CN101517100A

CN101517100A - 在炉中使用低热值燃料的加热方法及使用该方法的炉

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Publication number: CN101517100A
Application number: CNA2007800338105A
Authority: CN
Inventors: R-V·舍韦; P·吉罗
Original assignee: Stein Heurtey SA
Current assignee: Fives Stein SA
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: FR2905753B1; WO2008031937A2; AR062774A1; EP2059616A2; EP2059616B1; EA016077B1; CN101517100B; ES2547010T3; PL2059616T3; EA200970268A1; TW200821389A; WO2008031937A3; US20100047727A1; BRPI0716999A2; FR2905753A1

Abstract

钢铁冶金产品、尤其是板坯、大钢坯、毛坯或铸锭的加热炉(1)的控制方法，能够使要加热的产品达到轧制所需的温度，所述炉配有一换热器(A)。所述炉装有占多数的具有蓄热模块且以全开或全关方式运行的蓄热燃烧器类型的燃烧器；燃烧器以时间调节的方式运行；一部分燃烧烟气通过蓄热燃烧器的蓄热模块，以预热其中一个参与燃烧的流体(燃料或助燃剂)；剩余燃烧烟气通过换热器(A)，以预热在蓄热模块中预热的流体之外的流体(助燃剂或燃料)。

Description

在炉中使用低热值燃料的加热方法及使用该方法的炉

技术领域

本发明涉及一种控制加热炉的方法，特别是钢铁冶金产品如板坯、大钢坯、毛坯或铸锭的加热炉，使得可以用通常称为“贫气”的低热值燃料把要加热的产品加热到轧制所需的温度。

背景技术

“贫气”是指热值在2700千焦耳/标准立方米(kJ/Nm³)到4000千焦耳/标准立方米之间的气体燃料。

这些贫气一般由很大比例的惰性气体构成，如氮和二氧化碳，它们起着压载的作用，并且应在燃烧中被加热，因此限制理论燃烧温度。

下面通过例子详细地描述使用低热值气体燃料、例如高炉气的运行情况。

高炉气来自高炉，在铸铁生产时作为副产品而生成。它的主要优点在于可“无偿”获得，因此可以作为燃料提供给钢铁冶炼现场的炉。它的热值较低，约为3500千焦耳/标准立方米，这与它惰性气体N₂和CO₂含量很高的化学成分有关。为了使要加热的产品达到轧制要求的约1150-1280℃的出炉温度，炉壁和燃烧烟气必须达到约1300-1400℃的高温。根据现有技术，只使用贫气时，理论燃烧温度很难达到该温度。理论燃烧温度是燃烧结束时气体可能达到的最高温度。该温度通过确定开始时在化学计算比例或确定比例中得到的燃料/助燃剂混合物的最终状态进行计算，燃料/助燃剂混合物在恒定压力下经过瞬时绝热燃烧，因此与周围环境没有热交换。理论燃烧温度不能在炉中获得，因为一方面，燃烧永远不会瞬时产生，另一方面，火焰总是与它的周围环境交换热量。因此，在这些给定条件下，只能有效获得小于理论温度的实际火焰温度。该实际温度与理论温度之间的比称为“高温效率”。该概念在例如1981年4月第232期的Revue Générale deThermique期刊中的《钢铁冶金连续炉中的贫气燃料》一文中有详细介绍。高炉气的高温效率例如为0.80。为了说明本发明要解决的技术问题，考虑了该值。

因此，炉中存在烟气的最高温度相当于火焰的实际温度。

已经知道，提高理论燃烧温度的方法在于在燃烧器喷嘴的上游预热燃烧气体或助燃剂。

现有技术使用的方法在于，或者通过位于烟气管路中的换热器，或者通过蓄热燃烧器的蓄热模块使参与燃烧的两个流体之一预热。

图1-4是一种高炉贫气类型的燃料的计算值表，其体积成分如下：N₂ 56.7％，CO 24.5％，CO₂ 16.7％，H₂ 2.0％，其它0.1％。燃烧条件示于表头。

