CN101839638B - 液态出渣高温硅钢板坯加热炉蓄热和预热组合式加热方法 - Google Patents

Abstract

一种液态出渣高温硅钢板坯加热炉蓄热和预热组合式加热方法，属于工业炉技术领域。板坯通过步进梁由入炉向出料端步进，在步进过程中通过热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段、均热段，根据硅钢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，选择各段蓄热烧嘴投入后，混合煤气备件通过煤气预热器预热至300℃，空气通过蓄热烧嘴的蓄热室被蓄热至1000～1100℃后进入加热炉内混合充分燃烧，从而实现硅钢板坯的加热，烟气经由蓄热式烧嘴的蓄热室时烟气热量被蓄热体充分吸收，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降低炉尾排烟温度，均化炉内温度场分布，降低燃料消耗，大大减少CO₂、NO_X化物的排放，节能、环保效果显著。

Description

液态出渣高温硅钢板坯加热炉蓄热和预热组合式加热方法

技术领域

本发明属于工业炉技术领域，特别是提供了一种液态出渣高温硅钢板坯加热炉蓄热和预热组合式加热方法，采用煤气预热、空气蓄热和预热组合式加热，应用于液态出渣高温硅钢加热炉，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研究合作，成功开发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，但首钢迁安钢铁有限责任公司1580mm热轧工程加热炉是国内外第1座在在线液态出渣高温硅钢加热炉上采用蓄热式燃烧技术的加热炉，从2010年8月竣工投入运行至2011年4月，满足了各种钢种的加热工艺要求，满足了轧线轧制钢板入库2万吨/月以上的板坯加热量。首钢迁安钢铁有限责任公司1580mm热轧工程加热炉的顺利投入为蓄热式技术在在线液态出渣高温硅钢加热炉领域的应用提供了实践证明。

首钢迁安钢铁有限公司1580mm热轧工程加热炉项目，原设计方案采用传统的高温硅钢加热炉方案，即采用2700Kcal/Nm³热值的混合煤气为燃料，煤气预热至300℃，空气预热至550℃。但是随着“低碳经济”的到来，怎样最大限度降低加热炉CO₂、NO_X的排放，同时又能满足高温硅钢板坯加热炉的使用要求，成为首钢迁钢钢铁有限责任公司1580mm热轧硅钢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液态出渣高温硅钢板坯加热炉蓄热和预热组合式加热方法，采用煤气预热、空气蓄热和预热组合式加热，实现了在高温硅钢加热炉上采用蓄热燃烧技术，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，具有巨大的经济效益、环境效益和社会效益。

本发明将蓄热式燃烧技术应用在大型步进梁式液态出渣高温硅钢板坯加热炉，主要工艺流程如下：

板坯(硅钢板坯)通过步进梁由入炉端向出料端步进，在步进过程中板坯通过热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，根据取向硅钢加热工艺要求对每个加热段的加热温度进行控温，其中，预热段和第一加热段按炉膛实际温度控制投入相应的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、烟气支管调节阀门，每个加热段对应有混合煤气支管、供风支管和排烟支管，通过调节支管上的调节阀实现混合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2.6～2.9，送至蓄热式烧嘴前，选择各段蓄热式烧嘴投入后，助燃空气通过蓄热烧嘴的蓄热室被蓄热至1000～1100℃后进入加热内与预热的热煤气混合燃烧，实现板坯的加热，燃烧后产生的废气通过引风机的抽吸，烟气经蓄热体时热量被吸收，从高温降至120～180℃，通过调节供风支管和排烟支管上的调节阀实现排烟烟气与供风的配比(按流量计所测烟气与空气流量进行调配，抽吸比为0.85～0.95，废气通过排烟管送至烟囱排出，加热炉两侧蓄热式烧嘴交替燃烧、排烟完成整个加热过程；另外，第二加热炉、均热段和火封烧嘴段在加热高温出炉的取向硅钢期间，1360～1420℃排烟温度以及炉两侧需要布置液态出渣口，不具备布置蓄热烧嘴条件，因此采用常规的空、煤气双预热模式；此部分供热段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，每个供热段对应有混合煤气支管、供风支管，通过调节支管上的调节阀实现混合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2.6～2.9，送至低NO_X调焰烧嘴前，实现板坯加热和液态出渣，燃烧产生的烟气通过炉尾烟道送至烟囱，排烟温度在240～300℃，整个加热炉综合排烟温度在220～250℃。

