CN101314811A - 大型步进梁式板坯加热炉使用高炉煤气加热的方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型步进梁式板坯加热炉使用高炉煤气加热的方法，属于加热炉技术领域。板坯通过步进梁由入炉向出炉端步进，在步进过程中通过预热段、第一加热段、第二加热段、第三加热段和均热段，根据各钢种加热工艺要求对每个加热段的加热温度进行控温，按炉膛实际温度控制投入相应加热段的蓄热式烧嘴数量，选择各段位置蓄热式烧嘴投入后，高炉煤气与空气分别通过蓄热烧嘴的蓄热室被蓄热至800－1000℃后进入加热炉内充分燃烧，从而实现板坯的加热，烟气经由蓄热式烧嘴的蓄热室时烟气热量被充分吸收，通过加热炉两侧布置的蓄热式烧嘴交替燃烧、排烟完成整个加热过程。优点在于，利用蓄热式加热技术大大减少NOx化物污染气体的排放，节能、环保效果显著。
Description
技术领域
本发明属于加热炉技术领域，特别是提供了一种大型步进梁式板坯加热炉使用高炉煤气加热的方法，应用于宽厚板工程板坯加热，大量节约能源。
背景技术
蓄热式技术是国际上90年代迅速发展的新一代先进燃烧技术，具有高效、优质、节能和低污染排放等诸多优点，被誉为21世纪的关键技术之一，又被称为环境协调型燃烧技术。早在19世纪中期就开始应用于高炉、热风炉、焦炉等规模大且温度较高的炉子，但传统的蓄热室采用格子砖为蓄热体，热效率低，蓄热室体积庞大，换向周期长，限制了在其它工业炉上的应用。
1982年英国Hot Work Development公司和British Gas研究院合作，成功开发出第一座使用陶瓷小球作为蓄热体的新型蓄热式加热炉，节能效果显著。
20世纪90年代以来，国际上蓄热式燃烧技术的研究和应用方面取得了很大的进步，提升为“高温空气燃烧技术”(HTAC：High Temperature Air Combustion)。目前，投入的蓄热式加热炉已有上百座，但首秦公司宽厚板工程加热炉是第1座应用双蓄热燃烧技术的大型步进梁式板坯加热炉，从2006年8月竣工投入运行至2007年4月，满足了各钢种的加热工艺要求，满足轧线轧制钢板入库10万吨以上的板坯加热量。首秦公司加热炉的顺利投入为蓄热式技术在大型板坯加热炉领域的推进提供了实践证明。
首秦公司4300mm宽厚板轧机工程配套加热炉，原常规加热炉设计为以天然气、高炉煤气混合成热值2200kcal/Nm3的混合气为燃料，两座加热炉小时天然气耗量达到7300Nm3/h，首秦公司的地理位置没有可利用的天然气管道，使用外购的天然气做燃料必然增加成本，而且用罐车输送的天然气无法满足现场大量的天然气消耗要求，更重要的是外部能否保证长期稳定供应天然气给工业使用，也存在不确定因素。因此，如何既能利用好首秦公司自产的高炉煤气，又能满足板坯加热炉的使用要求，成为首秦公司加热炉选型的重大课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型步进梁式板坯加热炉直接使用高炉煤气加热的方法，实现了直接利用低热值煤气为燃料的同时排烟温度降至150℃左右，充分回收废气余热，有显著的节能效果，并大大降低了污染气体的排放，具有巨大的社会价值。
本发明将蓄热式技术应用于大型步进梁式板坯加热炉，主要工艺流程如下：
加热所需板坯在入炉辊道上自动定位后由装钢机托起板坯送入加热炉内，并根据板坯宽度自动控制装钢机的行程，使装入炉内的板坯与炉内前一块板坯保持50mm间隔。炉内步进梁通过上升-前进-下降-后退的循环运动，将板坯一步一步向前输送，板坯经过预热段、各个加热段和均热段完成加热和均温过程，在这一过程中加热二级计算机控制系统根据从数据库调入的该板坯的原始数据自动生成加热工艺(二级数据库中有西门子公司多年的加热数据模型，根据板坯数据二级系统自动对应相应加热工艺要求)，自动设定和控制各段炉温，使板坯到达出料端时加热到轧制工艺要求的温度。板坯到达由激光检测器控制的出钢位置后，托出机将其托出，放在出炉辊道上，然后由辊道送到除鳞机进行除鳞，除鳞后送入四辊可逆轧机进行轧制。
