蓄熱式加熱爐鋼坯溫度反饋低研究

譚志福

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司熱軋部，河北 唐山 063200）

某2250mm熱軋生產(chǎn)線年設(shè)計生產(chǎn)能力550萬t，配套有三座常規(guī)加熱爐及一座蓄熱式加熱爐，爐內(nèi)有效長度50900mm，爐膛內(nèi)寬度11700mm。蓄熱爐爐形與常規(guī)爐結(jié)構(gòu)類似（如圖1所示），其燒嘴為蓄熱式燒嘴，空氣通過蓄熱箱蓄熱之后，再與煤氣混合燃燒，具有熱效率高，板坯受熱均勻、降低氧化燒損、節(jié)省能源和減少環(huán)境污染等優(yōu)點[1-4]。但在實際生產(chǎn)中蓄熱爐卻出現(xiàn)爐壓較高、板坯出鋼溫度較常規(guī)爐相同但經(jīng)粗軋軋制后板坯溫度較低的情況，致使軋鋼節(jié)奏無法長時間保持，在生產(chǎn)對溫度較高要求的鋼種時，需提高加熱溫度，浪費能源的同時嚴重限制了生產(chǎn)能力，提高了生產(chǎn)成本。

1 蓄熱式加熱爐存在的問題及原因

在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)板坯的在爐時間為200min左右時，蓄熱式加熱爐（4#）的反饋溫度（即鋼坯經(jīng)R2粗軋制成精軋中間坯時溫度）較常規(guī)加熱爐（1#～3#）低15℃～30℃，如圖2（a）所示；當(dāng)軋制“反饋溫度”要求高的鋼種時，為達到相同的精軋機開軋溫度，蓄熱爐出鋼溫度比常規(guī)爐高30℃左右，如圖2（b）所示。同時4#爐在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)爐膛壓力不可控的情況，被迫減少煤氣使用量來控制爐壓。4#加熱爐加熱的鋼坯反饋溫度較低，影響軋制穩(wěn)定。在軋制對溫度要求較高的品種規(guī)格時，為了順利軋制，4#加熱爐不裝減薄鋼坯，從而打破了加熱爐生產(chǎn)的平衡，使得無法均衡裝鋼，造成出鋼節(jié)奏不能滿足軋機需要，限制了生產(chǎn)力的發(fā)揮，反而提高了生產(chǎn)成本，不利于降本增效。