板坯通过步进梁由入炉端向出炉端步进，在步进过程中通过热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，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	第二加热段	第一加热段	预热段
				1150～1400℃	1200～1400℃	1150～1350℃	950～1250℃

投入相应加热段的蓄热式烧嘴数量为8对～16对。

所述的空燃比是指空气与煤气的配比。

所述的抽吸比是指烟气与空气的配比。

预热段、第一加热段采用煤气预热至250～300℃，空气蓄热至1000～1100℃加热模式，即煤气预热、空气蓄热组合加热模式；而第二加热段、均热段、火封段采用煤气预热至250～300℃，空气预热至500～550℃加热模式，即空、煤气双预热组合加热模式。

蓄热式烧嘴工作原理参照高温空气燃烧技术的工作原理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，进入烧嘴的空气被蓄热体释放的热量加热。于此同时，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，空气经B侧蓄热体而被加热，于此同时，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，烟气得到充分回收。

首钢迁钢公司1580mm热轧高温硅钢加热炉主要技术参数：

由于蓄热式技术在常规轧钢加热炉领域的应用已日趋成熟，但是在液态出渣高温硅钢加热炉采用蓄热式燃烧技术，在国内外还是首创，采用蓄热和预热组合式燃烧技术为首钢迁钢钢铁有限责任公司高温硅钢加热炉节能、减排提供一种较好的解决方案。北京首钢国际工程技术有限公司在国内外首创液态出渣高温硅钢加热炉采用蓄热和预热组合式技术，可以把煤气预热到300℃，用于预热段、第一加热段约65％的助燃空气蓄热到1000～1100℃，用于第二加热段、均热段和火封段约35％的助燃空气预热到550℃，通过蓄热烧嘴排出的烟气温度在150℃，而通过常规炉尾烟道排烟温度在330℃，综合排烟温度在230℃。高温硅钢液态出渣加热炉采用蓄热和预热组合式燃烧技术最重大的意义在于它直接利用蓄热燃烧技术的优点、适用范围以及高温硅钢加热炉的炉型和工艺要求，同时它能实现排烟温度由传统预热式400℃降至230℃，充分回收烟气余热，有显著的节能效果，并大大降低了CO₂、NO_X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。

本发明的优点、积极效果：

蓄热和预热组合式燃烧技术在大型步进梁式液态出渣高温硅钢板坯加热炉上的应用，打破了传统的高温硅钢加热炉只采用预热式燃烧技术，本发明直接利用蓄热燃烧技术的优点、适用范围以及高温硅钢加热炉的炉型和工艺要求，实现了排烟温度由传统预热式400℃降至230℃，充分回收烟气余热，具有巨大的节能效果，大大降低了污染气体的排放，环保效益显著。

伴随着全球能源的日趋紧张，在液态出渣高温硅钢加热炉上采用蓄热和预热组合式燃烧技术，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。

附图说明

图1为本发明工艺布置图。其中，热回收段1、预热段2、一加热段3、二加热段4、均热段5、液态出渣口6、炉尾烟道7、空气换热器8、煤气换热器9、烟囱10、蓄热烧嘴11、低NO_X调焰烧嘴12、平焰烧嘴13、火封烧嘴14、各段空、煤、烟气调节阀15、炉尾烟道调节阀16、排烟风机17、鼓风机18、

图2为本发明蓄热式高温空气燃烧技术的原理图。其中，小球蓄热体19、蓄热式烧嘴20、空、煤、烟气换向阀21、煤气支管22、空气支管23、烟气支管24、空、煤、烟气段管25、烟气总管26、煤气总管27、空气总管28；箭头代表炉内燃烧废气流动方向。