其中具体板坯在炉内加热过程内容如下：
板坯通过步进梁由入炉向出炉端步进，在步进过程中通过预热段、第一加热段、第二加热段、第三加热段和均热段，根据各钢种加热工艺要求对每个加热段的加热温度进行控温，各段温度控制范围：
| 均热段 | 第三加热段 | 第二加热段 | 第一加热段 |
| 1150℃-1280℃ | 1200-1300℃ | 1150-1250℃ | 950-1150℃ |
按炉膛实际温度控制投入相应加热段的蓄热式烧嘴数量(40对-52对)，自动燃烧系统将根据加热工艺要求的温度自动控制调节空气、煤气支管调节阀门，每个加热段对应有高炉煤气支管和供风支管，通过调节支管上的调节阀实现高炉煤气与供风的配比后(按流量计所测空气与煤气流量进行调配，空气与煤气的配比即空燃比为0.7)，送至蓄热式烧嘴前，选择各段位置蓄热式烧嘴投入后，高炉煤气与空气分别通过蓄热式室蓄热至800℃-1000℃后进入加热炉内实现板坯的加热，加热后产生的废气从对面的烧嘴通过引风机抽引炉内烟气(通过调节引风管路调节阀门实现炉膛压力的调节)，烟气经由蓄热体时热量被吸收，从高温降至120～180℃，通过排烟管道送至烟囱排出，加热炉两侧蓄热式烧嘴交替燃烧、排烟完成整个加热过程。蓄热式烧嘴工作原理参照高温空气燃烧技术的工作原理图1，以下为蓄热式烧嘴具体工作状态介绍：
1.蓄热式烧嘴成对工作，分别安装在炉子两侧(A侧、B侧)，两侧烧嘴交替变换燃烧和排烟状态，蓄热体(蓄热式烧嘴内置蓄热体，蓄热体是吸热、放热的中间载体)随之变换吸热和放热状态；
2.A侧烧嘴燃烧时，进入烧嘴的空气和煤气被蓄热体释放的热量加热。与此同时，B侧烧嘴排烟，烟气热量被B侧蓄热体吸收；
3.换向后，B侧烧嘴燃烧，空气和煤气流经B侧蓄热体而被加热，此时A侧烧嘴排烟，烟气热量被A侧蓄热体吸收；
4.如此周而复始，两侧蓄热式烧嘴内的蓄热体不断吸热、放热，排出的废气热量被吸收存留，空气和煤气被加热将热量带回炉内，烟气余热得到充分回收；
首秦公司宽厚板工程配套蓄热式加热炉主要技术参数：
首秦公司经过与多家蓄热式加热炉设计单位技术交流，了解到目前蓄热式技术在加热炉领域的应用已日趋成熟，蓄热式燃烧技术为首秦公司加热炉解决燃料问题提供一种较好的解决方案。北京神雾公司在国内首创的蓄热式烧嘴，可以把空气和煤气预热到1000℃以上的高温，即使烧纯高炉煤气，理论燃烧温度能达到2000℃，加热炉的实际炉温可以达到1400℃，完全能够满足加热炉的温度要求。蓄热式燃烧技术最重大的意义在于它直接利用低热值煤气为燃料，同时它能实现排烟温度降至150℃，充分回收废气余热，有显著的节能效果，并大大降低了污染气体的排放，为企业带来巨大经济效益的同时，具有更高的社会价值。
北京神雾热能技术有限公司承建的首秦公司宽厚板工程大型蓄热式板坯加热炉，在国内仍属首例，是国内最大的采用以纯高炉煤气为燃料的双蓄热式板坯加热炉。
发明的效果：蓄热式高温燃烧技术在大型步进梁式板坯加热炉上的应用，实现了大型宽厚板坯加热炉不必参混其他高热值燃料，直接使用纯高炉煤气作为加热燃料。宽厚板工程加热炉采用空气、煤气双蓄热式燃烧技术，实现了直接以纯高炉煤气为燃料，在利用首秦自有煤气资源的基础上，满足加热炉工艺温度的要求，解决了加热炉燃料的重大课题。同时具有巨大的节能效果，大大降低了污染气体的排放，环保效果显著。
伴随着全球能源的日趋紧张，使用纯高炉煤气的效益将更加可观，从社会效益来看节能、环保等均十分有益，甚至超过直接经济效益，具有巨大的社会价值。
