蓄热式加热炉在柳钢热轧厂的应用

潘振宁

摘要： 蓄热式燃烧技术的出现很快得到各钢铁企业的推广应用。蓄热式燃烧技术在提高加热炉的出炉板坯温度均匀性及节能等方面与常规燃烧技术相比具有优势。柳钢热轧厂1450生产线2#蓄热式板坯加热炉，在实际运行中，在出炉板坯温度均匀性、节能等方面已取得了良好的结果。蓄热式燃烧技术在温度均匀性、节能等方面的特点，有助于提高产品质量、效益及蓄热燃烧技术的推广。

关键词：蓄热式燃烧，加热炉，板坯，温度均匀性，节能

1 引言

加热炉是柳钢热轧厂生产线的主要耗能设备之一，其能耗水平直接影响轧钢成本，因此，降低燃料消耗，提高燃料利用率，减少板坯烧损是加热炉设计和开发的主要方向和目标。蓄热式燃烧技术是一项节能、环保效果显著的新一代燃烧技术，具有高效余热回收、高温预热空气及低NOx排放等优点。柳钢热轧厂1450生产线2#蓄热式加热炉于2013年投入工作，运行至今，整体使用效果良好。

2 1450生产线2#蓄热式加热炉的简介

2.1 1450生产线2#蓄热式加热炉的工作原理及特点

1450生产线2#炉是步进梁式蓄热式加热炉，是高效蓄热式换热器与常规加热炉的结合体，主要由加热炉体、蓄热室换向系统以及燃料、供风和排烟系统构成。蓄热式加热炉的高效蓄热式燃烧系统主要由蓄热式烧嘴和换向系统组成。加热炉分为预热段、一加热段、二加热段、三加热段均热段五个主体，其原理是采用蓄热室预蓄热，达到在最大程度上回收调温烟气的湿热，提高助燃空气温度的效果。

加热炉的蓄热室采用陶瓷小球为蓄热体，其表面积大，极大地提高了传热系统，使蓄热室内的体积大大缩小。再加上可靠的自动控制技术及预热介质预热温度高废气预热到接近极限的回收，是一种高效、节能的加热炉。

2.2 1450生产线2#蓄热式加热炉控制系统

1450生产线2#蓄热式加热炉燃控和顺控的操作和监控主要在操作室的操作站上进行。操作站通过以太网与基础自动化级的SIEMENS公司的S7-400PLC进行通讯。操作站系统软件服务器采用Windows2003Server中文版,客户机采用Windows XP中文版，功能画面利用SIEMENS公司的WINCC系统软件进行开发，通过操作站各功能画面可监控整个炉区的温度、压力、流量、调节阀等各种生产过程参数和设备的运行状态，实现生产过程自动化。

加热炉分为预热段、一加热段、二加热段、三加热段均热段五个主体连续供热。其各段控制原理如下：

2.2.1均热段

均热段分为上、下两个温度控制段，采用“传统双交叉限幅控制”＋“蓄热燃烧”方式；下面以均热段上为例，描叙该段的温度控制方式。

2.2.1.1均热段上的双交叉限幅控制方式

炉温控制就是根据当前的热工状况，来调节每个燃烧控制段的空气和煤气的

流量从而控制加热炉的燃烧状况以调节炉温。均上的温度控制有一个独立的控制

回路。均热段上采用双交叉限幅控制方式，原理图如图1所示：

图1 均热段上的双交叉限幅控制方式

图1中k值是限幅值，β和μ分别是空燃比和空气过剩系数。在本设计中，k值取值为5%。β和μ的取值则由操作员根据所烧的燃气种类的不同自行设定。

图1中温度调节器与空气流量和煤气流量调节器之间是串级控制，温度调节器为主环，空煤气流量调节器为并联副环，而空气流量调节器和煤气流量调节器之间是双交叉限幅控制。

当温度调节器设为自动时，温度调节器对操作员给定的温度设定值和实际温度值进行比较并对偏差进行运算，并将运算结果(百分数值)进行转换后(转换为流量)送到空煤气流量调节器的设定值，通过给定空煤气流量调节器的设定值对加热炉的燃烧进行控制。

均热段下部段的控制多一个主从模式，主从模式也是一种温度自动模式，但它采用的温度调节器是相应上部段的温度调节器，也就是用上部段的温度来控制下部段，形成所谓“主从”，并根据不同的钢种可以调整主从控制的比值。能有效地消除上下炉温相互影响而造成控制性能不稳定的问题。

2.2.1.2均热段上蓄热烧嘴的控制方式

如图2所示，均热段上共有4对（8个）蓄热烧嘴，在蓄热燃烧模式下，相对的两个烧嘴构成一对，当右侧的空煤气阀关闭，烟气阀打开，左侧的空煤气阀打开，烟气阀关闭时，空气和燃气通过左侧的蓄热体预热并进入炉内燃烧。废气从右侧的蓄热体排出，同时将右侧蓄热体预热到适当的温度。经过设定的时间后，左右换向，空气和燃气通过右侧的蓄热体预热并进入炉内燃烧，废气从左侧的蓄热体排出，同时将左侧蓄热体预热到适当的温度。这之后，再重复前次的过程。

