燃发生炉煤气热轧带钢加热炉若干问题的分析

1燃发生炉煤气热轧带钢加热炉若干问题的分析作者：赵敬毅李飞段桂山（石家庄恒通工业炉科技有限公司050011）由于工作关系，本人于2001～2005年期间先后参与了二十几座热轧带钢加热炉的设计及建造调试工作，其中一部分为燃高炉煤气双蓄热加热炉，而大部分为燃发生炉煤气加热炉，在此就工作中的一些体会与经验做一总结和分析与大家共享。首先简要分析一下目前国内热轧带钢加热炉状况：近年来，我国新上的热轧带钢项目比较多且都趋向于大产量化，一般设计在年产50～80万吨之间，有的甚至更高。带钢宽度在300～550的居多，有一部分为600～800mm中宽带，坯料长度一般在4000～7000mm之间，以6000mm长的坯料居多，钢坯厚度在140～230mm之间。高产量化会使轧制成本大大降低，市场竞争力加强。可以预言，4000mm以下的坯料产量在25万吨以下的热轧带钢生产线将逐步被淘汰。对于这种状况，如何建造与之匹配的钢坯加热设备是大家首先要面对的问题，尤其是没有高炉煤气的单体轧钢企业。以设计年产60万吨生产线为例，日平均产量应保持在2000吨左右，小时产量在100～120吨。生产组织顺利以后，小时产量可达120～150吨，轧线年生产能力可达80～90万吨。本文将从煤气站的选择、燃烧方式的选择、炉型设计及实际使用等几个方面进行分析和总结。一、煤气炉的选择：目前国内生产的热脏煤气发生炉主要有三种形式，分为：二段式、单段式和简易式。其主要性能比较如下（以φ3.0煤气炉为例）：表1-1参数项目单位二段式单段式简易式2燃料耗量Kg/h1800~22001300~18001300~1500煤气产量m3/h5600~68005000~55004800~5000煤气热值KJ/m3上段67005020~56704800~5500下段6100混合6400工作稳定性好好差煤气焦油含量mg/m3＜100少（带热脱或电除焦）高高煤气灰尘含量少多多采购价格高中低其煤气制作流程分别为二段式：3单段式：由以上分析可以看出，二段式煤气炉工艺较为先进，产气过程更为合理，且有较为可靠的除焦油系统。所以，在煤气发生站的选择上，尤其是对于大产量的带钢生产线，我们还是建议选用二段式煤气炉。这样管道不易因焦油和灰尘堵塞，而且煤气热值较高，炉子的加热能力明显提高。两年以来，我们在胜芳会兴、江阴双良、长达以及唐山恒安等厂多次采用二段式煤气炉（站），均取得了很好的使用效果，日产能力可达2000吨以上。以下是我们在不同厂家选用的煤气站供大家参考表1-2序号厂家产量坯料尺寸煤气站型式1胜芳会兴120t/h140-180×200-500×6000mm两段式2唐山恒安120t/h140×300×6000mm两段式3江苏双良100t/h180×350×6000mm两段式4江阴长达100t/h150×480×6000mm/150×280×6000mm两段式5金华唯一90t/h140×300×6000mm单段式6胜芳三利120t/h165×350×6000mm两段式4二、加热炉的选择：有了性能优良的煤气发生炉（站）以后，我们要解决的就是如何选择和设计更适合生产线要求的加热炉。关于炉型：目前国内设计燃发生炉煤气的加热炉主要有两种炉型，分别是蓄热式和传统三段式（如图）。图2-1蓄热式加热炉炉体图图2-2三段式加热炉炉体图5两种炉型的结构性能比较见表2-1序号性能蓄热式传统三段式1产量高（可达120T/h，甚至更高）低（目前国内尚无超过100T/h的成功应用实例）2炉底强度600kg/m2h450kg/m2h3氧化烧损低（≮1.1%）高（2-3%）4控制水平高（可实现全自动控制）低（手调）5炉子寿命高（主体3-5年无大修）低6炉温均匀差7事故率低（检修率3-6月/次）高（7-30天/次）8建设成本高（相比高出10%）低从表2-1中可以看出，蓄热式加热炉在加热能力、氧化烧损、能源消耗等多项指标上优于传统三段式加热炉。这也是蓄热式加热炉作为一个新型燃烧方式迅速在我国推广的重要原因，这里对其工作原理燃烧结构等作一简单介绍：1．蓄热式燃烧和余热回收技术的特点：应用蓄热式燃烧和余热回收技术，使工业炉窑中燃烧用空气（或煤气）达到1000℃，甚至更高，而排烟温度可降至接近烟的“露点”，对其余热回收达到极限，使整个系统较之传统工业炉燃烧系统有其显著的优点。