蓄熱式加熱爐減小爐壓的研究與應用

摘 要：蓄熱式加熱爐與傳統加熱爐相比，因預熱方式不同，存在燃燒、排煙等方式不同，爐內氣體流動方式亦不同，普遍存在爐壓大，易冒火，爐況較難控制的通病。筆者根據對蓄熱爐的設計與應用經驗，闡述了解決這一問題的方法。

關鍵詞：蓄熱式加熱爐； 爐壓； 排煙系統； 蜂窩體

中圖分類號：TG307 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2014）01-176-002

一、引言

雙蓄熱式連續加熱爐因具有可燃低熱值煤氣、加熱能力大（特別適宜于熱裝）的優點，在國內已得到較為廣泛的應用。然而，這項技術在國內諸多連續加熱爐使用中，發現存在許多問題，其中之一便是普遍存在爐壓大，爐體及爐口易冒火，爐況較難控制的通病。在江陰興澄鋼鐵有限公司蓄熱式加熱爐的設計與應用中，通過對蓄熱燒嘴的合理設計、爐底強度的合理選取、爐型與排煙系統的優化設計，使這一問題得到了較有效的解決，獲得了良好的運行效果。

二、解決方法

本人通過對國內無傳統排煙煙道的雙預熱連續蓄熱加熱爐考察中發現，普遍存在爐壓大，爐體易冒火，爐況較難控制的通病，對此進行了深入研究與探索，其主要問題歸納為：1.蓄熱量與產量不匹配，蓄熱體質量過少；2.爐底強度選的過大；3.排煙系統控制和操作協調優化；4蓄熱體堵塞。

1.蓄熱燒嘴的影響

當蓄熱量與產量不匹配，即燒嘴太小蓄熱體質量過少時，即使縮短換向時間，亦不能將離開爐膛燃燒產物中的熱量置換出，為降低排煙溫度而使排煙量減少，從而導致爐膛壓力上升。例如江陰興澄鋼鐵有限公司雙預熱連續步進式加熱爐，因燒嘴蓄熱量小，置換煙氣熱量能力小，導致爐壓達100Pa以上，爐口冒火達幾米遠。經分析，燒嘴設計的蓄熱量小是原因之一，經改造將蓄熱室加大后，這一問題得到有效改善。因此，蓄熱燒嘴的合理設計關系到爐膛壓力能否正常。以蜂窩體作燒嘴蓄熱體的設計歸納為下述幾點。

1.1燒嘴內腔橫截面積。條件允許的情況下，內腔橫截面積越大越好，蓄熱體質量大，蓄熱量就多，換向時間便可延長。

1.2燒嘴內腔所裝蜂窩體深度的選取。燒嘴內腔所裝蜂窩體深度一般是根據蜂窩體對氣體的阻力與燒嘴內腔所裝蜂窩體的蓄熱量兩者的綜合效果來考慮的。若燒嘴內腔橫截面一定時，蜂窩體堆放的越深，所裝蜂窩體的蓄熱量越大，排煙溫度越低；同時蜂窩體對氣體的阻力也越大。

2.爐底強度的影響

爐底強度（P）是爐子重要的生產指標，也稱單位生產率。是指每平方米爐底布料面積上每小時的產量。

A-爐底布料面積

設計時爐底強度選的過大，實際能力達不到，進入爐膛的氣體燃燒后不能順利排出，造成爐況惡化，爐壓升高。

爐底強度的選取與坯料的透熱時間、爐子的平均輻射溫壓、燃料熱值和鋼種有關。蓄熱爐常溫爐底強度為600-700kg/（㎡h）較適宜。

3.排煙系統控制和加熱爐操作的影響

排煙系統的合理設計會起到有效控制爐壓的作用。筆者認為當每段供入的空氣、燃料燃燒后的燃燒產物，均能從排煙管道排出，才能做到爐壓均衡，易于調節。然而，由于各段的熱負荷分配不一樣，爐膛內爐氣的不均勻、排煙管道存在流量偏差等因素，造成實際的排煙量不一樣，上一段排不出的煙氣沿爐長方向流向下一段，加大了下段排煙負荷，使下段爐壓上升，給爐況正常調節帶來難度。