图2 均热段上

2.2.2 三、二、一加热段

三、二、一加热段均分为上下2个温度控制段，均采用“传统双交叉限幅控制”＋“蓄热燃烧”方式。三、二、一加热段上均与均热段上的控制方式类似，三、二、一加热段下也均与均热段下的控制方式类似。

3 1450生产线2#蓄热式加热炉的优势

3.1 经济效益

从技术上看，2#蓄热式加热炉，可将煤气和助燃空气双预热至仅比炉气温度低100⁰C左右。排烟温度只有150⁰C左右。烟气的物理热充分回收。这种热回收方式是常规加热炉采用金属换热器回收烟气物理热不可比拟的。因此，尽管烧的是低热值的高炉煤气，其热耗指标仍不比烧高热值煤气的常规加热炉高。充分显示出蓄热式加热炉技术的先进性。《轧钢工序（加热炉）节约能源规定》中，明确规定加热不同钢种，使用不同燃料，可比热耗数是不同的。目前常规加热炉（1#炉步进梁式常规加热炉）的热效率最高可达55~59%，而2#蓄热式加热炉的热效率已达到65~70%，比常规的加热炉（1#炉步进梁式常规加热炉）节能高出5~10%。

3.2余热回收的优点

3.2.1 炉温均匀

由于蓄热式燃烧技术，炉温分布均匀，加热质量大大改善，产品合格率大幅度提高。

3.2.2 节能明显

由于烟气经蓄热体后温度降低到150⁰C以下（特殊情况下可降至70~80⁰C），将烟气的绝大部分热量传给了助燃空气，做到了烟气余热的“极限回收”，因此，蓄热式加热炉燃料消耗量大幅度降低。对于常规的大型加热炉（1#炉步进梁式常规加热炉），可节能25%~30%。

3.2.3 NOx生成量低

采用传统的节能技术，助燃空气预热温度越高，烟气中NOx含量越大；而采用蓄热式高温空气燃烧技术，在助燃空气预热温度高达800⁰C的情况下，炉内NOx生成量反而大大减少。由于蓄热式燃烧是在相对的低氧状态下弥散燃烧，没有火焰中心，因此，不存在大量生成NOx的条件。同时，由于节能减少了加热炉煤气用量，较大降低烟气有害物排放量，有利于保护环境。

3.2.3 板坯烧损低

与常规的加热炉（1#炉步进梁式常规加热炉）相比，2#蓄热式加热炉采用蓄热技术燃烧，其明显降低加热板坯的烧损。同时，蓄热式燃烧提高了火焰辐射强度，强化辐射传热，提高板坯加热产量。

4 1450生产线2#蓄热式加热炉运行使用中存在的问题及解决措施

1450线2#蓄热式加热炉自2013年投产至今，对其出现的问题及解决措施总结如下：

4.1换向阀的使用及维护

换向阀是蓄热式加热炉正常运行的关键设备，换向阀的好坏直接影响加热质量和加热炉产能。1450生产线2#蓄热式加热炉采用交叉分散换向的控制方式，换向阀安装于炉体两侧，共256个，加热炉换向频率为60秒。

为了保证换向阀的正常使用必须做到以下几点：首先，保证仪表压缩空气的清洁，使电磁阀能正常动作，务必在仪表压缩空气总管和各段支管上加气动三联件，同时，对气缸进行加油润滑；其次，控制排烟温度，从燃烧控制程序上确保超温即换向或停烧的办法，保证气缸及换向阀阀体的密封垫和缓冲垫完好；再次，定期对气缸及换向阀阀体进行加油。

4.2 空燃比要与排烟温度协调

空燃比受燃料热值变化的影响，同时，空气、煤气配比也影响蓄热室温度，因此，空、煤气哪个量大，此介质通过的蓄热室温度就偏低；蓄热式加热炉是集中供热、集中调节，空燃比对炉温和蓄热室温度的影响被放大。所以，适宜的空燃比是非常重要的。没有炉前的煤气热值检测和空燃比自动调节程序，操作只能参照其它加热炉热工参数来进行调节，尤其是排烟温度的调节。当预热空气或煤气的其中一个量偏大时，该介质后通过的蓄热室温度会下降，反之上升。由此来判断空燃比的合理性并及时调节。

5 结论

1450生产线2#蓄热式加热炉采用蓄热式燃烧控制，具有温度均匀性好、烧损低、热效率高、节能效果显著等优点，但在使用中缺少必要的理论指导，需要我们对出现的问题不断的在实际生产中进行总结，不断提高。

参考文献：

[1] 华建设，周济良，蓄热式加热炉的热工分析，北京冶金工业出版社，2000

[2] 吴道洪，谢善清，蓄热式高温空气燃烧技术的应用，北京冶金工业出版社，2000