CN108826989B - 一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉及方法，试验炉包括炉体、活动端墙、辐射管、滑道、台车炉底、换热器、预热空气管、辐射管烧嘴，与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉及方法，可以对实际生产中连退炉的辐射管燃烧性能进行检测，检测结果可用于连退炉燃烧控制模型燃烧参数的优化，提高辐射管的燃烧效率、换热器的效率、降低燃料消耗、降低NOx污染物排放量，有利于节能与环保。另外，在辐射管成套装置的新产品开发设计过程中，对热参数的选取，也是非常重要的一个实验手段，提高新产品的加热效果，保证薄带钢的加热质量。

Description

一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉及方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金行业中的连退炉燃烧技术领域，尤其涉及一种辐射管加热成套装置燃烧性能热模拟实验炉及方法。

背景技术

辐射管主要用于硅钢、镀锌、冷轧连退炉薄带钢的加热。辐射管加热成套装置包括：主烧嘴、点火烧嘴、辐射管、回流装置、辐射管自身换热器几个主要组成部分，其燃烧性能的好坏直接影响连退炉薄带钢的加热质量。连退炉内通用N₂+H₂保护气体全密封，燃气在辐射管内燃烧后，可见的火焰长度、高温烟气在辐射管行程内的温度变化情况、辐射管壁面温度均匀性等热性能指标难以进行检测及掌控。带钢的加热质量无法在过程中精确控制，只能通过炉温粗略判断，影响最终产品的合格率。

因此，采用炉外对辐射管的燃烧性能进行检测是技术人员一直研究的方法，可以降低实际生产投资的风险，检测结果对生产具有重要的指导意义，同时对辐射管加热整套装置的开发设计也是至关重要的依据。

如申请号CN201611166216.0名为“一种多管束集成式辐射管燃烧实验系统及方法”的发明专利，公开的是一种蓄热式辐射管管燃烧的实验系统及方法。包括蓄热式燃烧装置、三通阀、烟气、燃气管线。该发明只是适用于蓄热式燃烧方式的辐射管加热装置的实验，不适合常规燃烧方式的辐射管热性能检测。

申请号CN201420591764.8名为“辐射管烧嘴实验装置”的实用新型专利，公开了一种辐射管烧嘴实验装置，包括中空的箱体状炉体和设置于炉体内的冷却水管，炉体沿长度方向的一侧开设有辐射管安装孔和热电偶安装孔。该发明提供的是为单一的辐射管烧嘴进行实验的装置，炉体为箱体结构，不能对辐射管壁面温度进行检测，无法确定辐射管加热质量。

综上所述，现有技术中，辐射管燃烧性能检测方法，还存在无法提供与实际生产相接近的燃料，模拟结果与生产实际还存在一定差距。均为一个单方面的热性能检测，没有形成辐射管成套装置的热性能检测。因此，需要研究一种与实际生产的燃料相同的实验装置，可以完成辐射管加热成套装置的燃烧性能检测，检测的结果更接近生产实际状况，对生产中燃烧参数的优化以及新产品设计，具有实际指导意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉及方法，克服现有技术的不足，解决实际生产中辐射管内火焰燃烧状态难以检测的问题，提高辐射管温度壁面温度均匀性，保证薄带钢产品的加热质量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉，包括炉体、活动端墙、辐射管、滑道、台车炉底、换热器、预热空气管、辐射管烧嘴，所述活动端墙与台车炉底固定连接，台车炉底行走于滑道上，活动端墙、台车炉底与炉体之间相互顶接，构成一个箱体结构；所述辐射管安装在台车炉底上，辐射管的燃气入口和烟气出口设置在活动端墙上，辐射管的燃气入口设置有辐射管烧嘴，并连接煤气管路，辐射管的烟气出口处设置有换热器，换热器分别连接烟气排出管道和助燃空气管道，换热器的助燃空气出口连接预热空气管，预热空气管的出口连接辐射管燃气入口；在辐射管上设置有辐射管壁面温度均匀性检测装置，在烟气排出管道上设置有火焰燃烧状态检测装置，在辐射管烟气出口处设置有辐射管热效率检测装置，在换热器前后的烟气管道上设置有换热器热效率检测装置，在预热空气管上设置有烟气回流量检测装置。

