步進式加熱爐節(jié)能技術(shù)要點分析

姚海濤 劉仁娟 潘力穎 李連喜 王歆

首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，中國·河北 唐山 063299

1 引言

現(xiàn)階段，各行業(yè)在經(jīng)濟穩(wěn)定條件下均取得迅猛發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)，是發(fā)展迅速的行業(yè)之一。在鋼車間生產(chǎn)中，鋼加熱爐是必不可少的設(shè)備。與國際技術(shù)相比，中國鋼加熱爐的技術(shù)仍有差距，體現(xiàn)為加熱爐效率低、燃耗高等。所以，加強對步進式加熱爐的利用，掌握節(jié)能技術(shù)要點尤為重要。本次研究具有一定的現(xiàn)實研究價值。

2 步進式加熱爐節(jié)能技術(shù)

在加熱爐節(jié)能中，爐型結(jié)構(gòu)是節(jié)能與否的基礎(chǔ)和前提。所以，在加熱爐新建過程中要對加熱爐節(jié)能的需要情況加以考慮。爐型結(jié)構(gòu)的新建、改造，需要充分提高燃料的燃燒性，盡可能減少爐膛內(nèi)煙氣熱損失。在此種情況下，采用步進式加熱爐是十分有必要的。與傳統(tǒng)的推鋼式加熱爐相比，步進式加熱爐的優(yōu)勢更加明顯。主要表現(xiàn)為該加熱爐下的鋼坯間留有間隙，鋼坯四面都能夠受熱。此外，加熱的質(zhì)量相對較好，鋼材加熱的溫度比較均勻，加熱的速度也比較快[1]。在爐內(nèi)，鋼坯的停留時間要比較短，可在一定程度上實現(xiàn)對鋼坯氧化焚燒損壞的降低。

除此之外，步進式加熱爐的操作靈活性較強，不僅能夠前進、后退，還可以踏步，可根據(jù)實際情況改變裝料的間距，對爐子的產(chǎn)量進行控制，生產(chǎn)量比較大，爐子的加熱程度也并不會受鋼坯的形狀和厚度影響，生產(chǎn)協(xié)調(diào)性比較強。所以，現(xiàn)階段在鋼坯加熱中，通常會選擇步進式加熱爐。

3 步進式加熱爐節(jié)能技術(shù)要點研究

3.1 空氣蓄熱式燃燒技術(shù)

在步進式加熱爐中，空氣蓄熱式燃燒技術(shù)是比較重要的技術(shù)之一。通常來講，在煤氣燃燒下，會通過麻花插件管式換熱器進行預(yù)熱。預(yù)熱后，煤氣的溫度會達到350℃左右。空氣以蓄熱式燃燒技術(shù)為主，將溫度為20℃的助燃空氣，預(yù)熱到850℃至900℃的溫度左右，使其能夠達到煙氣余熱極限回收，提高燃燒介質(zhì)，形成物理熱。由此，可達到降低燃料消耗目的，能夠至少提高加熱爐內(nèi)加熱效率的30%左右。空氣蓄熱式燃燒技術(shù)，是步進式加熱爐中比較新穎的節(jié)能環(huán)保技術(shù)[2]。利用空氣蓄熱式燃燒技術(shù)，與傳統(tǒng)加熱爐相比，步進式加熱爐內(nèi)的火焰流動有明顯的差異。主要體現(xiàn)為，爐內(nèi)的廢棄以橫向流動為主，燒嘴成對工作，且會布置于加熱爐的兩側(cè)，其中一側(cè)燒嘴在工作時，另外側(cè)的燒嘴會排煙蓄熱。若一側(cè)燒嘴噴出火焰，則會被另側(cè)燒嘴吸引。此種現(xiàn)象，相當于在一定程度上增加火焰長度。素以，在空氣蓄熱式燃燒技術(shù)下，步進式加熱爐內(nèi)的寬度方溫度，與傳統(tǒng)相比受熱更加均勻。

除此之外，采用空氣蓄熱式燃燒技術(shù)，在加熱溫度均勻的情況下，鋼坯成型的質(zhì)量更好，發(fā)生粘爐事故的風(fēng)險比較小。煤氣與空氣蓄熱后，以低氧擴散燃燒技術(shù)，形成的新型火焰與傳統(tǒng)的火焰存在差異，爐內(nèi)有較好的燃燒氣氛，鋼坯升溫用時比較短。因此，在步進式加熱爐的空氣蓄熱式燃燒技術(shù)下，鋼坯氧化燒損至少可減少0.3%。

