CN217465344U

CN217465344U - 一种配置单双蓄热双燃烧系统的轧钢加热炉

Info

Publication number: CN217465344U
Application number: CN202220037122.8U
Authority: CN
Inventors: 陈迪安; 江波; 陈国海; 李文; 苗为人; 汪小龙; 高文葆; 李�浩; 程杨; 韩琳; 刘磊; 汪泽; 王惠家; 张元福; 吴小冬; 周超
Original assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Shougang International Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2022-01-07
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2032-01-07

Abstract

一种配置单双蓄热双燃烧系统的轧钢加热炉，属于工业炉技术领域。加热炉配套的两套相互独立燃烧系统，其主要构成包括：高炉煤气系统、天然气系统、空气系统、空烟系统、煤烟系统、炉尾辅助排烟系统、双蓄热烧嘴及天然气喷嘴等。其优点在于：在单台加热炉上同时配置两套燃烧系统，加热炉根据燃料的供给条件和价格，在线自动切换，互为备用，提高生产组织的灵活性和经济性。本实用新型解决了传统加热炉在不同阶段采用不同类型煤气时，需进行加热炉燃烧系统大修改造，来适应加热炉燃料变换，项目改造存在投产高、周期长等问题，且加热炉在线只能使用一种热值的煤气，组织加热炉生产不灵活的难题。本实用新型的投入使用，提高企业能源供给的灵活性和经济性，具有巨大经济效益、社会效益和环境效益，具有广阔的市场前景。

Description

一种配置单双蓄热双燃烧系统的轧钢加热炉

技术领域

本实用新型属于工业炉技术领域，特别涉及一种轧钢加热炉同时配置单蓄热和双蓄热双燃烧系统设计及切换使用方法。

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，但国内某钢铁公司转型升级搬迁项目是国内第1座一种轧钢加热炉同时配置单蓄热和双蓄热双燃烧系统的加热炉，由于钢铁基地各工序建设先后关系以及资金投入的制约，项目建设先期先上轧钢工序，轧钢工序之前的冶炼工序滞后1-2年建设，因此轧钢加热炉设计煤气选择成为研究课题，考虑到整个钢铁基地建设和基地建成后能源平衡，基地建设先期配套轧钢工程采用8400Kcal/Nm³天然气作为燃料，将来非高炉炼铁工序投产后，采用700Kcal/Nm³高炉煤气作为主燃料，非高炉检修期间或高炉煤气供给不足期间，轧钢加热炉仍采用天然气作为燃料，为降低企业能源支出成本，实现企业自身的能源平衡。加热炉先后不同阶段采用不同热值煤气作为燃料，采用何种燃烧技术使将来生产燃料变换时，燃烧系统的改造费用最低、改造工期最短、改造前后燃烧系统控制精度不受影响。由于非高炉炼铁工序产生煤气的非连续性，为不影响加热炉稳定生产，加热炉设计还得考虑备用燃料的在线切换。因此综合考虑加热炉煤气热值的变化，加热炉燃烧系统的设计成为一个全新的课题。

由于钢铁基地各个工序建设先后步骤关系以及项目投资的制约，钢铁基地能源结构不断的变化，导致作为钢铁基地钢铁厂轧钢车间加热炉燃料也在阶段性的变化，在轧钢车间新建加热炉设计时，综合考虑燃料类型及热值变化对燃烧系统的影响，以及采用不同燃料类型及热值时，燃烧系统参数的相同点和不同点，把相同点和不同点综合考虑，建立静态和动态联系，以达到燃料类型及热值变换时，加热炉燃烧系统只作局部改造，甚至不改造，就能适用燃料变化对燃烧系统的影响，这正是本实用新型的内容。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种轧钢加热炉同时配置单蓄热和双蓄热双燃烧系统设计及切换使用方法。解决了传统加热炉在不同阶段采用不同类型煤气时，需进行加热炉燃烧系统大修改造，来适应加热炉燃料变换，项目改造存在投产高、周期长等问题，且加热炉在线只能使用一种热值的煤气，组织加热炉生产不灵活的难题。

一种配置单双蓄热双燃烧系统的轧钢加热炉，主要包括高炉煤气系统、天然气系统、空气系统、空烟系统、煤烟系统、炉尾辅助排烟系统、双蓄热烧嘴及天然气喷嘴的设计及切换使用方法。