图1所示的计算表明，燃烧气体预热时，1250℃的气体温度不足以获得与通过富气达到的温度相似的烟气温度、即1400℃或更高。因此，该气体的预热温度水平不能通过位于烟气管路中的工业换热器获得，更不用说更高的温度水平。

可以把气体加热到高温的蓄热燃烧器能够使烟气与预热气体之间的温度差达到150℃。但是，蓄热燃烧器的气体预热温度限制在1150℃至1200℃之间。

因此，只预热燃烧气体不能获得足以把产品加热到1200℃的炉壁温度。

图2所示的计算表明，为了获得与通过富气得到的温度(1400℃及以上)相似的烟气温度，对贫气的预热必须预热到1000℃的温度。可以通过在蓄热燃烧器中的预热达到该温度水平。但是由于一些技术问题，该方法不能工业实施，这些技术问题使该方法很难实施，如气体在该温度水平下的固有危险，以及气体在该温度下的裂化导致的问题。因此只通过贫气的预热不能在工业上获得足以把产品加热到1200℃的炉壁温度。

另一种可以增加理论燃烧温度的方法在于实现燃烧气体的过氧化，即增加它的氧含量。

图3所示的使用450℃助燃剂的计算表明，该方法不能令人满意，因为即使把助燃剂加热到450℃，为了达到接近1400℃的烟气温度，需要使助燃剂中的氧含量为80％。出于安全原因，将几乎纯氧预热到该温度在工业上是不现实的。另外，根据工厂和氧的立方米成本的不同，该方法的赢利性将有很大变化。出于同样的原因，较低的氧含量与贫气加热相结合也不是令人满意的方法。

因此，根据现有技术使用的方法不能在令人满意的条件下仅通过低热值燃料使要加热的产品加热到轧制所需的温度。

发明内容

为了解决该技术问题，本发明主要在于控制加热炉的方法，特别是钢铁冶金产品如板坯、大钢坯、毛坯或铸锭的加热炉，该方法可以使要加热的产品达到轧制所需的温度，炉装有换热器，其特征在于：

-该炉配有占多数的蓄热燃烧器类型的燃烧器，该燃烧器具有蓄热模块，并且以全开或全关模式运行；

-燃烧器以调节时间的方式运行；

-一部分燃烧烟气通过蓄热燃烧器的蓄热模块，以便对其中一个参与燃烧的流体(燃料或助燃剂)进行预热；

-剩余的燃烧烟气通过一位于炉外部在一个烟道中的换热器，以便对在蓄热模块中预热的流体之外的流体(助燃剂或燃料)进行预热。

有利的是，一种贫气只作为燃料使用，并且将其中一个参与燃烧的流体在通过燃烧器的蓄热模块时获得的高温预热，与另一个参与燃烧的流体在通过换热器时获得的预热相结合，使要加热的产品在炉出口达到所需温度。

确定通过一个蓄热燃烧器的蓄热模块的烟气流量，以便获得烟气在蓄热燃烧器出口的所需温度，以及相应地获得要预热的流体在通过蓄热模块后的所需温度。

最好，对于同一对的两个蓄热燃烧器之间的转换的恒定周期时间，在每个周期调节每个蓄热燃烧器的加热模式的运行时间，使燃烧器传递所需的热值。

为了在炉的点火阶段或低工况运行时达到足够的火焰温度，通过使用最靠近换热器的炉子燃烧器，或者使用一个或几个辅助燃烧器，使来自换热器的流体的温度有利地保持在一个最低水平。最好，辅助燃烧器位于换热器上游的烟气管路上。

通过从换热器通过的烟气的比例来准确控制炉内压力，以限制空气的进入。

有利的是，贫气在燃烧器的蓄热模块中加热到600℃到800℃之间的一个温度，

-贫气的热值在2700千焦耳/标准立方米到4000千焦耳/标准立方米之间，

-助燃剂由在换热器中预热到400℃到600℃之间的一个温度的空气形成，以便获得一个高于1300℃的烟气温度，该温度可以使要加热的产品达到1150℃到1280℃之间的一个温度。