首秦公司4300mm宽厚板轧机工程配套加热炉，原常规加热炉设计为以天然气、高炉煤气混合成热值2200kcal/Nm3的混合气为燃料，两座加热炉小时天然气耗量达到7300Nm3/h，首秦公司的地理位置没有可利用的天然气管道，使用外购的天然气做燃料必然增加成本，而且用罐车输送的天然气无法满足现场大量的天然气消耗要求，更重要的是外部能否保证长期稳定供应天然气给工业使用，也存在不确定因素。因此，如何既能利用好首秦公司自产的高炉煤气，又能满足板坯加热炉的使用要求，成为首秦公司加热炉选型的重大课题。
附图说明
图1为本发明蓄热式高温空气燃烧技术的原理图。其中，蓄热蜂窝体1、蓄热式烧嘴2、三通换向阀3、煤气或空气支管4、接煤气或空气废气支管5、煤气或空气主管6；箭头代表炉内燃烧废气流动方向。
具体实施方式：
蓄热式加热炉的加热关键技术在于燃耗系统和排演系统的有机结合，采用蓄热式燃烧技术的宽厚板工程加热炉，蓄热式烧嘴采用成对布置，从鼓风机出来的空气和高炉煤气主管道送至炉体的高炉煤气，通过换向阀切换进入蓄热式烧嘴内时被加热，在极短的时间内，常温高炉煤气和空气被加热到接近炉膛温度，被加热的高温煤气与空气进入炉膛后，卷吸周围炉内的烟气形成一股含氧量大大低于21％的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄高温空气与高温高炉煤气在贫氧状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内燃烧后的热烟气经过对面的蓄热式烧嘴，将显热储存在蓄热式烧嘴内的蓄热体，然后低于150℃的低温烟气经过换向阀在引风机的抽引下经由废气管道进入烟囱后排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使得两个蓄热式烧嘴处于蓄热与放热状态交替工作，从而达到节能和降低NOx排放量的目的。
采用蓄热式燃烧技术的宽厚板工程加热炉，可以把空气和煤气预热分别到1000℃以上的高温，实现了直接采用热值较低的纯高炉煤气为燃料，高炉煤气理论燃烧温度能达到2000℃，加热炉的实际炉温可以达到1400℃，经过首秦公司蓄热式加热炉1年的投入实践证明，宽厚板工程加热炉采用蓄热式加热技术能够满足了各种板坯加热工艺要求。
Claims (4)
1、一种大型步进梁式板坯加热炉使用高炉煤气加热的方法，其特征在于，板坯通过步进梁由入炉向出炉端步进，在步进过程中通过预热段、第一加热段、第二加热段、第三加热段和均热段，根据各钢种加热工艺要求对每个加热段的加热温度进行控温，按炉膛实际温度控制投入相应加热段的蓄热式烧嘴数量，自动燃烧系统将根据加热工艺要求的温度自动控制调节空气、煤气支管调节阀门，每个加热段对应有高炉煤气支管和供风支管，通过调节支管上的调节阀实现高炉煤气与供风的配比后(按流量计所测空气与煤气流量进行调配，空燃比为0.7，送至蓄热式烧嘴前，选择各段位置蓄热式烧嘴投入后，高炉煤气与空气分别通过蓄热式烧嘴的蓄热室被蓄热至800℃-1000℃后进入加热炉内实现板坯的加热，加热后产生的废气从对面的烧嘴通过引风机抽引炉内烟气，烟气经由蓄热体时热量被吸收，从高温降至120℃-180℃，通过排烟管道送至烟囱排出，加热炉两侧蓄热式烧嘴交替燃烧、排烟完成整个加热过程。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，各段温度控制范围为：第一加热段：950-1150℃，第二加热段：1150-1250℃，第三加热段：1200-1300℃，均热段：1150℃-1280℃。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，投入相应加热段的蓄热式烧嘴数量为40对-52对。
4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的空燃比是指空气与煤气的配比。
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