鍛造用室狀加熱爐節(jié)能改造

田發(fā)智

（韶關市中機重工鍛壓有限公司）

鍛造用室狀加熱爐節(jié)能改造

田發(fā)智

（韶關市中機重工鍛壓有限公司）

使用蓄熱式燃燒技術對一般燃燒形式的鍛造用室狀加熱爐進行改造。通過改造前后的加熱爐熱效率、排煙溫度、NOx排放量、爐溫均勻性等參數的采集比對，得出有效的改造措施，促進加熱爐的節(jié)能和環(huán)保。

鍛造；室狀加熱爐；蓄熱式燃燒技術；節(jié)能改造

1 改造前加熱爐技術性能指標

（1）爐型：室式加熱爐；

（2）有效爐底面積：4×4=16m2；

（3）使用溫度：1250℃；

（4）燃料：天然氣；

（5）最大升溫速度：100℃/h；

（6）排煙溫度：680℃；

（7）空氣預熱溫度：200℃；

（8）最大裝載量：50T；

（9）燒嘴數量：4套；

（10）燒嘴功率：1100kW×4套；

（11）加熱鋼種：合金結構鋼。

2 改造方案

2.1 設計思路

原1#加熱爐在使用過程中出現(xiàn)升溫速度慢，燃料消耗高，及升溫過程中爐壓高，爐口易串火，置于爐頂的燒嘴磚和燒嘴容易阻塞和損壞等不足。用蓄熱式燃燒技術對2號加熱爐進行改造設計。設計時考慮以下因素：

（1）加熱爐主框架和爐頂爐墻耐火材料不作變動。

（2）天然氣供氣壓力保持在6kPa不變。

（3）采用蓄熱式燃燒系統(tǒng)替代頂噴燒嘴。

（4）采用自動化控制手段，使燃燒系統(tǒng)換向操作和溫度控制在自動控制的范圍內。

（5）爐門密封方式改進，做到密封嚴密不漏火，減少散熱損失。

2.2 爐體結構

蓄熱式加熱爐主要有通道式蓄熱式加熱爐，外置式蓄熱式加熱爐和燒嘴式蓄熱式加熱爐。鍛造加熱爐采用第三種。

2.2.1 爐墻和爐頂

原爐墻有230mm保溫磚和348mm耐火磚砌成，爐頂為現(xiàn)場澆筑的高鋁澆注料拱形結構。爐頂座落在爐墻上。由于內爐墻耐火磚已經部分損壞，內墻拆修會影響到爐頂。為了保證加熱爐本身結構的可靠性，在原爐墻內澆注250mm厚的耐高溫混凝土澆注料。爐頂4個燒嘴孔用耐火混凝土灌注。

2.2.2 爐門結構

將原損壞的門墩，門拱拆除，更換為門墩、門拱預制件，預制件尺寸為寬460mm，厚700mm，內部預埋不銹鋼鋼筋，安裝時將鋼筋焊接在立柱上，固定好門墩預制件。門拱做成整塊預制件，放置在門墩上，門柱和門拱立面保持平面，固定好位置后將所有縫隙用耐火澆注料澆灌。

爐門外框采用用鋼結構焊接件，內襯安裝高溫含鋯耐火纖維模塊，纖維模塊凸出爐門框大于50mm。

原爐門滑輪通過滑道升降運行，密封通過爐門自重加斜向滑道完成。密封時爐門纖維會和門柱產生一定程度的摩擦，會出現(xiàn)爐門耐火纖維模塊已損壞增加維護成本情況。現(xiàn)改為爐門上下和密封開關動作分離完成，爐門滑輪通過滑道上下運行，當爐門下落到下限位后限位開關動作反饋信號至加熱爐PLC，接著PLC發(fā)出信號給爐門密封氣缸電磁閥，電磁閥控制氣缸動作最終完成爐門密封的啟閉工作。

2.2.3 爐底爐口結構

原爐門落在爐底平臺上，爐門底邊在高溫下被很快燒損，產生串火現(xiàn)象。現(xiàn)在把爐底爐口改為爐口、爐門墩和門拱在同一個平面內的結構。使爐口耐火纖維緊貼在該平面上，防止爐門框燒損。

2.3 燃燒系統(tǒng)