最好，蓄热燃烧器类型的燃烧器位于炉子相对的侧边，并且分为成对的相对的燃烧器组，对位于一侧的一对燃烧器进行控制，使燃烧器交替作为燃烧器和烟道运行，同时使位于另一侧的一对燃烧器交替作为烟道和燃烧器。蓄热燃烧器类型的燃烧器的数量大于另一类型的燃烧器的总数。

同一对的两个蓄热燃烧器之间转换的恒定周期时间有利地在40到80秒之间，并且在每个周期，调节每个蓄热燃烧器加热模式的运行时间，使燃烧器传递所要求的热值。

本发明还涉及钢铁冶金产品、特别是板坯、大钢坯、毛坯或铸锭的加热炉，该加热炉能够使要加热的产品达到轧制所需的温度，该加热炉具有一个换热器，该加热炉的特征在于，它具有：

-一方面，占多数的蓄热燃烧器类型的燃烧器，这些燃烧器具有蓄热模块，并且以全开或全关的方式运行；

-使燃烧器以时间调节的方式运行的装置；

-使一部分燃烧烟气通过蓄热燃烧器的蓄热模块、以便预热参与燃烧的流体(燃料或助燃剂)中的一个或另一个流体的装置；

-使剩余的燃烧烟气通过位于炉外部的一个烟道内的换热器、以便预热没有在蓄热模块中加热的流体(助燃剂或燃料)的装置。

附图说明

本发明除了上述方案外，还有一定数量的其它方式，下面将通过参照附图描述的实施例来解释本发明，这些实施例完全是非限定性的。附图中：

图1-3是一种高炉贫气型的燃料根据现有技术的方法得到的计算值表格，该贫气的体积成分如下：N₂ 56.7％，CO 24.5％，CO₂ 16.7％，H₂ 2.0％，其它0.1％。

图4是与图1-3类似的高炉贫气型燃料使用本发明方法得到的计算值表格。

图5是根据本发明的加热炉的平面示意图。

图6是图5的炉在两个相对的蓄热燃烧器处的垂直横剖面图。

具体实施方式

作为本发明的实施例，图4的表格示出通过贫气在蓄热模块中预热到700℃的适度温度与将燃烧气体在换热器中加热到450℃相结合，可以达到加热产品所要求的火焰温度。

本发明方法的一个特征在于，烟气分配在两个不同的管路中，可以根据管路对燃料或助燃剂进行预热，并且这些烟气管路的至少一个穿过一个耗尽炉子排出烟气的换热器。

本发明方法的另一特征在于，通过将其中一参与燃烧的流体在通过燃烧器的蓄热模块时得到的预热与另一参与燃烧的流体在通过换热器时得到的预热相结合，使得可以只使用一种贫气，借助火焰的高温，使要加热的产品在炉出口达到要求的温度。

本发明方法的另一特征在于，确定通过一个蓄热燃烧器的蓄热模块的烟气流量，以便获得烟气在蓄热燃烧器出口的所需温度，以及相应的要预热流体在通过蓄热模块后的所需温度。

实际上，为了用贫气达到需要的火焰温度，根据本发明，对助燃剂和燃料进行预热。为了使要预热的流体在蓄热模块出口达到要求的温度，必须使蓄热模块能够给流体传递相应的热能。如果蓄热模块在之前的燃烧器烟道模式运行时达到足够的温度，热能传递是可能的。实际上，对一定质量的蓄热模块，储存在模块中的能量与该温度相对应，在燃烧器下一次以加热模式运行时，当流体通过模块时，这些能量可以传递到要预热的流体中。

根据本发明的这一特征，在烟道模式运行时，在蓄热模块中流动的烟气流量限制为在蓄热模块上达到所需温度而需要的流量。多余的烟气流量通过管形换热器排到炉外，该换热器预热另一参与燃烧的流体，因此有助于炉子整体的良好热效率。

本发明方法的另一特征在于，对于同一对的两个蓄热燃烧器之间的转换的恒定周期时间，对每个周期调节每个蓄热燃烧器的加热模式运行时间，使燃烧器传递所需的热值。

一个燃烧器的工作周期时间包括加热模式的运行时间加上烟道模式的运行时间。对于恒定的周期时间，由于热能需求较低而减少加热模式的运行时间表现为烟道模式运行增加同样长的时间。由于燃烧器在烟道模式运行的时间更长，在蓄热模块中流动的烟气流量减小，因此使储存在模块中的能量限制到要预热流体在燃烧器下一次加热模式运行时所需的量。同样，多余的烟气流量通过穿过管形换热器排到炉外，换热器预热另一参与燃烧的流体，因此有助与炉子整体的良好热效率。