3.2 燃燒裝置與燃燒方式

在鋼車間生產(chǎn)加工中，步進式加熱爐可采用空氣單蓄熱上下組合式的燒嘴，單蓄熱燒嘴共計52 個。單蓄熱組合式燒嘴，每段燒嘴都能夠獨自調(diào)節(jié)，蓄熱式燒嘴成對工作，二者能夠以交替的方式，變換燃燒、排煙，燒嘴內(nèi)的蓄熱體相應(yīng)變換放熱狀態(tài)、吸熱狀態(tài)。成對的燒嘴，分別對應(yīng)爐膛內(nèi)的A 側(cè)、B 側(cè)。在A 側(cè)的燒嘴進行燃燒時，空氣流經(jīng)積蓄熱量的蓄熱體被加熱。同時，B 側(cè)的燒嘴排煙，煙氣熱量會被蓄熱體，以吸收的方式蓄熱。以此循環(huán)往復(fù)，通過蓄熱體媒介，出爐煙氣的預(yù)熱，會逐漸會被轉(zhuǎn)換成空氣物理熱，通過回收的方式再次利用。蓄熱式燒嘴的空氣噴口、煤氣噴口，屬于上下組合[3]。在爐膛上不安裝燒嘴時，空氣、煤氣的噴口分別在上部和下部，二者的氣流上下斜交混合。在爐膛下部，燒嘴安裝后會出現(xiàn)相反的情況，煤氣噴口、空氣噴口分別在上部和下部，靠近坯料上、下表面，是煤氣流。空氣、煤氣混合燃燒時，有比較短暫性的過程。

在此期間，與坯料表面接觸時是微還原性或是還原性的。坯料的氧化，具有緩慢性。氧化燒損減少程度在0.45%左右。此特性，是組合式蓄熱式燒嘴的明顯特性。利用蓄熱式燒嘴，煙氣排出的溫度，能夠降低到150℃之下，而空氣預(yù)熱的效果能夠超過850℃，熱回收率和溫度效率，分別超過85%和90%。此種現(xiàn)象，可以充分節(jié)省大量的能源，大氣中排放的煙氣量也會隨之降低，環(huán)保效果比較明顯。

3.3 高熱值煤氣換熱與變頻調(diào)速技術(shù)

步進式加熱爐在應(yīng)用中，以混合的煤氣作為燃料。燃料燒值超過10450kJ/m3，該燃料熱值相對較高。若煤氣也采用蓄熱方式，無論是空氣溫度還是煤氣溫度，都會超過1000℃。燃燒產(chǎn)物的理論，燃燒溫度相對較高。在既往工程項目中，高熱值煤氣采用蓄熱式燃燒，運行穩(wěn)定性并不強。其中，優(yōu)特鋼的低溫入爐要求相對較高，蓄熱式燃燒方式并不適合。所以，結(jié)合現(xiàn)實情況，為降低燃料消耗程度，節(jié)約能源，要逐漸適應(yīng)優(yōu)特鋼低溫入爐方式，緩慢加熱，對煤氣以常規(guī)預(yù)熱為主。此外，要重視對變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用。該技術(shù)是在對電動機定子電源頻率改變的情況下，實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速的改變。并對風(fēng)機轉(zhuǎn)速與工況加以改變，使加熱爐運行，變頻調(diào)速的節(jié)能效果相對顯著。通常情況下，步進式加熱爐中的引風(fēng)機、鼓風(fēng)機，采用的都是變頻調(diào)速技術(shù)，電機轉(zhuǎn)速一般控制在額定值65%左右。在滿足步進式加熱爐供風(fēng)、排煙的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)對電機轉(zhuǎn)數(shù)的調(diào)節(jié)，節(jié)電率可達到30%左右。

3.4 爐墻結(jié)構(gòu)材料與爐內(nèi)壓力

步進式加熱爐，爐墻結(jié)構(gòu)材料的選擇與爐內(nèi)壓力的控制十分重要。爐墻結(jié)構(gòu)，一般采用復(fù)合絕熱層結(jié)構(gòu)，對爐體絕熱效果加以完善。現(xiàn)階段使用的復(fù)合爐墻，分成三層。第一層是工作層，以低水泥澆注料的耐高溫性能比較好，能夠提高步進式加熱爐內(nèi)襯的整體壽命。第二層是次工作層，該層的材料為輕質(zhì)磚，高溫隔熱性能比較穩(wěn)定，也可起到錨固磚托架的作用。第三層是最外層，其所使用的材料屬于耐火纖維板與纖維毯制品，隔熱效果比較突出。因材料的比熱容相對較小，且熱導(dǎo)率偏低，爐襯的蓄熱量也相對較少，使步進式加熱爐內(nèi)升溫速度加快，從而提高燃燒的效率。此外，也要加強對步進式加熱爐內(nèi)壓力的控制。控制壓力時，要加強對節(jié)約燃料的重視，通過對爐內(nèi)壓力分布的控制，提高爐溫的均勻性。

4 結(jié)語

發(fā)展過程中，鋼車間步進式加熱爐設(shè)計時應(yīng)用了多種節(jié)能技術(shù)。其根本目的是節(jié)能降耗、節(jié)約成本。各種節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，都能夠在一定程度上節(jié)能減排，取得明顯的效果。論文在研究中分別從空氣蓄熱式燃燒技術(shù)、燃燒裝置與方式、高熱值煤氣換熱、變頻調(diào)速技術(shù)、爐墻結(jié)構(gòu)材料及爐內(nèi)壓力等角度，研究步進式加熱爐節(jié)能技術(shù)要點。期望本次相關(guān)內(nèi)容的探究，為日后提高步進式加熱爐節(jié)能水平提供建議。