温带来的管道、设备更易损坏、蓄热体堵塞、结块、寿命不长、炉内压力变化大，造成热量大量溢出等，蓄热式燃烧技术与黑体节能技术、激光在线气体分析仪精确燃烧控制系统等组合使用将是未来工业企业的开展节能降耗的主要方向。
来源：重庆钢铁装备与工艺技术