根据本发明的一个实施例，一个燃烧器的恒定周期时间为60秒，其中加热模式运行的基础时间为30秒，烟道模式的运行时间为30秒。当燃烧器要求的热值是其额定热值的100％时，燃烧器在加热模式运行30秒，然后在烟道模式运行30秒。当对燃烧器要求的热值是它的额定热值的50％时，燃烧器在加热模式运行15秒，然后在烟道模式运行45秒。由于使燃烧器在加热模式投入运行需要一定时间，因此存在一个加热模式的最小持续时间，例如5秒。因此，根据热能需求，加热模式运行的时间在5-30秒之间，对60秒的恒定周期时间，在加热时间上每减一秒，烟道模式的运行时间就增加一秒。

本发明方法的另一特征在于，利用从管形换热器通过的烟气比例准确地控制炉内压力，以限制气体进入。根据本发明，燃烧器通过蓄热模块排出的烟气流量是受限的。因此，炉中存在的大量烟气被用于控制炉的压力水平，这些烟气通过一气闸或排气机作用于烟气排出流量上，气闸或排气机的电机通过一电流变频器来控制。

图5示出本发明的一个实施例，该图示出位于炉1外部的一个烟道B中的一个例如管式的换热器A。燃烧气体和/或燃料的预热因此是在蓄热燃烧器2a、2b(图6)的上游、在它们之外实现。对涉及的所有燃烧器，预热在换热器中进行。预热通过热流体与冷流体之间的热交换连续进行。在蓄热燃烧器2a和2b中，烟气与要预热流体之间的能量传递直接在燃烧器内实现，或者紧靠燃烧器，在由蓄热材料的致密块形成的蓄热模块3a、3b中实现。

在所示的实施例中，被预热的是燃烧气体。燃烧气体从风机4通过供气管5通向一个供给器6，供给器6把气体分配在四个平行管路上，每个管路配有两个双通道连续交换器。一个收集器7在换热器的出口接受被预热的气体，以便通过供气管8将气体分配给燃烧器2a和2b。在烟气管路上，烟道B可以把从炉1排出的烟气带给换热器A，烟气在换热器A中冷却，同时把热量带给燃烧气体，然后通过烟道9排出。

现在详细描述蓄热燃烧器的工作原理。

如图6所示，蓄热燃烧器2a、2b成对地安装在炉1上。燃烧器安装在炉相对的纵向壁上，成对地互相面对。以轮流的方式，一对燃烧器的一个在加热时，另一个作为烟道。

每个燃烧器包括一个构件4a、4b，一个构件5a、5b和一个构件6a、6b，构件4a、4b特别由一个电动阀形成，控制燃料的进入，构件5a、5b特别由一个节流阀形成，控制燃烧气体通过一管子8进入，构件6a、6b特别由一个节流阀形成，可以排出燃烧气体。要注意的是，同一个构件，例如一个三通阀，可以保证构件5、6的两个功能。

如图6所示，当燃烧器2b作为烟道时，排气构件6b打开，进气构件5b关闭。燃烧气体通过蓄热模块3b，然后通过如图5所示的一个独立管路，通过管路10直到烟道11，排放到大气中。

当燃烧器2b加热时，每个构件的位置反转，因此这次是燃烧气体通过蓄热模块，然后与燃料混合，以便被燃烧。

因此，每个燃烧器交替地以加热模式运行，运行周期的时间由一个加热阶段和一个烟道阶段组成，持续时间通常在30-120秒之间。该持续时间取决于蓄热模块的体积及它可以聚集的热容量，以及其它这里不做描述的参数。