一种配置单双蓄热双燃烧系统的轧钢加热炉，在现有轧钢天然气加热炉的基础上，增加了高炉煤气系统、煤烟系统；所述的高炉煤气系统包括高炉煤气蓄热烧嘴通、高炉煤气调节阀、高炉煤气流量计、高炉煤气切断阀；所述的高炉煤气蓄热烧嘴通过高炉煤气管道依次连接高炉煤气调节阀、高炉煤气流量计、高炉煤气切断阀；所述的高炉煤气蓄热烧嘴安装在轧钢加热炉上；所述的煤烟系统包括煤烟管道、三通换向阀、煤烟调节阀、煤烟引风机以及煤烟烟囱等部件，所有部件通过煤烟管道连接成一整体，形成煤烟排烟系统。

一种配置单双蓄热双燃烧系统的轧钢加热炉使用方法，其步骤如下：

当采用天然气作为主燃料，应用空气单蓄热燃烧技术；提高供风系统风量，所述的供风系统风量是采用高炉煤气作为主燃料的1.4倍；天然气通过天然气喷嘴和空气蓄热烧嘴组合成燃烧单元，此时煤气蓄热烧嘴处于关闭状态，天然气喷嘴喷出的常温天然气和经空气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，将释放的热量传递给钢坯，将钢坯加热到出炉目标温度，送到轧机进行轧制，此时高炉煤气系统处于关闭状态，作为备用燃料；天然气通过天然气喷嘴和空气蓄热烧嘴组合成燃烧单元，此时煤气蓄热烧嘴处于关闭状态，天然气喷嘴喷出的常温天然气和经空气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，燃烧产生的烟气量，90％通过空烟引风机抽吸，经空烟烟囱排到大气，另外10％烟气量依次通过炉尾辅助烟道、煤烟烟囱排到大气，此时煤气蓄热烧嘴及煤烟排烟系统处于关闭状态；

当高炉煤气作为主燃料，使用空、煤气双蓄热燃烧技术，煤气蓄热烧嘴和空气蓄热烧嘴组合成燃烧单元，此时，天然气喷嘴处于在线备用状态，常温高炉煤气经煤气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热煤气和常温空气经空气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，将释放的热量传递给钢坯，将钢坯加热到出炉目标温度，送到轧机进行轧制，此时天然气系统处于关闭状态，作为备用燃料；空气蓄热烧嘴蓄热能力按照采用天然气单蓄热燃烧系统需要的供风量设计，燃烧产生的40％的烟气量通过空烟引风机抽吸，经空烟烟囱排到大气，另外60％的烟气量通过煤烟引风机抽吸，经煤烟烟囱排到大气，此时天然气喷嘴以及炉尾辅助烟道均关闭状态，此时，烟囱仅作为双蓄热燃烧系统煤烟排烟系统使用。在炉尾烟道设置闸板阀，确保燃料切换时，烟囱组合使用功能的实现。

(1)两套独立的煤气设计以及煤气热值切换的设计及切换使用方法。加热炉投产前期采用天然气作为主燃料，应用空气单蓄热燃烧技术，由天然气喷嘴和空气蓄热烧嘴组合在炉内形成燃烧单元，进行钢坯加热。天然气、高炉煤气分别独立供给量需根据加热炉加热能力以及钢坯加热燃耗分别进行计算确定，独立供给天然气及高炉煤气管道分别依次设置切断阀、流量计、调节阀、煤气喷嘴等设施；

(2)供风系统的设计及切换使用方法。考虑到燃料切换时，需要的空气量大小不一样，供风系统的鼓风机、管道口径、流量计、段调节阀按照供风量需求量大的燃料设计。在加热炉加热能力同等条件下，天然气燃烧供风量是高炉煤气的1.4倍，在燃料切换时，考虑供风系统的精准调节、计量的工艺要求，鼓风机采用变频电机，流量计和调节阀选用量程比大的仪表设备。

(3)高炉煤气蓄热烧嘴、天然气喷嘴、空气蓄热烧嘴组合设计及方法。当加热炉采用天然气作为燃料，仅投入使用单然蓄热燃烧技术，高炉煤气蓄热烧嘴处于在线备用状态，天然气通过天然气喷嘴和空气蓄热烧嘴组合成燃烧单元，此时煤气蓄热烧嘴处于关闭状态，天然气喷嘴喷出的常温天然气和经空气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，将释放的热量传递给钢坯，将钢坯加热到出炉目标温度，送到轧机进行轧制，此时高炉煤气系统处于关闭状态，作为备用燃料；当加热炉采用高炉煤气作为燃料，仅投入使用空、煤气双蓄热燃烧技术，煤气蓄热烧嘴和空气蓄热烧嘴组合成燃烧单元，此时，天然气喷嘴处于在线备用状态，常温高炉煤气经煤气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热煤气和常温空气经空气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，将释放的热量传递给钢坯，将钢坯加热到出炉目标温度，送到轧机进行轧制，此时天然气系统处于关闭状态，作为备用燃料；由于空气蓄热烧嘴作为两套相互独立的燃烧系统公用烧嘴，由于天然气单蓄热需求的供风量大，空气蓄热烧嘴蓄热能力按照采用天然气单蓄热燃烧系统需要的供风量设计。

