1、大型在線液態(tài)出渣蓄熱式高溫硅鋼加熱爐 設(shè)計研究和應(yīng)用 陳迪安1、李春生 1、苗為人 1、余威2、劉志民 2 ( 1.北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司，北京 100043 ； 2.河北省首鋼遷安鋼鐵有限責(zé)任公司，河北 遷安 064404 ) 摘要： 蓄熱式燃燒技術(shù)具有高效、節(jié)能的優(yōu)點，但將蓄熱燃燒技術(shù)應(yīng)用于加熱高牌號取 向硅鋼大型在線液態(tài)出渣高溫硅鋼加熱爐還沒有先例，高溫硅鋼加熱爐作為熱軋硅鋼生產(chǎn)線 上高能耗設(shè)備，其燃燒系統(tǒng)的選擇和確定已成為一個新的課題，加熱爐供熱方式的選擇必須 考慮工藝、燃料條件、加熱鋼種以及質(zhì)量要求、操作維護、使用壽命、一次性投資成本、運 行和維護費用等諸多因素。本文詳細介紹遷

2、鋼 1580mm 熱軋生產(chǎn)線高溫硅鋼加熱爐先進爐型 結(jié)構(gòu)、蓄熱和預(yù)熱組合式燃燒技術(shù)、在線液態(tài)排渣技術(shù)、蓄熱排煙系統(tǒng)“抽吸比”控制技術(shù)、 蓄熱燒嘴低負荷時序“間拔”控制等綜合技術(shù)，不但提高了鋼坯加熱質(zhì)量、降低了燃料消耗和 污染物排放，同時高溫硅鋼加熱爐周期加熱量由5000t 提高到 11000t 。 關(guān)鍵詞： 蓄熱式燃燒；抽吸比；在線液態(tài)排渣；“間拔”控制技術(shù) Large-scale online liquid slag design study and application of regerative cumbustion high temperature silicon steel fur

3、nace Chen Dian 1，Li Chunsheng1， Miao Weiren 1， Yu Wei2， Liu Zhimin 2 (1. Beijing Shougang International Engineering Technology Co., Ltd., Beijing, 100043 。 2. Hebei Shougang Qianan Iron （2）二加下和均熱下采用側(cè)向低 NOx調(diào)焰燒嘴，二加上和均熱段上采用平焰燒嘴供熱, 爐膛高度低，形成溫度均勻的輻射面，爐溫均勻，爐膛升溫快，板坯加熱質(zhì)量好，火焰不直 接沖刷爐料，其余供熱段采用低NO蓄熱燒嘴側(cè)向供熱，氧化燒率低。

4、具體布置見表4-2 ； 表4-2高溫硅鋼加熱爐爐型結(jié)構(gòu)和燒嘴配置 Table 4-2 high-temperature steel heat ing furn ace and bur ner con figuratio n structure 均熱段 二加熱段 一加熱段 預(yù)熱段 火封段 上部供熱 平焰燒嘴 輻射供熱 平焰燒嘴 輻射供熱 蓄熱燒嘴 側(cè)向供熱 蓄熱燒嘴 側(cè)向供熱 下部供熱 調(diào)焰燒嘴 側(cè)向供熱 調(diào)焰燒嘴 側(cè)向供熱 蓄熱燒嘴 側(cè)向供熱 蓄熱燒嘴 側(cè)向供熱 平焰燒嘴 輻射供熱 （3）為了適應(yīng)硅鋼加熱，均熱段下部爐膛高度高，同時為實施液態(tài)出渣技術(shù)，均熱下全 部采用大調(diào)節(jié)比、低 NG調(diào)焰燒嘴

5、供熱。在燒嘴設(shè)計方面采用新技術(shù)，確保爐寬方向的爐溫 均勻，同時有效降低了燃燒產(chǎn)物中 NOx的含量，改善了環(huán)境條件； （4） 二加下、均熱段下部設(shè)置液態(tài)出渣系統(tǒng)，爐底兩側(cè)分別設(shè)置6個液體出渣口，在 每個出渣口的端部使用火封燒嘴來保證液態(tài)渣在渣口通道內(nèi)不會凝固，液態(tài)渣流出后，經(jīng)粒 化裝置粒化，落入粒化槽，最后通過沖渣水沖入出爐輥道下的鐵皮溝內(nèi)；。 （5）全爐設(shè)8+仁9個供熱段進行爐溫自動控制：預(yù)熱段上、下，一加上、下，二加 上、下，均熱段上、下以及火封供熱段； （6）在熱回收段與預(yù)熱段之間、預(yù)熱段與一加之間、一加與二加之間設(shè)有底部隔墻，爐 頂設(shè)置壓下結(jié)構(gòu)，將爐膛分割成室狀結(jié)構(gòu)，對爐內(nèi)煙氣進行扼流，

