在冶金工业中, 蓄热式加热炉是钢材生产的主要设备之一;虽然蓄热式燃烧技术作为一项利用低热值煤气的节能减排新技术, 近年来在冶金行业逐步推广应用;但是还存在着一些不足之处。主要表现在以下几个方面: (1) 蜂窝体的使用寿命低。蜂窝体的使用寿命一般为3～6个月, 甚至出现过使用2～3就大量堵塞的情况。 (2) 蓄热球性能不适应实际高温生产环境。在使用过程中经常出现熔化、软化、破裂和腐蚀破碎等现象。济钢中板厂3座蓄热式加热炉自投用后, 在生产中也存在以上问题, 为此, 济钢中板厂分析了蓄热系统损坏的原因, 并进行了改造, 增加了加热炉的使用周期。
1 原因分析
蓄热式加热炉燃烧原理如下:加热炉两侧蓄热式烧嘴, 当B侧烧嘴为燃烧加热时, A侧烧嘴为排烟并进行蓄热, 经过一定时间, 通过换向阀完成煤气或空气的转换, A侧烧嘴为燃烧加热, 而B侧烧嘴为排烟并进行蓄热。
通过对生产现场加热炉实际生产的分析, 认为造成以上问题的原因主要有以下几点。
(1) 蜂窝体工作环境影响。由于蜂窝体长期工作在急冷急热、带有腐蚀性气体的恶劣环境中, 经常承受着高温作用和因内外温差变化而引起的应力作用。蓄热体与气流进行热交换, 一些带有腐蚀性的气体和粉尘颗粒会对蜂窝体产生不利影响。比如氧化铁颗粒会降低铝硅材质的软熔温度, 使蜂窝体熔化而堵死气孔;酸性气体会对蜂窝体产生腐蚀作用;炉内燃烧后的微小颗粒会附着在蜂窝体表面而堵塞气体通道等。煤气中含水量高。高炉煤气的含水量在40%时为60g/m3, 雨天和冬季含量更高, 这些含水的煤气在通过蜂窝体前同灰尘一起被粘在表面, 时间一长就形成堵塞。
(2) 蓄热室内气体偏流问题。气体在蓄热室内出现偏流, 经过若干次换向后容易导致蜂窝体局部高温产生热应力。当产生的温度应力超出其承受极限时, 蜂窝体就会破裂。
(3) “二次燃烧”问题。蓄热式燃烧系统的空气喷口和煤气喷口一般相互独立, 但是对空气和煤气射流的速度、交角和距离的最佳值很难把握, 一旦处理不当则容易造成炉内局部煤气燃烧不充分产生的残余燃料;这些烟气在被吸入蓄热室时, 空气和煤气会重新接触产生“二次燃烧”, 放出的热量可以完全被蜂窝体和蓄热体吸收, 尽管没有造成能量损失, 但局部高温很容易使蜂窝体及蓄热体熔化而失效。
2 改进措施
2.1 更换蓄热球材质, 减少破碎
通过对加热炉实际生产状况进行了调查和分析, 并对各种蓄热球耐材特性进行比较, 蓄热球采用金刚玉材质, 由于金刚玉蓄热球具有高耐磨、高强度、耐高温、抗腐蚀、耐急冷急热性好、使用寿命长等特性其抗压强度达1500MPa以上, 较好的解决了蓄热球熔化、软化、破裂和腐蚀等问题。
2.2 改变蜂窝体网格的形状, 缓解堵塞
由于原设计主要考虑蜂窝体的强度因素, 将蜂窝体的通气孔设计成Ф15mm的圆孔;实际使用时, 由于煤气气源较脏、烟气中低熔点物质太多, 蜂窝体孔洞过小, 造成低熔点物质极易贴附在圆孔边沿, 受高温侵蚀、烧结结晶后较硬, 难以清除, 不久蜂窝体便会堵塞, 导致烧嘴不能正常供气与蓄热, 致使加热炉不能正常工作, 加热能力大大下降, 极大的影响了生产的顺利进行。
经过分析, 发现蓄热室蜂窝体工作温度接近炉温, 且排烟与供气交替工作, 工作环境相当恶劣。
为此对烧嘴蓄热室蜂窝体进行了改进, 将通气孔改为长65宽12mm的长条立形孔, 孔与孔间距适当加大。同时将蓄热球直径由原来的15mm增加到20mm (如图1所示) 。其优点为如下。
(1) 增加了气体可流通面积, 从而降低了气体流通阻力从而增强了气体流通能力。
(2) 由于改为立式矩形孔, 灰尘、氧化铁皮及煤气燃烧残留物不易凝结于蜂窝体侧壁, 从而减少了气孔阻塞的可能, 延长了烧嘴使用寿命。
(3) 在保证了强度的前提下, 可以方便安装、拆除, 有效降低了劳动强度和检修工期。
2.3 增设气体分析仪, 优化燃气比例
在烟道内增设氧化锆气体分析仪, 及时对烟道内的残留氧气含量进行分析, 操作工可以根据分析数值进行调整, 保证加热炉内煤气同空气比例处于一个良好的范围, 使烟道内气体处于低氧比例, 降低二次燃烧对蓄热系统造成的危害。
3 设备改造的实际运行效果
改造后的蓄热室蜂窝体在三座加热炉投入使用, 虽然蓄热球直径增加, 导致排烟温度略微升高, 但仍在设备正常工作的允许范围内;改造前三座加热炉平均每年每炉检修3次降低为平均每年1次, 大大减少了检修时间;同时还节省了材料及人工费用。经过一年多的实际生产, 加热炉蓄热系统运行基本稳定, 目前加热炉的均热段炉温控制在1250℃～1320℃之间, 加热段炉温在1200℃左右, 排烟温度不超过150℃, 燃烧产物的显热得到最大限度的回收。通过对加热炉蓄热系统的技术改造, 使中板厂蓄热式加热炉的性能有了进一步的增加, 运行周期大大提高;同时较好的改善了钢坯的加热质量, 取得了很大的经济效益和环保效益。
摘要：针对蓄热式加热炉的蓄热室在使用过程中常出现堵塞、烧损及蜂窝体破碎等现象;通过对加热炉蜂窝体的尺寸进行改进, 改善了加热炉蓄热系统的蓄热性能, 满足了加热炉的使用要求。
关键词：蓄热式加热炉,蓄热室堵塞,蜂窝体
参考文献
[1] 蔡乔方.加热炉[M].北京:冶金工业出版社, 1983.
[2] 秦文.浅析蓄热式燃烧技术[J].冶金能源, 2006 (5) :45.