蓄熱式燃燒技術在臺車熱處理爐中的應用

劉晶

摘 要：蓄熱式燃燒技術應用于間歇式熱處理爐中充分考慮到了間歇性爐經常性的開關爐門，爐膛溫度的升降比較頻繁的特點，彌補了普通燃燒方式和常規蓄熱式燃燒的缺點。熱處理爐中所使用的蓄熱式燃燒器通過輻射和強制爐氣對流循環組織燃燒，在更好的保證了爐溫均勻性的同時達到“節能減排”的目的。

關鍵詞：蓄熱式;熱處理爐;節能減排;臺車式

Abstract：Regenerative combustion technology applied in batch heat treatment furnace fully taking into account the frequent switching of the oven door， the furnace temperature rise and fall characteristics are more frequent， making up for the shortcomings of ordinary combustion mode and conventional regenerative combustion.The regenerative burner used in the heat treatment furnace is convectively circulated and burned by radiation and forced furnace gas to achieve the goal of “energy saving and emission reduction” while better ensuring the uniformity of the furnace temperature.

Keywords：Regenerative;Heat treatment furnace;Energy conservation;Trolley type

當前，蓄熱式燃燒技術已經在各個領域有所發展。就鋼鐵行業而言，要做到“節能減排”除了更換燃料類型，使用“高效清潔能源”之外就是設計合理的加熱設備結構，使用先進的燃燒方式。蓄熱式燃燒技術采用了蓄熱式煙氣余熱回收裝置，交替切換空氣或氣體燃料與煙氣，使之流經蓄熱體，能夠在最大程度上回收高溫煙氣的顯熱，排煙溫度可降到200℃以下，可將助燃介質或氣體燃料余熱到1000℃以上，形成與傳統火焰不同的新型火焰類型，并通過換向燃料使爐內溫度分布更趨均勻。它是非常適合在我國工業界推廣的技術，為緩解我國的能源緊缺、改善自然環境提供了切實可行的方法[1]。

1 構建模型

利用solidwork軟件構建一臺符合工藝要求的臺車式熱處理爐。臺車爐爐膛尺寸8300×3300×2000mm（長×寬×高）;爐體最大裝載量為50t（含墊鐵）;在側墻下部前后均勻布置設計12只（6對）蓄熱式燒嘴;這樣布置燒嘴可以避免火焰與工件直接接觸，燒損工件;整個爐體分6區控制爐溫。側邊密封結構采用了氣缸頂升式軟密封的結構，后側密封結構選擇遠置式彈簧自壓緊的密封結構。采用此種密封結構可以有效的防止爐內高溫氣體散出爐體，既保護了爐體鋼結構使之不受高溫烘烤而變形，同時減少了爐內的散熱損失，節省了能源。爐襯選用全高鋁纖維耐火模塊的結構，此種結構的好處在于爐襯蓄熱少，散熱少，保溫效果良好，從而進一步提高了爐子的綜合熱效率。臺車襯體設計成為隔熱纖維毯+輕質保溫磚+耐火重質磚的復合結構，此種機構既保證了工件在臺車上放置穩固，又增強了臺車車體的保溫效果，減少了散熱損失。

利用軟件功能模擬熱處理爐實際工況下的臺車運行情況及裝出料情況，檢查爐體各結構配合情況及保溫材料的敷設情況發現此種結構無論在空間設置、材料配置還是在功能使用上均做到了“優質化”。

2 臺車爐實體測量結果及結果分析

2.1 爐溫均勻性的測量結果及結果分析

根據工藝要求及模型構造建立了一臺實體的蓄熱式臺車熱處理爐。對工件進行熱處理。工件為板材，尺寸為1750mm×6100mm×δ18mm;裝爐量為50t（含墊鐵）;要求最高爐溫為1050℃;空爐升溫時間為≤2.5h。在爐內截取8處有效點布置了溫度傳感器，對爐溫進行測量。測量結果見表1。測量結果顯示，同一時段爐子的最高溫度為1049℃，最低爐溫為1052℃，溫差在±10℃范圍內。儀表顯示控溫精度為±2℃。符合工藝要求。

測量數據表明實際應用的蓄熱式熱處理爐采用周期性作業的方式，配備了蓄熱式燃燒系統，能夠滿足最大升溫速度與最高使用溫度。同時，蓄熱式熱處理爐必須具有良好的爐溫均勻性，即要求爐內的全部鋼料及同一鋼料的不同位置都能達到相同或者相近的加熱溫度和金相組織。使剛才具有均勻一致的物理性能、機械性能和力學性能。

分析原因，在于熱處理爐所采用的蓄熱式燒嘴是通過輻射和強制爐氣對流循環的，它們（兩側爐墻下部前后均勻布置）通過燒嘴的高速熱氣流對爐內高溫氣氛的強力攪拌，強制攪動爐內高溫氣流，強化對流傳熱過程、促使爐氣強制循環，再以特殊的燒嘴孔型設計，將爐膛內部的煙氣強制回流，進一步強化爐內氣流的攪拌，使爐溫更均勻，可以使得工件的加熱更加快速和均勻，同時火焰屬于擴散性火焰不會與工件接觸，可以保證工件不會過燒、變形。

2.2 燃料消耗量的測量結果及結果分析

同時對燃料消耗量進行了測量，流量計顯示燃氣流量為180m3/h，較之常規燒嘴300m3/h減少了40%。

這是因為本熱處理爐所采用的蓄熱式燃燒技術從工業爐室溫點火開始到工作溫度的整個過程中，始終進行蓄熱換向，最大限度的保證節能效率。保證火焰在任何溫度范圍內都不熄火。并且在此過程中沒有其他的常規的燒嘴的支持，解決了常規蓄熱式燒嘴固有的缺點。此時，爐膛內部形成強對流氣氛，使工件與高溫爐氣充分接觸，加熱均勻迅速，能更好的保證工件溫度均勻性，大大減少了工件的均熱時間，同時避免工件燒損。同時，蓄熱式燒嘴燃燒系統配置有特殊流向的煙氣回流裝置，可以使一部分低溫煙氣回流至燒嘴磚燃燒腔內，降低燒嘴燃燒火焰溫度，從而可以大大降低燃燒產物中NOx的產生。

3 結論

本文對蓄熱式燃燒技術應用于臺車式熱處理中進行了實際運用。在爐子的運行過程中對爐溫及燃料消耗量進行了測量。測量結果表明實際應用的蓄熱式熱處理爐采用周期性作業的方式，配備了蓄熱式燃燒系統，能夠滿足最大升溫速度與最高使用溫度。同時蓄熱式燃燒系統沒有其他的常規的燒嘴的支持，解決了常規蓄熱式燒嘴固有的缺點。爐膛內部形成強對流氣氛，使工件與高溫爐氣充分接觸，加熱均勻迅速，能更好的保證工件溫度均勻性，大大減少了工件的均熱時間，大大減少了能源的耗量。

實驗證明蓄熱式高溫正火爐符合國家提出的“節能降耗”的技術要求，提高了燃料利用率，降低了噸鋼耗量，降低企業成本。它充分解決了鋼鐵生產過程中高產必須高耗的矛盾，實現了高產低耗的目標，對鋼鐵行業的轉型升級起了重大影響。

參考文獻：

[1]王秉銓.工業爐設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1996.

[2]鄭兆平.蓄熱式燃燒技術綜述[J].鋼鐵研究，2002，25（22）：21-28.

[3]田中良一.工業爐的節能對策[J].工業爐，2002，5，（13）：21-22.