在图6所示的例子中，是燃烧气体在通过蓄热模块时被预热。根据另一个实施例，是燃料在通过蓄热模块时被预热。

燃烧器在加热模式输出的功率根据炉子所需的热量来调节。第一种调节模式在于通过改变燃烧器在加热模式运行期间的燃料流量来调整燃烧器的功率。有利的是，根据本发明的调节模式在于使燃料流量保持恒定，并调整燃烧器在加热模式的运行时间。

Claims

1.一种钢铁冶金产品的加热炉的控制方法，所述冶金产品尤其是板坯、大钢坯、毛坯或铸锭，该方法能够使要加热的产品达到轧制所需的温度，所述炉配有一个换热器，其特征在于：

-所述炉配有占多数的蓄热燃烧器类型的燃烧器(2a，2b)，所述燃烧器具有蓄热模块(3a，3b)，并且以全开或全关的方式运行；

-燃烧器以调节时间的方式运行；

-一部分燃烧烟气通过蓄热燃烧器的蓄热模块，以便对参与燃烧的流体中的其中一个流体(燃料或助燃剂)进行预热；

-剩余的燃烧烟气通过位于所述炉外部、在一个烟道(B)中的换热器(A)，以便对在蓄热模块中预热的流体之外的流体(助燃剂或燃料)进行预热。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

-一种贫气只作为燃料使用；

-将其中一个参与燃烧的流体在通过燃烧器的蓄热模块(3a，3b)时获得的高温预热，与另一个参与燃烧的流体在通过换热器(A)时获得的预热相结合，使得要加热的产品在炉出口可达到所需的温度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定通过一个蓄热燃烧器的蓄热模块的烟气流量，以便获得烟气在蓄热燃烧器出口的所需温度，以及相应地获得要预热的流体在通过蓄热模块后的所需温度。

4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，对于同一对的两个蓄热燃烧器之间的转换的一个恒定周期时间，在每个周期调节每个蓄热燃烧器的加热模式的运行时间，使燃烧器传递所需的热值。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，为了在炉的点火阶段或低工况运行时达到足够的火焰温度，或者通过使用最靠近换热器的炉的所述燃烧器，或者使用一个或几个辅助燃烧器，使来自换热器(A)的流体的温度保持在一个最低水平。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，辅助燃烧器位于换热器(A)上游的烟气管路上。

7.如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，利用从换热器(A)通过的烟气的比例来准确控制炉内的压力，以限制空气的进入。

8.如权利要求2或权利要求2与权利要求3-7之一的组合所述的方法，其特征在于：

-贫气在燃烧器的蓄热模块中预热到600℃到800℃之间的一个温度，

-助燃剂由在换热器(A)中预热到400℃到600℃之间的一个温度的空气形成，以便获得一个高于1300℃的烟气温度，使得可以使要加热的产品达到1150℃到1280℃之间的一个温度。

9.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，蓄热燃烧器类型的燃烧器(2a，2b)的数量大于另一类型的燃烧器的总数。

10.如上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，同一对的两个蓄热燃烧器之间的转换的恒定周期时间在40-80秒之间，并且在每个周期，调节每个蓄热燃烧器的加热模式的运行时间，使燃烧器传递所需的热值。

11.钢铁冶金产品的加热炉，所述产品尤其是板坯、大钢坯、毛坯或铸锭，该加热炉能够使要加热的产品达到轧制所需的温度，该加热炉具有一个换热器，其特征在于，它具有：

-一方面，占多数的蓄热燃烧器类型的燃烧器(2a，2b)，这些燃烧器具有蓄热模块(3a，3b)，并且以全开或全关的方式运行；

-使燃烧器(2a，2b)以时间调节的方式运行的装置(4a，5a；4b，5b)；

-使一部分燃烧烟气通过蓄热燃烧器的蓄热模块(3a，3b)、以预热参与燃烧的流体(燃料或助燃剂)中的一个或另一个流体的装置(6a，6b)；

-使剩余的燃烧烟气通过位于所述炉外部的一个烟道(B)中的换热器(A)、以预热没有在蓄热模块中加热的流体(助燃剂或燃料)的装置(B)。

12.如权利要求11所述的加热炉，其特征在于，蓄热燃烧器类型的燃烧器(2a，2b)的数量大于其它燃烧器的数量。