1#～3#加熱爐爐內(nèi)燃燒產(chǎn)生的煙氣由加熱爐裝料端垂直煙道和水平煙道分兩側(cè)排出爐外，經(jīng)過空氣預(yù)熱器、煤氣預(yù)熱器，再匯入加熱爐的總煙道內(nèi)，最后經(jīng)過煙道閘板進入廠房外煙囪排走。而4#爐燃燒產(chǎn)生的一部分煙氣由加熱爐裝料端垂直煙道和水平煙道分兩側(cè)排出爐外，經(jīng)過空氣預(yù)熱器、煤氣預(yù)熱器，再匯入加熱爐的總煙道內(nèi)，最后經(jīng)過煙道閘板進入廠房外煙囪排走；另一部分煙氣由加熱爐兩側(cè)的蓄熱箱、管道和兩臺排煙機強制送到煙囪底部，與流經(jīng)換熱器的煙氣匯合后排走。1#～4#號爐部分設(shè)計參數(shù)如表1所示。根據(jù)設(shè)計指標(biāo)，1#～3#加熱爐每爐配有兩個煙道，加熱爐的額定煙氣量為157311m3/h，每個煙道的排煙能力為78656m3/h。當(dāng)煤氣預(yù)熱溫度達到上限值時，需要啟動摻冷風(fēng)機降低煤氣溫度到標(biāo)準(zhǔn)溫度以下。摻冷風(fēng)機的能力為24838m3/h，如果全功率啟動摻冷風(fēng)機，煙道內(nèi)會增加49676m3/h的空氣，設(shè)計時預(yù)熱器出排煙能力有25%的富余能力，可以多排煙39327m3/h。通過計算得知，雖然總的排煙能力小于最大煙氣量，兩者相差10000m3/h左右，在實際生產(chǎn)中，常規(guī)爐未達到額定生產(chǎn)能力，因此，未表現(xiàn)出爐壓制約的問題。由表1可知，4#爐額定燃料消耗與空氣消耗量均小于常規(guī)式加熱爐，體現(xiàn)了蓄熱式加熱爐熱效率高，節(jié)約能源同時對環(huán)境影響小的優(yōu)點。但4#爐設(shè)有一個煙道，其最大排煙能力為77582m3/h。爐中蓄熱燒嘴的煙氣產(chǎn)生量為40973m3/h，其中60%經(jīng)蓄熱箱直排至煙囪底部，其余煙氣與均熱段的調(diào)焰燒嘴與平焰燒嘴產(chǎn)生的煙氣共同經(jīng)加熱爐煙道排向煙囪，共計27945m3/h。當(dāng)啟動摻冷風(fēng)機時，會增加49676m3/h的冷空氣，此時煙道需排放的總煙氣量為77621m3/h。和煙道最大排放能力基本持平。通過表1可看出，由于4#爐僅設(shè)置了一個煙道，其最大煙氣排放量同額定煙氣產(chǎn)生量相差一個數(shù)量級，導(dǎo)致煙氣不能順利排放，造成4#爐出現(xiàn)爐壓不穩(wěn)定情況出現(xiàn)。爐壓是組織火焰形狀、調(diào)整溫度場及控制爐內(nèi)氣氛的重要手段之一，4號爐煙氣分布示意圖如圖3所示，當(dāng)煙氣排不出去導(dǎo)致爐壓過正時，此時靠近蓄熱燒嘴供熱區(qū)域因空氣與煤氣能充分混合，此區(qū)域的溫度高。而排煙側(cè)因為煙氣沒有排除，稀釋了空氣與煤氣混合的濃度，使得煤氣燃燒條件遭到破壞，這部分煤氣未能燃燒，造成沿爐子寬度放上上溫度非穩(wěn)態(tài)分布。經(jīng)過換向燃燒如此反復(fù)，使得該段爐溫虛高，因板坯的計算溫度是以熱電偶溫度為準(zhǔn)，使得板坯計算溫度同樣虛高。當(dāng)煙氣能正常排出時，沿爐寬方向上的溫度是一致的，此時熱電偶檢測的溫度與寬度方向上的溫度差異不大，同時40s一換向，近似認為爐子寬度方向上的溫度均勻一致。此時鋼坯二級模型計算出的溫度偏差最小，接近實際溫度。因此，4#爐較其他三爐板坯反饋溫度低的原因為排煙系統(tǒng)存在缺陷，煙氣無法足量排出，導(dǎo)致爐壓升高，進而使得板坯測得溫度同真實溫度存在差異。

表1 1#～4#號爐部分設(shè)計參數(shù)

圖3 4#爐煙氣分布示意圖

2 蓄熱式加熱爐降低爐壓的改進措施

煙氣不能正常排出導(dǎo)致爐壓過高是某2250產(chǎn)線蓄熱式加熱爐板坯加熱溫度與常規(guī)爐差異較大的原因，因此針對制約排煙能力的問題，提出如下改進方案：

（1）提高蓄熱箱的排煙能力。方法是增加蓄熱球的填充量，使排煙能力達到設(shè)計目標(biāo)。

（2）更換小功率的煤氣換熱器，使得煤氣預(yù)熱溫度達不到上限，消除因啟動摻冷風(fēng)機造成的煙氣超量。

（3）改變蓄熱爐的熱負荷分配，避免均熱段超設(shè)計供煤氣，確保主煙道煙氣量不超設(shè)計值。

（4）改變均熱段熱電偶的位置，使之與常規(guī)爐一致。

（5）加高4#爐各段下隔墻的高度至1.1m，消除各段溫度輻射的干擾。

（6）擬補4#爐板坯在回收段對流換熱較常規(guī)爐少的缺陷，措施是提高4#爐爐溫上限。

（7）提高4#爐煤氣預(yù)熱溫度上限，減少摻冷風(fēng)機啟動對排煙的影響。

（8）要保持煙囪的抽力，在設(shè)備上應(yīng)該減少或消除煙道的漏氣部分，保持煙道的嚴密性，如果不嚴密，外部冷空氣吸入，不僅會使廢氣溫度降低，而且會增加廢氣的體積，從而影響抽力。

3 結(jié)語

總而言之，蓄熱式加熱爐具有熱效率高，工作效率高、節(jié)省能源的優(yōu)勢，但是存在一定的問題，相關(guān)工作人員要采用科學(xué)的解決方案，實現(xiàn)資源的合理利用。同時作為工藝的執(zhí)行者，要充分認識設(shè)備功能，制定完備的操作細則，使先進的設(shè)備發(fā)揮應(yīng)有的優(yōu)勢。