（1）节能潜力巨大，与采用冷空气助燃相比，燃料节约率可达60%左右；与采用空气换热器预热相比燃料节约率可达30%。（2）火焰稳定，与传统扩散火焰不同，在高温（高于燃料的自燃温度）预热空气条件下，只要燃料扩散、混合并进入可燃范围（可燃范围大大扩展），燃烧就会自发出现而无需火焰稳定机制，因此可以保证稳定的燃烧。（3）NOx的控制为了降低高温燃烧中NOx排放，蓄热式燃烧和余热回收技6术采用降低燃烧空间中氧的浓度创造贫氧燃烧条件的办法。（4）炉膛温度均匀在高温贫氧条件下的燃烧产生均匀高温的反应，形成弥漫燃烧，燃烧产物可均匀的充满整个燃烧空间，使炉膛温度均匀，这样一方面可提高炉子的产品质量，另一方面可有效避免火焰对炉体的冲刷，延长炉膛寿命。（5）低热值煤气的利用低热值煤气的工业化应用关键是要达到足够的理论燃烧温度，采用蓄热式燃烧和余热回收技术可以对空气（或煤气）高温预热，大大提高理论燃烧温度，有效地实现低热值煤气的利用。例如把高炉煤气、热脏发生炉煤气作为燃料应用到大型轧钢加热炉上，成为很容易办到的事情。2．蓄热式燃烧和余热回收技术的原理一个蓄热式燃烧单元至少有两个蓄热室，燃料供给系统、换向阀和控制系统与之配合，即应用蓄热式燃烧和余热回收技术的炉子蓄热室需成对安装，可相对放置，亦可在相同一侧或集成在一起。如下图，蓄热室A工作时，产生的大量高温烟气经由蓄热室B排出，与蓄热体全换热后，可将排烟温度降到200℃以下（方式A）；一定时间间隔后，换向阀使助燃空气（或煤气）通过B的蓄热体，空气立即被预热到烟气温度的90%左右，蓄热室B启动的同时，蓄热室A转为排烟和蓄热（方式B）。通过这种交替方式，实现“烟气余热的极限回收”和助燃空气（或煤气）的高温预热。蓄热式燃烧和余热回收技术工作原理图1．喷嘴、2.蓄热体、3.管道71．喷嘴、2.蓄热体、3.管道由于热脏发生炉煤气含有灰分和焦油，所以不宜采用双蓄热形式，而采用空气单蓄热形式，在炉体设计时还应做好烟气量的计算，以做到最合理的炉型结构。自2001年我们在国内设计建造了第一座燃发生炉煤气蓄热式加热炉开始，至今我公司已设计建造了多座热轧带钢蓄热式加热炉。通过几年的摸索与实践，目前已形成一套较为完整的使用效果良好的技术方案，在实践中使用取得了良好的使用效果，使得燃发生炉煤气加热炉产量达到120～150t/h以上成为现实。对于传统三段式加热炉，其产量也可达100t/h，前提条件是：①首先必须采用二段式煤气发生炉以提高煤气热值；②必须采用合理炉型结构。我公司在双良集团设计建造的三段式燃发生炉煤气加热炉生产上取得了很好的使用效果。三、在炉子选用上应注意的其他几个问题：（1）炉底水管由于目前国内热轧带钢加热炉的产量越来越高，坯料重量越来越大，所以支撑钢坯的加热炉炉底水管（又称炉筋管）的结构设计就显得更为重要。对带钢加热炉而言，在长度方向上即纵水管宜采用分段冷却结构，支撑管即横水管宜采用双管双丁字形支撑或单管双丁字形支撑结构，而焊接在纵水管上的耐热滑块可采用Gr25Ni20Si2耐热钢并可采用戴维滑块结构以减少钢坯“黑印”提高产品品质。（2）出钢形式对于坯料重量在2.5t以下时宜采用侧出料侧出料炉子温度制度好，散热损失少，操作环境好，出钢形式如图3-18但是对于坯料重量大于2.5t以上时，侧出料的出钢机推力受到限制，多采用端出料形式。为了降低坯料对于辊道冲击和炉子建设高度，即使端出料结构也宜采用短滑坡结构，如图3-2（3）出渣方式由于带钢钢坯加热温度高，相比棒线材加热氧化面积大,在炉子均热段氧化铁皮生长较快。为减少打渣频率,延长有效生产时间,我们采用了带漏渣坑形式（在均热段布置了两排出渣坑）的炉型结构,在实际生产中也取得了很好的使用效果。如图3-1四、结论：对于没有综合能源利用的单体轧钢企业而言，燃发生炉煤气热轧带钢加热炉在国内相当长的一段时间内会长期存在，而且产量要求也会越来越高，厂家在进行炉子选择时应更多地在煤气炉选择、炉型结构等多方面进行分析，以确定先进、可靠、经济的实施方案，以避免造成设计失误和经济损失。我们愿与同行一道，不断对燃发生炉煤气的加热炉进行分析、研究，为生产企业提高产量、节能降耗作出努力。