(4)排烟系统组合式设计及切换使用方法。当加热炉采用天然气作为燃料，仅投入使用天然气单蓄热燃烧技术，天然气通过天然气喷嘴和空气蓄热烧嘴组合成燃烧单元，此时煤气蓄热烧嘴处于关闭状态，天然气喷嘴喷出的常温天然气和经空气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，燃烧产生的烟气量，90％通过空烟引风机抽吸，经空烟烟囱排到大气，另外10％烟气量依次通过炉尾辅助烟道、煤烟烟囱排到大气，此时煤气蓄热烧嘴及煤烟排烟系统处于关闭状态，此时，煤烟烟囱仅作为天然气单蓄热燃烧系统辅助烟道排烟烟囱使用，无需单独设计、建设辅助烟道排烟烟囱，节省工程投资及占地；当加热炉采用高炉煤气作为燃料，应用空、煤气双蓄热燃烧技术，煤气蓄热烧嘴和空气蓄热烧嘴组合成燃烧单元，此时，天然气喷嘴处于关闭状态，常温高炉煤气经煤气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热煤气和常温空气经空气蓄热烧嘴预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，燃烧产生的40％的烟气量通过空烟引风机抽吸，经空烟烟囱排到大气，另外60％的烟气量通过煤烟引风机抽吸，经煤烟烟囱排到大气，此时天然气喷嘴以及炉尾辅助烟道均关闭状态，此时，煤烟烟囱仅作为双蓄热燃烧系统煤烟排烟系统使用。在炉尾烟道设置闸板阀，确保燃料切换时，煤烟烟囱组合使用功能的实现，确保排烟系统设计可靠、稳定运行。空烟排烟系统作为两套相互独立的燃烧系统公用空烟排烟系统，由于天然气单蓄热燃烧系统空烟系统排烟量大，空烟排烟系统能力按照采用天然气单蓄热排烟系统设计，考虑空烟排烟系统的精准调节、计量的工艺要求，空烟引风机电机采用变频电机，调节阀选用调节比大的仪表设备。煤烟排烟系统仅作为高炉煤气双蓄热燃烧系统使用，排烟能力按照高炉煤气双蓄热燃烧产生烟气量60％的能力设计。炉尾辅助烟道仅作为天然气单蓄热燃烧系统使用，排烟能力按照天然气单蓄热燃烧系统产生烟气量的10％的能力设计。当加热炉投入使用天然气单蓄热燃烧时，高炉煤气供给系统以及煤烟排烟系统按照设计要求，均处于关闭状态，此时，煤烟烟囱仅作为天然气单蓄热系统的炉尾辅助烟道的排烟烟囱。经设计计算，高炉煤气双蓄热燃烧系统煤烟排烟烟囱比天然气单蓄热炉尾辅助烟道排烟烟囱口径大，因此，煤烟烟囱口径大小按照高炉煤气双蓄热系统实际需要的煤烟烟囱口径设计，确保燃料切换时，煤烟烟囱排烟顺畅。

采用本实用新型可以动态平衡冶金钢铁基地能源供给，使轧钢加热炉的生产节奏灵活匹配非高炉炼铁工序的生产、检修计划安排，当非高炉炼铁工序计划或非计划停产、检修时，出现供轧钢工序高炉煤气供给量不足时，轧钢加热炉煤气供给自动切换到天然气供给系统，采用单蓄热燃烧系统，确保轧钢加热炉正常加热生产，不影响车间轧制产量。

附图说明

图1为本实用新型煤气和煤烟排烟系统图(采用双蓄热燃烧系统时)。其中，高炉煤气总管切断阀1、高炉煤气管道2、高炉煤气段流量计3、高炉煤气段流量调节阀4、高炉煤气蓄热烧嘴5、煤烟引风机6、煤烟管道7、煤烟排烟调节阀8、天然气总管切断阀9、天然气管道10、天然气段流量计11、高炉煤气段流量调节阀12、天然气喷嘴13。

图2为本实用新型空气和空烟排烟系统图。其中，空气蓄热烧嘴2、段空气流量计3、段空气流量调节阀4、空烟引风机6、空烟排烟调节阀8、鼓风机9、空气管道10、空烟排烟管道11、辅助烟道排烟调节阀12、辅助烟道13。