2.3.1 蓄熱式燒嘴和節(jié)能燃燒技術

加熱爐燃燒器采用蓄熱式燒嘴。該燒嘴把燃燒器和空氣預熱器有機地結合到一起。燒嘴成對配置，切換燃燒。蓄熱式燒嘴的燃料燃燒方式和普通燃燒器不同，燃料在爐膛內是邊混合邊燃燒，燃燒空間擴散到整個爐膛面，而且火焰是邊燃燒邊高速旋轉，使得爐膛內溫度均勻。由于空氣預熱溫度高，和普通燃燒方式相比，燃料節(jié)約率可達到30％，氮氧化物排放達標，節(jié)能和環(huán)保效果明顯。

蓄熱式平焰燒嘴：

蓄熱式平焰燒嘴所產生的火焰與一般燒嘴的火焰不同，一般燒嘴產生的是向前直沖的炬形火焰，而平焰燒嘴則使火焰形成后100～200mm，直徑600～2000mm的貼壁圓盤形火焰。火焰一面燃燒，一面高速旋轉，燃燒的熱空氣能將爐墻或爐頂內表面均勻加熱到設定的溫度，形成輻射能力很強的爐墻和爐頂，有利于物料的均勻加熱和強化爐內傳熱過程，顯著改善加熱質量，提高爐子生產效率和降低燃料消耗。

本爐采用蓄熱式平焰燒嘴。采用陶瓷蜂窩蓄熱體，蓄熱式燒嘴布置在爐墻兩側，每側各布置2套燒嘴。燒嘴噴出火焰形狀為平面火焰，貼近爐墻表面，形成了特殊的溫度場、熱流場、壓力場，對提高升溫速度和均勻爐溫以及工件的防氧化起到了很大的作用。

2.3.2 換向裝置

加熱爐換向裝置采用一只四通換向閥，兩側燒嘴交替燃燒，一側管道供風時另一側管道排煙。燃燒換向時間為60s。當換向閥做換向動作后，燃燒的燒嘴進行排煙蓄熱，排煙的燒嘴進行放熱燃燒。

2.3.3 蓄熱室

采用填充球蓄熱室，填充球蓄熱室是一種高溫、高效、緊湊式換熱裝置，它采用球狀蓄熱體，能將助燃空氣預熱到很高的溫度，達到低于爐溫200℃的水平，當爐溫達到1200℃時，空氣預熱溫度可高達1000℃，而煙氣排出溫度低于200℃。填充球蓄熱室已被廣泛應用于各種熱設備上，如加熱爐、熱處理爐、熱風爐等。

2.4 自動控制系統(tǒng)

該加熱爐自動控制系統(tǒng)在PLC編程軟件的支持下，對爐膛溫度，爐膛壓力，燃氣管道燃氣壓力，排煙溫度等參數進行實時檢測，完成相關參數的PID調節(jié)。

2.4.1 溫度控制系統(tǒng)

空氣閥門和燃氣閥門預先調整到恰當位置，使得空氣和煤氣形成一定的燃燒比例，在此比例下完全混合燃燒。燃氣閥門和空氣閥門分別有2個工位，分為大火閥門和小火閥門，當加熱爐需要快速升溫時，開啟大火燃燒，需要保溫時開啟小火燃燒。溫度到達時，空氣和煤氣閥門均關閉。這樣可以最大程度地減少燃料消耗。當PLC預先設定好加熱爐升溫曲線時，爐溫會按照設定的曲線運行。

2.4.2 爐壓調節(jié)系統(tǒng)

爐膛壓力調節(jié)范圍在20Pa。改造好的加熱爐在熱爐調試時預先調節(jié)空氣總閥門和煙氣總閥門，兩組閥門的開度分別和大火和小火相對應。實現(xiàn)供入爐膛和排出爐膛的量的平衡。從而保證爐內壓力在零壓附近。多個燒嘴同時工作時，每個燒嘴的點火起始時間間隔為1～2s。以避免爐膛壓力的瞬間升高。

3 結語

該爐經過1年的運行表明，它具有升溫速度快，氣密性好，噪音低，統(tǒng)計節(jié)能效果30％。空氣預熱溫度可達1000℃。改造后的加熱爐具有自動化程度高，控制靈活可靠等優(yōu)點，降低了故障停機率，克服了加熱爐存在的諸多不足，達到了預期的效果，也證明了蓄熱式燃燒技術在鍛造加熱爐上的應用是安全可靠的。它也為蓄熱式燃燒技術在同類加熱爐上推廣應用提供了范例。

[1]戚翠芬.加熱爐[M].冶金工業(yè)出版社，2004.

[2]武文斐，陳偉鵬，劉中強，等.冶金加熱爐設計與實例[M].化學工業(yè)出版社，2008.

TG307

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1004-7344（2016）23-0232-02

2016-7-22