节约能源是我国能源战略的重要目标。在轧钢生产中,加热炉是主要的耗能设备之一。 合理选用加热炉, 提高燃料利用率, 对于降低能源消耗, 减少钢坯氧化烧损, 提高加热质量, 从而充分创造整个轧线生产过程的经济效益,具有非常重要的意义。宣钢基于 2000年建成 投产的第一条线材生产线加热炉的状况,并且对国内外大中型线材生产线加热炉在节能降 耗、 环境保护等方面进行调研对比, 在新建的第二条高速线材生产线中采用了双蓄热式步进 梁加热炉。
宣钢二高线厂步进梁加热炉的作用是将大于 500℃的热装或常温下冷装的连铸坯加热到 轧制所需要的温度, 以提高金属的塑性, 减少轧制变形抗力和机械电气负荷, 节约能源和能 耗。
蓄热式加热炉的工作原理 1 蓄热式加热炉的理论基础
蓄热式燃烧技术, 19世纪中期就开始用于高炉热风炉、平炉、焦炉、玻璃熔炉等规模大 且温度高的炉子。 其原理是采用蓄热室余热回收装置, 交替切换烟气和空气, 使之流经蓄热 体, 达到在最大程度上回收高温烟气的显热, 提高助燃空气温度的效果。 但传统的蓄热室采 用格子砖作蓄热体, 传热效率低, 蓄热室体积庞大, 换向周期长, 限制了它在其他工业炉上 的应用。 新型蓄热室, 采用陶瓷小球或蜂窝体作蓄热体, 其比表面积高达 200~1000m2/m3, 比老式的格子砖大几十倍至几百倍, 因此极大地提高了传热系数, 使蓄热室的体积可以大为 缩小。 另外, 由于换向装置和控制技术的提高, 使换向时间大为缩短, 传统蓄热室的换向时 间一般为 20~30min ,而新型蓄热室的换向时间仅为 0.5~3min 。新型蓄热室传热效率高和 换向时间短, 带来的效果是排烟温度低 (200℃以下 , 被预热介质的预热温度高 (只比炉温 低 100~150℃ 。 因此, 废气余热得到接近极限的回收, 蓄热室的温度效率可达到 85%以上, 热回收率达 80%以上。
2 蓄热式加热炉的工作原理
宣钢二高线步进梁蓄热式加热炉是将助燃空气和高炉煤气经换向系统后经各自的管道送 至炉子左侧各自的蓄热式燃烧器,自下而上流经其中的蓄热体,分别被预热到 950℃以上, 然后通过各自的喷口喷入炉膛, 燃烧后产生高温火焰加热炉内钢坯, 火焰温度较同种煤气做 燃料的常规加热炉高 400~500℃ ,90%以上的热量被蓄热体回收,最后以 150℃以下的温度 排放到大气中,比常规加热炉节能 30%~50%。同时,高温烟气进入右侧通道,在蓄热室进 行热交换,将大部分余热留给蓄热体后,烟温降到 150℃左右进入换向机构,然后经排烟机 排入大气。几分钟后控制系统发出指令,换向机构动作,空气、高炉煤气、烟气同时换向将 系统变为下一个状态, 此时空气和高炉煤气从右侧喷口喷出并混合燃烧, 左侧喷口作为烟道, 在排烟机的作用下,高温烟气通过蓄热体后排出,一个换向周期完成。
图 1 蓄热式加热炉燃烧系统工作原理简图 加热炉简介及其性能特点 1 加热炉基本结构
宣钢二高线厂加热炉为悬臂辊侧进料、侧出料的步进式加热炉。加热炉从进料端到出料 端分为 I 加热段、 II 加热段、均热段,采用蓄热式燃烧技术 , 蓄热式烧嘴在 I 加热段、 II 加 热段、均热段进行上下供热,燃烧高炉煤气,热值为 750X4.18KJ/Nm3。炉子的主要尺寸见 表 1:
表 1:加热炉的主要尺寸 项 目 尺 寸(mm 有效长度 22388 炉子内宽 12600 上加热炉膛高度 1400 下炉膛高度 2200
砌底总长 23888 砌底总宽 13800 有效炉底面积(m2 282 固定梁顶面标高 57.5
炉子钢结构由普碳钢板和型钢焊接件组成, 分为四个主要部分 :炉底钢结构、 炉子两侧钢 结构、装、出料端钢结构、炉顶钢结构。加热炉砌体采用浇注料整体浇注,炉顶采用平顶吊 挂结构,锚固砖用锚固钩吊挂在炉顶钢结构上。炉区设有平台 , 平台之间安置梯子和栏杆。 加热炉除装料炉门和出料炉门外,设 4个检修炉门,端墙带有耐热透视玻璃的自闭式窥孔。 炉门采用无水冷却。 加热炉设置 6根固定梁和 4根步进梁, 采用单排布料。 在加热段和均热 段间采用水梁交错技术,保证钢坯温度均匀性。
炉子的机械设备主要包括:装料炉门、炉内装料辊道、推钢机、步进机械、炉内出料辊 道、出料炉门。
宣钢二高线步进梁式加热炉设置汽化冷却系统一套,采用强制循环方式。进出料悬臂辊 道和工业电视采用循环水冷却。
钢坯进入加热炉前在炉外上料辊道上通过测长后由炉外上料辊道送入炉内,通过悬臂辊 道减速定位, 然后由炉后液压推钢机推到固定梁上。 通过步进梁上升 —— 前进 —— 下降 —— 后退的周期运动, 炉内钢坯被输送到加热炉出料端并放置在出料悬臂辊道上, 然后由悬臂辊 道输出炉外。
2 供热制度和燃烧系统
宣钢二高线加热炉采用蓄热燃烧技术,蓄热体为蜂窝体。通过炉墙侧部的空气蓄热烧嘴 和煤气蓄热烧嘴进行供热,将空气和煤气分别预热到 950℃以上再喷入炉膛。加热炉分为三 个供热段 , 分别为 I 加热段、 II 加热段、均热段 , 沿炉长方向上设置多个供热点,两侧上下蓄 热烧嘴供热,供热烧嘴共 64只,采用三段炉温制度(各段
空气蓄热烧嘴和煤气蓄热烧嘴的 分布见表 2 ,其中, I 加热段炉温为 850~1050℃; II 加热段炉温为 1050~1150℃;均热段
炉温为 1150~1250℃,各段上下供热比约为 45%/55%。各供热段的流量和空燃比通过自动 控制系统调节,上下供热量的调节通过烧嘴的能力和烧嘴前手动蝶阀实现。
表 2:各段空气蓄热器烧嘴和煤气蓄热器烧嘴的分布及燃料配比 序号 供热段
空气蓄热器 烧嘴个数(个 煤气蓄热器 烧嘴个数(个 燃 料 配 比 % 1
I 加热段上 4 4 11 25 2
I 加热段下
4 4 14 3
II 加热段上 6 6 17 37.5 4
II 加热段下 6 6 20.5 5 均热段上 6 6 17
双蓄热式步进梁加热炉在宣钢高线（精）