所述活动端墙与炉体之间成插接结构，所述台车炉底与炉体之间成插接结构，在所述台车炉底的端部安装有牵引装置，在台车炉底的底部设有滑轮。

所述活动端墙、台车炉底与炉体的炉墙内衬为耐火纤维，外面为钢板。

在所述炉体上还设有水冷管。

所述烟气排出管道连接引风机，所述助燃空气管道连接鼓风机，在所述助燃空气管道上还设有空气调节阀。

在所述煤气管路上设有煤气计量表和煤气调节阀。

一种采用辐射管燃烧性能热模拟试验炉对辐射管燃烧性能热模拟试验的方法，包括如下步骤：

1)通过煤气管路向辐射管中通入与钢铁企业实际生产相同的焦炉煤气或混合煤气或高炉煤气，通过鼓风机将助燃空气送入换热器中预热，预热后助燃空气与一部分回流烟气进入辐射管烧嘴与燃气混合喷入辐射管内进行燃烧；

2)引风机将燃烧后的烟气从辐射管的另一端经过换热器排出炉外；

3)辐射管壁面温度均匀性检测：沿辐射管长度方向布置30-40支热电偶，采用多点在线温度记录仪记录温度检测数值；

4)火焰燃烧状态检测：在烟气排出管道上开一个取样孔，取样孔处焊接一段取样管，取样管连接一台烟气成分分析仪，在线检测火焰燃烧后烟气中剩余的可燃成分、氧以及NOx产生量，由此判断火焰的燃烧状态；

5)辐射管热效率检测、换热器热效率检测：在辐射管烟气出口处、换热器前后的烟气管道上，分别开一个温度检测孔，将热电偶插入管道的中心，在线检测烟气温度，根据三个位置的烟气温度，计算辐射管热效率和换热器热效率；

6)烟气回流量检测：在预热空气管上开一个烟气成分取样口，并连接一台烟气成分分析仪，检测回流烟气与助燃空气混合物中的氧含量，通过与排出烟气中氧含量比较，计算出烟气回流量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉及方法，可以对实际生产中连退炉的辐射管燃烧性能进行检测，检测结果可用于连退炉燃烧控制模型燃烧参数的优化，提高辐射管的燃烧效率、换热器的效率、降低燃料消耗、降低NOx污染物排放量，有利于节能与环保。

另外，在辐射管成套装置的新产品开发设计过程中，对热参数的选取，也是非常重要的一个实验手段，提高新产品的加热效果，保证薄带钢的加热质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-活动端墙、2-炉体、3-水冷管、4-辐射管、5-辐射管壁面温度均匀性检测装置、6-滑道、7-台车炉底、8-牵引装置、9-煤气管路、10-煤气计量表、11-煤气调节阀、12-预热空气管、13-取样孔、14-换热器、15-空气调节阀、16-空气计量表、17-助燃空气管道、18-鼓风机、19-烟气排出管道、20-引风机、21-辐射管烧嘴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1，一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉，包括炉体2、活动端墙1、辐射管4、滑道6、台车炉底7、换热器14、预热空气管17、辐射管烧嘴21，所述活动端墙1与台车炉底7固定连接，台车炉底7行走于滑道6上，活动端墙1、台车炉底7与炉体2之间相互顶接，构成一个箱体结构；所述辐射管4安装在台车炉底7上，辐射管4的燃气入口和烟气出口设置在活动端墙1上，辐射管4的燃气入口设置有辐射管烧嘴21，并连接煤气管路9，辐射管4的烟气出口处设置有换热器14，换热器14分别连接烟气排出管道19和助燃空气管道17，换热器14的助燃空气出口连接预热空气管12，预热空气管12的出口连接辐射管4燃气入口；在辐射管4上设置有辐射管壁面温度均匀性检测装置，在烟气排出管道19上设置有火焰燃烧状态检测装置，在辐射管4烟气出口处设置有辐射管热效率检测装置，在换热器14前后的烟气管道上设置有换热器热效率检测装置，在预热空气管12上设置有烟气回流量检测装置。

所述活动端墙1与炉体2之间成插接结构，所述台车炉底7与炉体2之间成插接结构，在所述台车炉底7的端部安装有牵引装置8，在台车炉底7的底部设有滑轮。

炉体2为固定设置，通过牵引装置8台车炉底7可以带动活动炉墙1脱离炉体2，在炉体2外可以将辐射管4装在台车炉底7及活动炉墙1上，然后将台车炉底7推进炉体2内，这样方便辐射管4的安装、拆卸、更换。活动端墙1与炉体2、台车炉底7与炉体2之间的插接结构可以保证整个箱体的密封，防止热量外泄。活动端墙1作为辐射管烧嘴21及换热器14的安装端，与辐射管4成套装置组成一个整体。

