蓄热式加热炉减小炉压的研究与应用

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摘 要：蓄热式加热炉与传统加热炉相比，因预热方式不同，存在燃烧、排烟等方式不同，炉内气体流动方式亦不同，普遍存在炉压大，易冒火，炉况较难控制的通病。笔者根据对蓄热炉的设计与应用经验，阐述了解决这一问题的方法。
关键词：蓄热式加热炉； 炉压； 排烟系统； 蜂窝体
中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）01-176-002
一、引言
双蓄热式连续加热炉因具有可燃低热值煤气、加热能力大（特别适宜于热装）的优点，在国内已得到较为广泛的应用。然而，这项技术在国内诸多连续加热炉使用中，发现存在许多问题，其中之一便是普遍存在炉压大，炉体及炉口易冒火，炉况较难控制的通病。在江阴兴澄钢铁有限公司蓄热式加热炉的设计与应用中，通过对蓄热烧嘴的合理设计、炉底强度的合理选取、炉型与排烟系统的优化设计，使这一问题得到了较有效的解决，获得了良好的运行效果。
二、解决方法
本人通过对国内无传统排烟烟道的双预热连续蓄热加热炉考察中发现，普遍存在炉压大，炉体易冒火，炉况较难控制的通病，对此进行了深入研究与探索，其主要问题归纳为：1.蓄热量与产量不匹配，蓄热体质量过少；2.炉底强度选的过大；3.排烟系统控制和操作协调优化；4蓄热体堵塞。
1.蓄热烧嘴的影响
当蓄热量与产量不匹配，即烧嘴太小蓄热体质量过少时，即使缩短换向时间，亦不能将离开炉膛燃烧产物中的热量置换出，为降低排烟温度而使排烟量减少，从而导致炉膛压力上升。例如江阴兴澄钢铁有限公司双预热连续步进式加热炉，因烧嘴蓄热量小，置换烟气热量能力小，导致炉压达100Pa以上，炉口冒火达几米远。经分析，烧嘴设计的蓄热量小是原因之一，经改造将蓄热室加大后，这一问题得到有效改善。因此，蓄热烧嘴的合理设计关系到炉膛压力能否正常。以蜂窝体作烧嘴蓄热体的设计归纳为下述几点。
1.1烧嘴内腔横截面积。条件允许的情况下，内腔横截面积越大越好，蓄热体质量大，蓄热量就多，换向时间便可延长。
1.2烧嘴内腔所装蜂窝体深度的选取。烧嘴内腔所装蜂窝体深度一般是根据蜂窝体对气体的阻力与烧嘴内腔所装蜂窝体的蓄热量两者的综合效果来考虑的。若烧嘴内腔横截面一定时，蜂窝体堆放的越深，所装蜂窝体的蓄热量越大，排烟温度越低；同时蜂窝体对气体的阻力也越大。
2.炉底强度的影响
炉底强度（P）是炉子重要的生产指标，也称单位生产率。是指每平方米炉底布料面积上每小时的产量。
A-炉底布料面积
设计时炉底强度选的过大，实际能力达不到，进入炉膛的气体燃烧后不能顺利排出，造成炉况恶化，炉压升高。
炉底强度的选取与坯料的透热时间、炉子的平均辐射温压、燃料热值和钢种有关。蓄热炉常温炉底强度为600-700kg/（㎡h）较适宜。
3.排烟系统控制和加热炉操作的影响
排烟系统的合理设计会起到有效控制炉压的作用。笔者认为当每段供入的空气、燃料燃烧后的燃烧产物，均能从排烟管道排出，才能做到炉压均衡，易于调节。然而，由于各段的热负荷分配不一样，炉膛内炉气的不均匀、排烟管道存在流量偏差等因素，造成实际的排烟量不一样，上一段排不出的烟气沿炉长方向流向下一段，加大了下段排烟负荷，使下段炉压上升，给炉况正常调节带来难度。
通过参考各种热工参数，多次总结和提炼，提出如下改进措施
（1）排烟风机采用变频电机，通过改变电机频率，以此改变风机的转速，使风机的风压和风量按比例发生变化。用这种方法调节没有额外的能量损失。即升高电机频率可提高转速，进而增大风压和风量，促使更多的烟气排出，减小炉压。
（2）优化燃烧控制。由于加热炉采用周期性供热和周期性排烟，集中供热、集中调节，因此在换向过程中，煤气压力波动对供热量有较大影响，导致炉压波动大，因此江阴兴澄钢铁1#2#加热炉在燃烧换向系统中，采用分侧分段，先排烟后燃烧的程序控制，避免瞬间炉压过高
（3）把炉型与燃烧换向控制系统有机的结合起来，将四段分为四个独立的控制单元，每个控制单元独立控制四个燃烧室的燃烧工况，在燃烧控制的工艺上做细。
每个控制单元，各有两个煤气与空气换向阀。这样大大减少了各段在控制调节之间的互相干扰，减少了排烟系统的阻力偏差。经使用不仅排烟能力大大提高，还使炉子工况控制灵活、精确。提高了炉子的机动性，节约了能源，减少了烧损。
4.蓄热体堵塞的影响
蜂窝体是目前所用的蓄热材料中结构较为合理，换热效率较高的一种蓄热体，但蜂窝体在使用过程中易出现堵塞，甚至被烧坏的现象。阻碍了炉内烟气的顺利排出，导致炉压上升，炉体冒火。
蜂窝体堵塞损坏原因及改进措施：
（1）煤气中粉尘含量高。在没有经过布袋除尘以前，高炉煤气的粉尘含量为1-10g/m3，这种煤气不能直接通过蜂窝体，若直接使用则很快就将蜂窝体堵塞。所以高炉煤气必须经过布袋除尘，并且定期更换高炉除尘布袋
（2）煤气中含水量高。煤气燃烧过程中，煤气管道中的冷凝水会导致蓄热室陶瓷板结，时间一长形成堵塞。处理方法：在煤气总管道上每100米安装疏水器，收集和排出煤气管道中的冷凝水，并在允许的管道煤气压力下起到水封的作用。
（3）蓄热室最上部蜂窝体闪缝。这种情况一方面是由于蓄热室内部尺寸变化存在间隙，另一方面设计上方便安置蜂窝体留有间隙，而这种间隙成为漏火的必然通道，排烟气流直接从闪缝通过，造成排烟温度超高，通常的处理办法是向缝隙塞石棉，但不可靠，易吹落，改用耐火材料堵火，可使用较长时间
（4）氧化铁的侵蚀。使用一段时间后，炉底氧化铁渣堆起，氧化渣距烧嘴喷口太近，炉内的氧化铁粉尘随烟气一同进入蓄热室，这些物质对于耐火材料都属于有害物质，在高温下与蜂窝体反应形成低熔点物质，增加了孔壁的粉尘吸附能力，同时由于沉积物的增多，反应的深入，液相量增大，导致蜂窝体变形，破裂。
三、结束语
本人在对江阴兴澄钢铁有限公司1#2#3#蓄热式加热炉（无常规排烟烟道）的设计、应用中，通过上述技术的成功应用，生产中炉压一直维持在20-35pa之间，其他炉况指标均正常，延长了炉子使用周期，获得了显著的经济效益。
参考文献：
[1]蔡乔方主编.《加热炉》，冶金工业出版社
[2]武文斐主编.《冶金加热炉设计与实例》，化学工业出版社
[3]戚翠芬主编.《加热炉基础知识和操作》，冶金工业出版社