6、以改善爐內(nèi)傳熱和溫度的 分區(qū)控制； （7） 加熱爐排煙系統(tǒng)采用蓄熱排煙管道+爐尾煙道組合式，在加熱爐各段蓄熱排煙管和 常規(guī)爐尾煙道上設(shè)置排煙調(diào)節(jié)閥，對爐內(nèi)壓力進行自動控制，同時爐壓在線進行自學(xué)習(xí)控 制，確保爐內(nèi)微正壓操作，減少板坯氧化燒損。 4.4燃燒系統(tǒng)設(shè)計研究和應(yīng)用 傳統(tǒng)高溫硅鋼加熱爐在燃燒技術(shù)普遍采用傳統(tǒng)空、煤氣雙預(yù)熱或空氣單預(yù)熱的余熱回收 技術(shù)，由于取向硅鋼鋼坯的出爐溫度在1380土 10C ,燃料的發(fā)熱值必須11700Kj/m3,才能保 證坯料出鋼溫度。根據(jù)硅鋼加熱爐爐溫制度、爐型特點以及先進燃燒技術(shù)適用性，在遷鋼 1580mm熱軋高溫硅鋼加熱爐采用空氣單蓄熱和預(yù)熱以及煤氣預(yù)熱的組合

7、式余熱回收技術(shù)，雖 然蓄熱式燃燒技術(shù)在節(jié)能環(huán)保方面較傳統(tǒng)的燃燒技術(shù)有無法比擬的技術(shù)優(yōu)勢，那么為什么第 二加熱段和均熱段采取傳統(tǒng)雙預(yù)熱燃燒技術(shù)而不采用蓄熱式燃燒技術(shù)？主要基于以下幾點考 慮： (1) 高溫硅鋼加熱爐第二加熱段和均熱段爐溫達到1400 C,由于煙氣溫度特高，蓄熱箱 體保溫層必須設(shè)計的特別厚，保溫層砌筑也由原先的金屬錨固件改為高鋁錨固磚錨 固，箱體特別大，造價高。 (2) 市場上也很難采購到能在 1400 C工況下連續(xù)工作的蓄熱體。 (3) 由于蓄熱燒嘴體積龐大，占用爐外大量空間，因此在二加下和均熱下布置不下液態(tài) 排渣裝置。 4.5煤氣預(yù)熱、空氣蓄熱和預(yù)熱組合式余熱回收的加熱方法 大

8、型在線液態(tài)出渣高溫硅鋼板坯加熱爐采用煤氣預(yù)熱、空氣蓄熱和預(yù)熱組合式余熱回 收的加熱方法，實現(xiàn)了在高溫硅鋼加熱爐上采用蓄熱燃燒技術(shù)，充分回收廢氣余熱，有顯著 的節(jié)能效果，并大大降低了污染氣體的排放，具有巨大的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。 其主要工藝流程如下： 加熱所需板坯在入爐輥道上自動定位完畢后由裝鋼機托起板坯送入加熱爐內(nèi)，并根據(jù) 板坯寬度自動控制裝鋼機的行程，使裝入爐內(nèi)的板坯與爐內(nèi)前一塊板坯保持0mm無間隙裝鋼) 間隔。爐內(nèi)步進梁通過上升t前進t下降t后退的循環(huán)運動，將板坯一步一步向前輸送，板 坯經(jīng)過熱回收段、各個加熱段和均熱段完成加熱和均熱過程，在這一過程中加熱爐二級計算 機控制系統(tǒng)根據(jù)