所述活动端墙1、台车炉底7与炉体2的炉墙内衬为耐火纤维，外面为钢板。

在所述炉体2上还设有水冷管3。冷却水流量根据辐射管4负荷大小可调，冷却水带出炉的热量与实际生产中的薄带钢带走的有效热量相当，使辐射管4加热状态更接近生产实际。

所述烟气排出管道19连接引风机20，所述助燃空气管道17连接鼓风机18，在所述助燃空气管道17上还设有空气调节阀15。

辐射管4为U型、W型。辐射管4中设有配套的点火器。

在所述煤气管路9上设有煤气计量表10和煤气调节阀11。煤气管路9可以通入与钢铁企业实际生产相同的焦炉煤气、混合煤气、高炉煤气三种不同的燃料，模拟结果更接近生产实际。

本发明是将辐射管成套装置安装在热模拟试验炉上，并在辐射管4及各个管道上安装了辐射管热性能检测设备及仪表，包括：辐射管壁面温度均匀性检测、火焰燃烧状态检测、辐射管热效率检测、换热器热效率检测、烟气回流量检测设备及仪表。通过辐射管4点火、燃烧、升温、热负荷调节，完成辐射管4燃烧性能的热模拟检测。

一种采用辐射管燃烧性能热模拟试验炉对辐射管燃烧性能热模拟试验的方法，包括如下步骤：

1)通过煤气管路9向辐射管4中通入与钢铁企业实际生产相同的焦炉煤气或混合煤气或高炉煤气，通过鼓风机18将助燃空气送入换热器14中预热，预热后助燃空气与一部分回流烟气进入辐射管烧嘴21与燃气混合喷入辐射管4内进行燃烧；

2)引风机20将燃烧后的烟气从辐射管4的另一端经过换热器14排出炉外；

3)辐射管壁面温度均匀性检测：沿辐射管4长度方向布置30-40支K型热电偶，采用焊接方式固定对应的耐热钢片，用于压住固定热电偶。采用多点在线温度记录仪记录温度检测数值；

4)火焰燃烧状态检测：在烟气排出管道19上开一个直径为10mm的取样孔，取样孔处焊接一段取样管，取样管连接一台烟气成分分析仪，在线检测火焰燃烧后烟气中剩余的可燃成分、氧以及NOx产生量，由此判断火焰的燃烧状态；

5)辐射管热效率检测、换热器热效率检测：在辐射管4烟气出口处、换热器14前后的烟气管道上，分别开一个温度检测孔，将热电偶插入管道的中心，在线检测烟气温度，根据三个位置的烟气温度，计算辐射管4热效率和换热器14热效率；

6)烟气回流量检测：在预热空气管12上开一个烟气成分取样口13，并连接一台烟气成分分析仪，检测回流烟气与助燃空气混合物中的氧含量，通过与排出烟气中氧含量比较，计算出烟气回流量。

根据质量守恒定律，卷吸烟气之后的助燃空气中的氧气质量等于卷吸烟气之前的助燃空气中的氧气质量与卷吸的烟气中的氧气质量之和。

经推导，

式中：V_x、V_k分别为卷吸烟气量和卷吸烟气之前的助燃空气流量，m³/h；

分别为卷吸烟气之前的助燃空气中的含氧量、卷吸烟气之后的助燃空气中的含氧量和卷吸烟气的含氧量，％。

实施例1：

年产50万吨的冷轧连退炉，采用混合煤气燃料。将W型辐射管配套安装在热模拟实验炉中，采用相同的混合煤气为燃料，对辐射管燃烧的热性能进行检测。采用40支热电偶检测辐射管壁面温度的均匀性，检测辐射管的热效率、换热器的热效率、回流烟气量。通过热性能检测，对其空燃比、吸力参数进行了优化。优化后的参数应用在实际生产中，将连退炉的单耗从0.927GJ/t降低为0.895GJ/t，降低了3.45％，NOx排放量由原来的105ppm，降低到79ppm。