具体实施方式

蓄热和预热组合式液态出渣高温硅钢步进梁式板坯加热炉的加热关键技术在于燃烧系统和排烟系统的有机结合，采用蓄热和预热组合式燃烧技术的液态出渣高温硅钢步进梁式板坯加热炉，采用蓄热式技术的预热段和第一加热段供热段16对蓄热烧嘴成对布置，从鼓风机出来的空气通过换向阀切换进入蓄热式烧嘴内被蓄热体加热，在极短的时间内常温空气被加热到接近炉膛温度，被加热的空气与预热煤气进入炉膛后，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，同时稀薄高温空气与高温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，将显热释放给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NO_X排放量的目的。而第二加热段、均热段以及火封段，由于高温硅钢加热炉高温段炉型结构、高温硅钢的加热工艺制度以及蓄热式燃烧技术的适用范围等因素，不具备设置蓄热式烧嘴条件，为了尽可能多的回收烟气余热，而第二加热段、均热段以及火封段采用空、煤气双预热式模式，加热炉常规排烟烟道内设置空、煤气预热器，空气预热器将用于第二加热段、均热段和火封段燃烧的空气(占总助燃空气量的35％)预热到550℃，煤气预热器将用于所有供热段燃烧的冷煤气预热到300℃，经过空、煤气换热器预热的空、煤气通过空、煤气管道送至炉体的低NO_X调焰烧嘴和平焰烧嘴，在炉内燃烧，燃烧产生的烟气经过加热炉的第一加热段、预热段和热回收段后烟温800℃左右，燃烧通过设置炉尾烟道内的空、煤气换热器，将烟气温度由800℃降至330℃，然后在烟囱根部与蓄热部分150℃烟气汇合，最终以230℃烟温排放到大气。

采用蓄热和预热组合式燃烧技术的高温硅钢步进梁式加热炉，可以用于预热段和第一加热段助燃空气预热到1000℃以上的高温，于此同时在炉尾烟道设置空、煤气预热器将用于高温段助燃35％的空气以及全部燃烧的煤气分别预热到550℃和300℃，直接实现了高温硅钢步进梁式加热炉烟气余热回收最大化，打破了传统高温硅钢加热炉只采用预热技术的模式，经过首钢迁钢钢铁有限责任公司高温硅钢加热炉1年的投入实践证明，高温硅钢加热炉采用蓄热和预热组合式燃烧技术能够满足了高温硅钢加热工艺要求。

Claims (2)

1.一种液态出渣高温硅钢板坯加热炉蓄热和预热组合式加热方法，其特征在于，板坯通过步进梁由入炉端向出料端步进，在步进过程中板坯通过热回收段、预热段、第一加热段、第二加热段和均热段，根据取向硅钢加热工艺要求对每个加热段的加热温度进行控温，其中，预热段和第一加热段按炉膛实际温度控制投入相应的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、烟气支管调节阀门，每个加热段对应有混合煤气支管、供风支管和排烟支管，通过调节支管上的调节阀实现混合煤气与供风的配比后，空燃比为2.6～2.9，送至蓄热式烧嘴前，选择各段蓄热式烧嘴投入后，助燃空气通过蓄热式烧嘴的蓄热室被蓄热至1000～1100℃后进入加热炉内与预热的热煤气混合燃烧，实现板坯的加热，燃烧后产生的废气通过引风机的抽吸，烟气经蓄热体时热量被吸收，从高温降至120～180℃，通过调节供风支管和排烟支管上的调节阀实现排烟烟气与供风的配比，抽吸比为0.85～0.95，废气通过排烟管送至烟囱排出，加热炉两侧蓄热式烧嘴交替燃烧、排烟完成整个加热过程；

第二加热段、均热段和火封烧嘴段在加热高温出炉的取向硅钢期间，1360～1420℃排烟温度以及炉两侧需要布置液态出渣口，不具备布置蓄热式烧嘴条件，因此采用常规的空、煤气双预热模式；此部分供热段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，每个供热段对应有混合煤气支管、供风支管，通过调节支管上的调节阀实现混合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2.6～2.9，送至低NO_X调焰烧嘴前，实现板坯加热和液态出渣，燃烧产生的烟气通过炉尾烟道送至烟囱，排烟温度在240～300℃，整个加热炉综合排烟温度在220～250℃；

所述的抽吸比是指烟气与空气的配比；

各段温度控制范围为：预热段：950～1250℃，第一加热段：1150～1350℃，第二加热段：1200～1400℃，均热段：1150～1400℃；

预热段和第一加热段采用煤气预热、空气蓄热组合加热模式；预热段、第一加热段采用煤气预热至250～300℃，空气蓄热至1000～1100℃加热；第二加热段、均热段、火封烧嘴段采用空、煤气双预热组合加热模式，第二加热段、均热段、火封烧嘴段煤气预热至250～300℃，空气预热至500～550℃加热；

投入相应加热段的蓄热式烧嘴数量为8对～16对。

2.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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