9、從數(shù)據(jù)庫調(diào)入的該板坯的原始數(shù)據(jù)自動生成加熱工藝，自動設(shè)定和控制各段 爐溫，使板坯到達出料端時加熱到軋制工藝要求的溫度。板坯到達由激光檢測器控制的出鋼 位置后，托出機將其托出，放在出爐輥道上，然后由輥道輸送到除磷機進行除磷，除磷后送 入軋機進行軋制。 其中板坯具體在爐內(nèi)加熱過程內(nèi)容如下： 板坯通過步進梁由入爐端向出爐端步進，在步進過程中通過熱回收段、預(yù)熱段、第一 加熱段、第二加熱段和均熱段，根據(jù)各鋼種加熱工藝要求對每個加熱段的加熱溫度進行控 溫，各段溫度控制范圍【1】見表4-3 : 表4-3高溫硅鋼加熱爐爐溫控制范圍(單位 ：C) Table 4-3 high-temperature steel

10、 heating furnace temperature control range (unit:C ) 均熱段 第二加熱段 第一加熱段 預(yù)熱段 11501400 12001400 11501350 9501250 根據(jù)取向硅鋼加熱工藝要求對每個加熱段的加熱溫度進行控溫，其中，預(yù)熱段和第一加 熱段按爐膛實際溫度控制投入相應(yīng)的加熱段的蓄熱式燒嘴數(shù)量，自動燃燒系統(tǒng)將根據(jù)加熱工 藝要求的溫度自動控制調(diào)節(jié)空氣、煤氣、煙氣支管調(diào)節(jié)閥門，每個加熱段對應(yīng)有混合煤氣支 管、供風(fēng)支管和排煙支管，通過調(diào)節(jié)支管上的調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)混合煤氣與供風(fēng)的配比后(按流量 計所測空氣與煤氣流量進行調(diào)配)，送至蓄熱式燒嘴前，選擇各段蓄

11、熱式燒嘴投入后，助燃 空氣通過蓄熱燒嘴的蓄熱室被蓄熱至10001100 c后進入加熱內(nèi)，與預(yù)熱的熱煤氣混合燃 燒，實現(xiàn)板坯的加熱，燃燒后產(chǎn)生的廢氣通過引風(fēng)機的抽吸，煙氣經(jīng)由蓄熱體時熱量被吸 收，從高溫降至150 C,通過調(diào)節(jié)供風(fēng)支管和排煙支管上的調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)排煙煙氣與供風(fēng)的配 比后(即抽吸比)，煙氣通過排煙管送至煙囪排出，加熱爐兩側(cè)蓄熱式燒嘴交替燃燒、排煙 完成整個加熱過程；另外，第二加熱段、均熱段和火封燒嘴段在加熱高溫出爐的取向硅鋼期 間，1400 C排煙溫度以及爐兩側(cè)需要布置液態(tài)出渣口，不具備布置蓄熱燒嘴條件，因此采用 常規(guī)的空、煤氣雙預(yù)熱模式。此部分供熱段根據(jù)加熱工藝要求的溫度自動控制調(diào)節(jié)

12、空氣、煤 氣支管調(diào)節(jié)閥門，每個供熱段對應(yīng)有混合煤氣支管、供風(fēng)支管支管，通過調(diào)節(jié)支管上的調(diào)節(jié) 閥實現(xiàn)混合煤氣與供風(fēng)的配比后(即空燃比)，送至低NQ調(diào)焰燒嘴前，實現(xiàn)板坯加熱和液 態(tài)出渣，燃燒產(chǎn)生的煙氣通過爐尾煙道送至煙囪，排煙溫度在300C，整個加熱爐綜合排煙 溫度在 200c。 4.6 蓄熱燃燒系統(tǒng)爐壓、排煙溫度控制策略研究和應(yīng)用 近年來蓄熱式燃燒技術(shù)在國內(nèi)冶金行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，在應(yīng)用過程中表現(xiàn)最為突出三個 【 4】【 5】 問題 【4】【 5】： (1) 爐壓控制不穩(wěn)定，爐壓偏高，爐體門洞冒火現(xiàn)象比較嚴重； (2) 排煙溫度偏高或偏低，排煙溫度不均勻； (3) 蓄熱排煙系統(tǒng)自動化投入不進去，處

