上、下布置雙蓄熱燒嘴在棒材加熱爐上的技術應用

劉高年，侯峻巍

（1.新疆昆玉鋼鐵有限公司，新疆 奎屯 271600；2.無錫畢恩德爾科技有限公司，江蘇 無錫 214072）

1 棒材加熱爐概要

新疆昆玉鋼鐵有限公司軋鋼棒材車間配置側進、側出燃高爐煤氣雙蓄熱式步進梁加熱爐，爐子有效長度21600mm，內寬12800mm。燃料為熱值780×4.186kJ/Nm3高爐煤氣，加熱爐額定產量160t/h（冷坯），要求單位熱耗：≤1.0GJ/t，換向間隔時間：90 ～120s，爐壓：≤30Pa,氧化燒損：≤0.6%。全爐合計采用56 套雙蓄熱式燒嘴，其中加熱一段20 套，加熱二段20 套，均熱段16 套，均采用上、下組合布置型式，內嵌于兩側爐墻上,如圖1 所示。

圖1 上下布置雙蓄熱式燒嘴上加熱燒嘴與下加熱燒嘴現場

自加熱爐投產運行以來，爐況穩定、可靠，操作、維護簡單，性能指標尤其是氧化燒損指標特別優秀。

2 上、下布置雙蓄熱燒嘴在棒材加熱爐上的應用

常見的蓄熱式燒嘴布置在爐墻上，采用左右布置的型式，空氣蓄熱箱與煤氣蓄熱箱布置在相鄰的柱距內。主要優勢為：設備相對少，制作、安裝容易；投資省。主要問題是：混合與燃燒不充份，氧化燒損難控制。換向過程爐壓波動大。

為克服以上缺點，棒材加熱爐采用無錫畢恩德爾科技有限公司主推的上、下布置雙蓄熱式燒嘴。空氣蓄熱箱與煤氣蓄熱箱布置在同一柱距內，空氣與煤氣在噴口附近就開始充份混合、燃燒，燃燒效率高。加熱鋼坯上、下均處于煤氣蓄熱箱噴出的還原性氣氛中，氧化燒損極低。但設備數量及投資較高。

2.1 上、下布置雙蓄熱燒嘴的低氧化燒損機理

新疆昆玉鋼鐵有限公司棒材加熱爐選用的B&R 雙蓄熱式燒嘴，布置形式采用上、下組合布置，且上加熱煤氣蓄熱燒嘴在下，空氣蓄熱燒嘴在上，下加熱則相反，煤氣蓄熱燒嘴在上，空氣蓄熱燒嘴在下，在鋼坯的上、下表面形成還原性氣氛，將鋼坯的氧化燒損降至最低。

2.2 上、下布置與左、右布置主要應用性能比較（表1）

表1 上、下布置與左、右布置主要應用性能比較

2.3 雙蓄熱燒嘴采用上、下布置型式與配套措施

上下布置雙蓄熱燒嘴配套換向采用全分散脈沖控制模式，每組對燒嘴均可獨立實現換向與控制，可真正實現全脈沖、或區段內脈沖控制模式。尤其在低產量或保溫時仍能保持穩定的火焰長度，使爐子橫斷面溫度維持均勻。

脈沖燃燒控制技術是使用脈寬調制技術，通過調節燃燒時間的占空比(通斷比)來實現爐內的溫度精確控制。與傳統的比例燃燒控制相比，脈沖燃燒控制系統的燒嘴一旦燃燒，就處于其設計的最佳燃燒狀態，保證燒嘴燃燒時的燃氣出口速度不變，尤其在低產量或保溫時仍能保持穩定的空/燃比。脈沖燃燒控制的主要優點為：系統簡單可靠，性價比高；可提高爐內溫度場的均勻性；燒嘴的負荷調節比高。實際上，蓄熱式燃燒方式可理解為脈沖燃燒方式的一個特例，即針對單個蓄熱式燒嘴而言，其通斷比（占空比）為50%，但這“斷”不是停頓，而是抽煙狀態，并且蓄熱式燒嘴總是成對應用。將脈沖燃燒控制思路引入蓄熱式燃燒控制系統并不是改變其“通”與“斷”的比例，這會造成“水當量”不等。具體的做法是采用一種可以完全截止的雙板快速換向閥和切斷閥，使蓄熱式燒嘴的工作根據溫度控制精度要求成對呈“工作”或“休克”狀態，并通過計算機控制使某一對甚至一段的蓄熱式燒嘴的“休克”，時間相互錯開，以避免對煤氣總管、空氣總管、抽煙總管以及爐內的壓力控制造成干擾。實際實施時，管道布置已不是傳統的分段方法，而是將所有燒嘴均并聯“掛”在總管上，如果工藝需要，甚至每對燒嘴都可以單獨成“段”。蓄熱式脈沖控制燃燒系統的這一特性，使全爐的熱負荷供給曲線變得非常靈活的同時，還保證了蓄熱式燃燒所必需的條件和所有的優點。