图3为本实用新型双蓄热烧嘴和天然气喷嘴组合安装的示意图。其中，高炉煤气蓄热烧嘴5、空气蓄热烧嘴2、天然气喷嘴13。

图4为本实用新型双蓄热烧嘴和天然气喷嘴组合安装的A向视图。其中，高炉煤气蓄热烧嘴5、空气蓄热烧嘴2、天然气喷嘴13。

具体实施方式

图1-图4为本实用新型的一种具体实施方式。

本实用新型以国内某钢铁公司转型升级搬迁改造项目1台110t/h加热炉为例，对本实用新型具体实施方式进行介绍，该工程投产前1年采用8400Kcal/Nm³天然气作为燃料，1年后采用非高炉炼铁工艺(HISMELT)炼铁产生的700Kcal/Nm³低热值高炉煤气作为主燃料，市政天然气管网供应的8400Kcal/Nm³天然气作为辅助燃料，当700Kcal/Nm³低热值高炉煤气能连续稳定供应时，采用700Kcal/Nm³低热值高炉煤气作为主燃料，加热炉采用空、煤气双蓄热燃烧系统；当主燃料供应不足时，切断主燃料，切换到辅助燃料天然气，加热炉仅投入使用空气单蓄热燃烧系统，在两套燃烧系统主管道以及炉尾辅助烟道设置阀组，实现两套燃烧系统在线自动切换。加热炉同时配置单蓄热和双蓄热双燃烧系统设计及切换使用方法如下：

(1)本项目加热炉配置的两套独立的煤气设计以及煤气热值切换的设计及切换使用方法：加热炉投产前期采用天然气作为主燃料，应用空气单蓄热燃烧技术，图1中由天然气喷嘴13和图2中的空气蓄热烧嘴5组合在炉内形成燃烧单元，进行钢坯加热。天然气、高炉煤气分别独立供给量需根据加热炉加热能力以及钢坯加热燃耗分别进行计算确定，加热炉配置两套煤气供给系统的工艺流程见图1，天然气道和高炉煤气分别通过管道独立供给，其中：高炉煤气供给系统分别依次设置高炉煤气切断阀1、高炉煤气配管2、流量计3、调节阀4、煤气蓄热烧嘴5等设施，天然气供给系统分别依次设置天然气切断阀9、天然气管道10、流量计11、调节阀12、天然气煤气喷嘴13等设备，各设备之间通过管道进行连接，形成煤气供给和切换系统。

(2)供风系统的设计及切换使用方法。考虑到燃料切换时，需要的空气量大小不一样，图2供风系统的鼓风机9、空气管道10、流量计3、段调节阀4按照供风量需求量大的燃料设计。在加热炉加热能力同等条件下，天然气燃烧供风量是高炉煤气的1.4倍，考虑燃料切换时，供风系统的精准调节、计量的工艺要求，鼓风机6采用变频电机，流量计3和调节阀 4选用量程比大的仪表设备，各设备之间通过管道进行连接，形成供风和切换系统。

(3)高炉煤气蓄热烧嘴、天然气喷嘴、空气蓄热烧嘴组合设计及切换使用方法。当加热炉采用天然气作为燃料，仅投入使用单然蓄热燃烧技术，由图3、图4可知：天然气通过天然气喷嘴13和空气蓄热烧嘴2组合成燃烧单元，此时煤气蓄热烧嘴5处于关闭状态，天然气喷嘴13喷出的常温天然气和经空气蓄热烧嘴2预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，将释放的热量传递给钢坯，将钢坯加热到出炉目标温度，送到轧机进行轧制，此时，高炉煤气系统处于关闭状态，作为备用燃料；当加热炉采用高炉煤气作为燃料，仅投入使用空、煤气双蓄热燃烧技术，煤气蓄热烧嘴5和空气蓄热烧嘴2组合成燃烧单元，此时，天然气喷嘴13处于关闭状态，常温高炉煤气经煤气蓄热烧嘴5预热到1000℃的高温热煤气和常温空气经空气蓄热烧嘴2预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，将释放的热量传递给钢坯，将钢坯加热到出炉目标温度，送到轧机进行轧制，此时天然气系统处于关闭状态，作为备用燃料；空气蓄热烧嘴2作为两套相互独立的燃烧系统公用烧嘴，由于天然气单蓄热需求的供风量大，空气蓄热烧嘴2蓄热能力按照采用天然气单蓄热燃烧系统需要的供风量设计，确保两套燃烧系统独立投入使用时，系统供风能力满足使用要求。