13、于遠距離手操狀態(tài)。 以上三種現(xiàn)象出現(xiàn)，其實就是在蓄熱燃燒系統(tǒng)中能量流沒有實現(xiàn)平衡自動控制。由于蓄 熱燃燒管路系統(tǒng)復(fù)雜，占地面積和空間比較大，在各段排煙管道沒有相應(yīng)直管段長度滿足設(shè) 置流量孔板要求，因此各段排煙流量控制是由設(shè)在排煙管道上熱電偶提供信號，如果在換向 周期內(nèi)如果排煙溫度高了，各段排煙調(diào)節(jié)閥自動調(diào)小，但此時蓄熱燃燒系統(tǒng)為保護排煙系統(tǒng) 設(shè)備，自動執(zhí)行超溫強制換向，流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)是否合適？只有等下一個換向周期檢驗，如 果在換向周期內(nèi)，各段排煙調(diào)節(jié)閥閥位開度偏小，各個段排煙溫度偏低，容易造成“露點” 腐蝕，影響排煙系統(tǒng)管道和設(shè)備的使用壽命，換向周期結(jié)束后，各段排煙調(diào)節(jié)閥自動調(diào)大， 以適應(yīng)下一

14、個換向周期排煙溫度控制要求。從以上控制調(diào)節(jié)閥控制策略來看，排煙溫度偏高 或偏低時，調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)量大小反饋信號嚴重滯后，爐尾副煙道閘板根據(jù)爐壓信號不斷調(diào)節(jié)爐 壓，整個系統(tǒng)始終處于動蕩無序狀態(tài)，導(dǎo)致爐壓高、波動范圍大等上述現(xiàn)象，所以現(xiàn)在多數(shù) 蓄熱式加熱爐排煙系統(tǒng)自動投入不進去，一致處于遠距離手操狀態(tài)。其實，蓄熱燃燒系統(tǒng)從 表象上看是溫度平衡對應(yīng)關(guān)系，蓄熱燃燒系統(tǒng)整個燃燒和排煙過程其實是燃燒介質(zhì)、蓄熱 體、煙氣通過換向閥控制實現(xiàn)能量的傳遞，而燃燒介質(zhì)、煙氣本身有其熱物理特性，那么不 難看出蓄熱燃燒系統(tǒng)的平衡關(guān)系是流量平衡關(guān)系。 遷鋼1580mm熱軋工程高溫硅鋼加熱爐蓄熱排煙控制系統(tǒng)上研發(fā)“抽吸比”控制

15、技術(shù)， 所謂“抽吸比”就是經(jīng)過蓄熱箱煙氣量與進入蓄熱箱燃燒介質(zhì)量的比值，即各個供熱段排煙 管道上也設(shè)置流量孔板計量蓄熱排煙量，“抽吸比”乘以各個供熱段燃燒介質(zhì)的計量值得出 各個供熱段排煙管道排煙量調(diào)節(jié)值。在排煙系統(tǒng)加入“抽吸比”控制參數(shù)后，蓄熱排煙系統(tǒng) 排煙量處于實時動態(tài)可控狀態(tài)，燃料燃燒產(chǎn)生的富裕煙氣通過爐尾副煙道閘板進行自動調(diào) 節(jié)。同時蓄熱燒嘴采用全分散時序換向，避免集中換向過程中爐壓波動大。開發(fā)應(yīng)用蓄熱燒 嘴全分散時序換向和“抽吸比”控制方法，解決上述幾個問題。 4.7時序間拔”燃燒控制技術(shù) 蓄熱燒嘴由于其功率相對較大，調(diào)節(jié)比小，沒有配備中心風(fēng)，因此在其低負荷工作時， 其噴口速度非常低，

16、火焰剛性差，燃氣從噴口出來后沿爐墻上飄，導(dǎo)致出爐坯料溫度溫差 大。采用時序“間拔”燃燒控制技術(shù)，根據(jù)加熱爐熱負荷情況相應(yīng)切斷各個供熱段部分燒 嘴，為避免各個供熱段長度方向溫度梯度過大以及保溫待軋期間局部高溫，各個供熱段切斷 燒嘴位置按照預(yù)先設(shè)定好的模式進行時序“間拔”切換。圖4-1是本工程時序“間拔”燃燒 控制畫面。 圖4-1時序“間拔”燃燒控制畫面 thinned out I! Figure 4-1 screen to control the combustion timing 4.8 蓄熱室堵塞甚至板結(jié)研究 在實際生產(chǎn)中，蓄熱室的使用壽命直接影響到加熱能力的發(fā)揮，嚴重時甚至導(dǎo)致停產(chǎn)。 從國