通過參考各種熱工參數，多次總結和提煉，提出如下改進措施

（1）排煙風機采用變頻電機，通過改變電機頻率，以此改變風機的轉速，使風機的風壓和風量按比例發生變化。用這種方法調節沒有額外的能量損失。即升高電機頻率可提高轉速，進而增大風壓和風量，促使更多的煙氣排出，減小爐壓。

（2）優化燃燒控制。由于加熱爐采用周期性供熱和周期性排煙，集中供熱、集中調節，因此在換向過程中，煤氣壓力波動對供熱量有較大影響，導致爐壓波動大，因此江陰興澄鋼鐵1#2#加熱爐在燃燒換向系統中，采用分側分段，先排煙后燃燒的程序控制，避免瞬間爐壓過高

（3）把爐型與燃燒換向控制系統有機的結合起來，將四段分為四個獨立的控制單元，每個控制單元獨立控制四個燃燒室的燃燒工況，在燃燒控制的工藝上做細。

每個控制單元，各有兩個煤氣與空氣換向閥。這樣大大減少了各段在控制調節之間的互相干擾，減少了排煙系統的阻力偏差。經使用不僅排煙能力大大提高，還使爐子工況控制靈活、精確。提高了爐子的機動性，節約了能源，減少了燒損。

4.蓄熱體堵塞的影響

蜂窩體是目前所用的蓄熱材料中結構較為合理，換熱效率較高的一種蓄熱體，但蜂窩體在使用過程中易出現堵塞，甚至被燒壞的現象。阻礙了爐內煙氣的順利排出，導致爐壓上升，爐體冒火。

蜂窩體堵塞損壞原因及改進措施：

（1）煤氣中粉塵含量高。在沒有經過布袋除塵以前，高爐煤氣的粉塵含量為1-10g/m3，這種煤氣不能直接通過蜂窩體，若直接使用則很快就將蜂窩體堵塞。所以高爐煤氣必須經過布袋除塵，并且定期更換高爐除塵布袋

（2）煤氣中含水量高。煤氣燃燒過程中，煤氣管道中的冷凝水會導致蓄熱室陶瓷板結，時間一長形成堵塞。處理方法：在煤氣總管道上每100米安裝疏水器，收集和排出煤氣管道中的冷凝水，并在允許的管道煤氣壓力下起到水封的作用。

（3）蓄熱室最上部蜂窩體閃縫。這種情況一方面是由于蓄熱室內部尺寸變化存在間隙，另一方面設計上方便安置蜂窩體留有間隙，而這種間隙成為漏火的必然通道，排煙氣流直接從閃縫通過，造成排煙溫度超高，通常的處理辦法是向縫隙塞石棉，但不可靠，易吹落，改用耐火材料堵火，可使用較長時間

（4）氧化鐵的侵蝕。使用一段時間后，爐底氧化鐵渣堆起，氧化渣距燒嘴噴口太近，爐內的氧化鐵粉塵隨煙氣一同進入蓄熱室，這些物質對于耐火材料都屬于有害物質，在高溫下與蜂窩體反應形成低熔點物質，增加了孔壁的粉塵吸附能力，同時由于沉積物的增多，反應的深入，液相量增大，導致蜂窩體變形，破裂。

三、結束語

本人在對江陰興澄鋼鐵有限公司1#2#3#蓄熱式加熱爐（無常規排煙煙道）的設計、應用中，通過上述技術的成功應用，生產中爐壓一直維持在20-35pa之間，其他爐況指標均正常，延長了爐子使用周期，獲得了顯著的經濟效益。

參考文獻：

[1]蔡喬方主編.《加熱爐》，冶金工業出版社

[2]武文斐主編.《冶金加熱爐設計與實例》，化學工業出版社

[3]戚翠芬主編.《加熱爐基礎知識和操作》，冶金工業出版社