燒嘴只要工作就工作在額定功率下，火焰長度，混合強度均處于最佳狀態。并可獲得沿坯料長度方向溫度均勻性。

各區段爐溫采用蓄熱式脈沖控制實際應用為：通過該區段所設置的熱電偶檢測值，選擇其中一點或自動計算該區段爐溫的平均值作為爐溫實際值參與控制，爐溫的工藝設定值由監控畫面給定。其控制策略是通過爐溫實際值與工藝設定值相比較，計算出偏差值，由溫度PID 控制器計算出負荷量，將負荷量調制為脈沖寬度，作為單個燒嘴全開的持續燃燒時間，脈沖寬度調制原理如圖2 所示。

圖2 脈沖原理附圖

蓄熱式燃燒本身就是“燃燒狀態”與“抽煙蓄熱狀態”與不斷切換的過程，蓄熱式脈沖燃燒控制是在蓄熱式燃燒工作過程插入“休克狀態”（即“燃燒狀態”與“抽煙蓄熱狀態”同時停止）。燃燒系統的“通”與“斷”的比例不改變。

3 上、下布置雙蓄熱燒嘴制作、安裝經驗

燒嘴制作時，嚴格控制各工序生產過程的規范，加強對原材料采購的質量檢驗和控制，加強試樣的采樣、制樣、試驗等過程的管理。嚴格控制烘烤曲線，加強運輸、吊裝過程的輕拿輕放管理。安裝蓄熱箱要嚴格按照施工步驟執行，嚴禁先焊裝蓄熱箱再整體澆注爐墻的施工方法，嚴格執行分層澆注、分層安裝、分層驗收的工藝紀律。

蓄熱體安裝標準及規范：首先，對材料進行檢查，檢查擋磚和擠壓蜂窩體的數量是否正確，表面是否平整，尤其是擠壓蜂窩體側面是否平整對安裝影響非常大；檢※查含鋯纖維毯是否無污漬；檢查黏結劑的準備情況；檢查耐高溫高壓石棉板的準備情況；檢查相應螺栓的準備情況。

簡單工具準備，為了便于蓄熱體安裝，做一些長度1 ～1.5m 的小鏟子，可以將蓄熱體托起放入箱體內，也可以不使用工具直接安裝。

相應切割工具的準備，由于蓄熱箱體與蜂窩體不一定是同一廠家生產，有時可能會在尺寸公差范圍內出現尺寸不能完全匹配，如果出現蜂窩體正公差大，無法正常安裝，就需要對最外側的蜂窩體進行簡單切割或打磨以便于安裝。具體安裝步驟如下：

（1）安裝前拆除蓄熱體箱蓋，倒立放置，避免損壞內部導流板；（2）測量箱體實際尺寸，對應現場蜂窩體，計算出實際蜂窩體與箱體高度之間的準確公差，并準備好相應厚度的含鋯纖維氈；（3）使用掃帚對蓄熱箱體內部進行仔細清理，全部清理完畢后，在箱體底部涂抹PA80 黏結劑，粘貼一層測量后核準出相應厚度的含鋯纖維氈；（4）底部粘貼含鋯纖維氈后會影響安裝時蜂窩體在箱體內的滑動，可以按照箱體內部尺寸裁剪一塊相同或尺寸略小的白鐵皮襯托在含鋯纖維氈上，方便蜂窩體在箱體內的滑動；（5）先安放下層一排擋磚到最里端卡槽處，然后安放第二層擋磚到第一層擋磚的上面，并緊緊卡在上端卡槽處（要求凹面朝里），再依次安放7 排小蓄熱體（擠壓蓄熱體），要求凹面朝里，每層錯位排放，并且依次每排擠靠一側（單排如果靠右側，雙排就靠左側，也起到左右錯排作用），每安放完一排蓄熱體，都要經過現場技術人員的確認后方可安放下一排，全部安放完后上部應該沒有縫隙；（6）蓄熱體安裝合格，裝箱體蓋板，注意每個箱體導流板方向一定要正確，且選不放高溫高壓橡膠石棉板，至烘爐溫度至650℃左右時，水分少量排出時進行箱蓋板封裝，空氣箱蓋放入相應高溫高壓橡膠石棉板，插入螺栓、平墊、彈墊、螺母進行堅固，煤氣蓄熱箱封裝時高溫高壓橡膠石棉板兩面需要涂覆樂泰587 高溫密封膠，避免使用過程中煤氣泄漏，安裝箱蓋螺栓緊固時，要求對角緊固。

4 結語

新疆昆玉鋼鐵有限公司軋鋼棒材車間加熱爐采用上、下布置雙蓄熱燒嘴，鋼坯始終處于煤氣還原性氣氛中，出鋼溫度1000℃時，氧化燒損達至超低水平，僅為0.55%。同時，棒材加熱爐煙氣熱能極限回收，單位熱耗≤0.95GJ/t 坯（冷裝），煙氣低氮、環保排放。各性能指標均已達到較高水平，值得廣泛推廣。