17、內(nèi)多臺加熱爐現(xiàn)場問題分析和處理結(jié)果來看，蓄熱室堵塞甚至板結(jié)現(xiàn)象產(chǎn)生主要有以下 三個原因： (1) 煤氣潔凈度不夠，含灰塵、焦油、水分以及雜質(zhì)比較多； (2) 操作中排煙超溫和蓄熱室的二次燃燒現(xiàn)象發(fā)生； (3) 蓄熱體材料理化指標差。 在遷鋼1580mm熱軋高溫硅鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)應(yīng)用上我們開發(fā)和應(yīng)用如下技術(shù)措施 避免上述現(xiàn)象發(fā)生： (1) 廠區(qū)供給加熱爐煤氣必須進行除塵、干燥，含塵量控制在10mg/Nnm以下【2】。 (2) 采用時序“間拔”燃燒控制技術(shù)、煤氣熱值在線檢測技術(shù)以及各個供熱段單獨設(shè)置 殘氧分析儀，每個供熱段單獨實時進行“空燃比”自動修正，確保蓄熱燒嘴的火焰 剛性以及弱氧化性氣

18、氛，蓄熱燒嘴超溫時，采取強制換向控制技術(shù)，避免操作中排 煙超溫和蓄熱室二次燃燒現(xiàn)象發(fā)生； (3) 采用含Al 203 99漓鋁蓄熱球，其耐高溫、低蠕變、抗渣侵以及熱震穩(wěn)定性能好。 設(shè)計開發(fā)應(yīng)用以上三項技術(shù)后，蓄熱室堵塞以及板結(jié)問題得到很好解決，圖4-2 是加熱 爐投產(chǎn) 1 年后，打開蓄熱箱時蓄熱球狀態(tài)，從圖中可以看出，蓄熱球沒有堵塞和板結(jié)現(xiàn)象， 也沒有蓄熱球碎裂現(xiàn)象，只有上表層有輕微的灰塵，清洗一下可以裝回蓄熱箱繼續(xù)使用。 圖4-2 投產(chǎn)1年后蓄熱箱內(nèi)小球狀態(tài) Figure 4-2 put into storage tank ball state after 1 years 5在線液態(tài)出渣系統(tǒng)

19、設(shè)計研究和應(yīng)用 取向硅鋼板坯的加熱工藝要求在爐時間長，加熱爐高溫段爐溫高達13801400C，因此 板坯表面的氧化鐵皮易在爐內(nèi)熔化成液態(tài)鋼渣，生產(chǎn)一段時間當爐內(nèi)鋼渣達到一定量后，需 要停爐進行人工入爐出渣，一般把前后兩次停爐出渣期間爐子加熱的板坯總量稱為“周期軋 制量”，以此來衡量硅鋼加熱爐的生產(chǎn)水平。武鋼1700熱軋廠血3加熱爐是20世紀70年代 從日本引進的，沒有液態(tài)出渣裝置，爐內(nèi)有效容積只能容納5000t左右取向硅鋼板坯加熱時 產(chǎn)生的液體鋼渣，即周期軋制量為5000t【3】,這嚴重制約了熱軋廠取向硅鋼產(chǎn)量的提高。因 此，在遷鋼1580熱軋血3高溫硅鋼加熱爐設(shè)計采用在線液態(tài)排渣方式，在爐子

20、加熱段、均熱 段兩側(cè)側(cè)墻底部設(shè)液態(tài)粒化出渣口、火封燒嘴等裝置，進行在線液態(tài)出渣。液態(tài)出渣量占總 渣量的50%其余在停爐后進行干出渣。 高溫硅鋼加熱爐采用在線液態(tài)出渣方式有如下技術(shù)優(yōu)勢： (1) 既滿足了硅鋼加熱，又減少了停爐檢修次數(shù)，增加了生產(chǎn)時間，提高了高溫加熱爐 的生產(chǎn)作業(yè)率，加熱爐周期軋制量由5000t增加到11000t，提高加熱爐年加熱能 力； (2) 由于周期軋制量增加，降低了加熱爐每次停爐降溫、清渣、升溫次數(shù)，降低燃料消 耗，降低工人勞動強度，同時便于大規(guī)模生產(chǎn)組織。 (3) 新增在線液態(tài)出渣系統(tǒng)形式簡單、操作和檢修方便、清渣容易。 6 結(jié)論 遷鋼1580mm熱軋生產(chǎn)線高溫硅鋼加熱爐采用蓄熱和預(yù)熱組合式余熱回收加熱技術(shù)、在線 液態(tài)排渣技術(shù)、蓄熱排煙系統(tǒng)“抽吸比”控制技術(shù)、蓄熱燒嘴低負荷時序“間拔”控制技 術(shù)、三