(4)排烟系统组合式设计及切换使用方法。当加热炉采用天然气作为燃料，仅投入使用天然气单蓄热燃烧技术，天然气通过天然气喷嘴13(图3)和空气蓄热烧嘴2(图3)组合成燃烧单元，此时煤气蓄热烧嘴1处于关闭状态，天然气喷嘴13喷出的常温天然气和经空气蓄热烧嘴2预热到1000℃的高温热空气边混合边燃烧，燃烧产生的90％的烟气量通过空烟引风机6(图2)抽吸，经空烟烟囱14(图2)排到大气，另外10％烟气量依次通过炉尾辅助烟道13(图2)、烟道闸板12(图2)、煤烟烟囱15(图2)排到大气，排烟烟气量调节以及系统切换时需要切断，通过烟道闸板12(图2)来实现，此时，煤气蓄热烧嘴5(图3)及煤烟排烟系(图1)统处于关闭状态，因此煤烟烟囱15(图2)作为天然气单蓄热燃烧系统辅助烟道13(图2)使用，无需单独设计、建设辅助烟道后的排烟烟囱，节省工程投资及占地；当加热炉采用高炉煤气作为燃料，近投入使用空、煤气双蓄热燃烧技术，煤气蓄热烧嘴5(图3) 和空气蓄热烧嘴2(图3)组合成燃烧单元，此时，天然气喷嘴13(图3)处于关闭状态，常温高炉煤气经煤气蓄热烧嘴5(图3)预热到1000℃的高温热煤气和常温空气经空气蓄热烧嘴2(图3)预热到1000℃的高温热空气边混合、边燃烧，燃烧产生的40％的烟气量通过空烟引风机6(图2)抽吸，经空烟烟囱14(图2)排到大气，另外60％的烟气量通过煤烟引风机 6(图1)抽吸，经煤烟烟囱15(图2)排到大气，此时天然气喷嘴13(图3)以及炉尾辅助烟道13(图2)、烟道闸板12(图2)均关闭状态，此时，煤烟烟囱15(图2)仅作为双蓄热燃烧系统煤烟排烟系统使用，确保燃料变换时，排烟系统设计可靠、稳定运行。空烟排烟系统作为两套相互独立的燃烧系统公用空烟排烟系统，由于天然气单蓄热燃烧系统空烟排烟量大，空烟排烟系统能力按照采用天然气单蓄热排烟系统设计，考虑空烟排烟系统的精准调节、计量的工艺要求，空烟引风机6(图2)采用变频电机，调节阀8(图2)选用调节比大的仪表设备。煤烟排烟系统仅作为高炉煤气双蓄热燃烧系统使用，排烟能力按照高炉煤气双蓄热燃烧产生烟气量的60％能力设计。炉尾辅助烟道13(图2)、烟道闸板12(图2)仅作为天然气单蓄热燃烧系统设计及切换使用，排烟能力按照天然气单蓄热燃烧系统产生烟气量的10％的能力设计。当加热炉投入使用天然气单蓄热燃烧时，高炉煤气供给系统以及煤烟排烟系统按照设计要求，均处于关闭状态，此时，煤烟烟囱15(图2)仅作为天然气单蓄热系统的炉尾辅助烟道13(图2)后的排烟烟囱。经设计计算，高炉煤气双蓄热燃烧系统煤烟排烟烟囱比天然气单蓄热炉尾辅助烟道13(图2)排烟烟囱口径大，因此煤烟烟囱15(图2)口径按照高炉煤气双蓄热系统实际需要的煤烟烟囱15(图2)口径设计，确保燃料切换时，煤烟烟囱排烟顺畅。排烟系统各设备之间通过管道进行连接，形成排烟和切换系统。

Claims

1.一种配置单双蓄热双燃烧系统的轧钢加热炉，以现有轧钢天然气加热炉为基础，其特征在于：增加了高炉煤气系统、煤烟系统；所述的高炉煤气系统包括高炉煤气蓄热烧嘴、高炉煤气调节阀、高炉煤气流量计、高炉煤气切断阀；所述的高炉煤气蓄热烧嘴通过高炉煤气管道依次连接高炉煤气调节阀、高炉煤气流量计、高炉煤气切断阀；所述的高炉煤气蓄热烧嘴安装在轧钢加热炉上；所述的煤烟系统包括煤烟管道、三通换向阀、煤烟调节阀、煤烟引风机以及煤烟烟囱，所有部件通过煤烟管道连接成一整体，形成煤烟排烟系统。