实施例2：

某硅钢厂采用焦炉煤气为燃料的干燥炉，将其使用的U型辐射管配套安装在热模拟实验炉中，采用相同的焦炉煤气为燃料，对辐射管燃烧的热性能进行检测。采用30支热电偶检测辐射管壁面温度的均匀性，同时检测了辐射管的热效率、换热器的热效率。通过热性能检测，取得了热参数，用于新型的高效低氮的大回流烟气循环的辐射管成套装置的开发及研制。新产品在实际应用后，辐射管燃烧效率为99.9％，辐射管热效率大于70％，辐射管管壁温度最大温差小于100℃。

实施例3：

年产62万吨的热镀锌连退炉，采用混合煤气为燃料。将其使用的W型辐射管配套安装在热模拟实验炉上，采用相同的混合煤气为燃料，对辐射管加热的燃烧性能进行检测。采用40支热电偶检测辐射管壁面温度的均匀性，同时检测了辐射管的热效率、换热器的热效率。通过热性能检测，优化了空燃比燃烧参数，提高了辐射管的加热能力，提高了热镀锌连退炉的生产能效1.1％。

Claims (7)

1.一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉，其特征在于，包括炉体、活动端墙、辐射管、滑道、台车炉底、换热器、预热空气管、辐射管烧嘴，所述活动端墙与台车炉底固定连接，台车炉底行走于滑道上，活动端墙、台车炉底与炉体之间相互顶接，构成一个箱体结构；所述辐射管安装在台车炉底上，辐射管的燃气入口和烟气出口设置在活动端墙上，辐射管的燃气入口设置有辐射管烧嘴，并连接煤气管路，辐射管的烟气出口处设置有换热器，换热器分别连接烟气排出管道和助燃空气管道，换热器的助燃空气出口连接预热空气管，预热空气管的出口连接辐射管燃气入口；在辐射管上设置有辐射管壁面温度均匀性检测装置，在烟气排出管道上设置有火焰燃烧状态检测装置，在辐射管烟气出口处设置有辐射管热效率检测装置，在换热器前后的烟气管道上设置有换热器热效率检测装置，在预热空气管上设置有烟气回流量检测装置。

2.根据权利要求1所述的一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉，其特征在于，所述活动端墙与炉体之间成插接结构，所述台车炉底与炉体之间成插接结构，在所述台车炉底的端部安装有牵引装置，在台车炉底的底部设有滑轮。

3.根据权利要求1所述的一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉，其特征在于，所述活动端墙、台车炉底与炉体的炉墙内衬为耐火纤维，外面为钢板。

4.根据权利要求1所述的一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉，其特征在于，在所述炉体上还设有水冷管。

5.根据权利要求1所述的一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉，其特征在于，所述烟气排出管道连接引风机，所述助燃空气管道连接鼓风机，在所述助燃空气管道上还设有空气调节阀。

6.根据权利要求1所述的一种辐射管燃烧性能热模拟试验炉，其特征在于，在所述煤气管路上设有煤气计量表和煤气调节阀。

7.一种采用如权利要求1所述的辐射管燃烧性能热模拟试验炉对辐射管燃烧性能热模拟试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)通过煤气管路向辐射管中通入与钢铁企业实际生产相同的焦炉煤气或混合煤气或高炉煤气，通过鼓风机将助燃空气送入换热器中预热，预热后助燃空气与一部分回流烟气进入辐射管烧嘴与燃气混合喷入辐射管内进行燃烧；

2)引风机将燃烧后的烟气从辐射管的另一端经过换热器排出炉外；

3)辐射管壁面温度均匀性检测：沿辐射管长度方向布置30-40支热电偶，采用多点在线温度记录仪记录温度检测数值；

4)火焰燃烧状态检测：在烟气排出管道上开一个取样孔，取样孔处焊接一段取样管，取样管连接一台烟气成分分析仪，在线检测火焰燃烧后烟气中剩余的可燃成分、氧以及NOx产生量，由此判断火焰的燃烧状态；

5)辐射管热效率检测、换热器热效率检测：在辐射管烟气出口处、换热器前后的烟气管道上，分别开一个温度检测孔，将热电偶插入管道的中心，在线检测烟气温度，根据三个位置的烟气温度，计算辐射管热效率和换热器热效率；

6)烟气回流量检测：在预热空气管上开一个烟气成分取样口，并连接一台烟气成分分析仪，检测回流烟气与助燃空气混合物中的氧含量，通过与排出烟气中氧含量比较，计算出烟气回流量。

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