1、加熱爐富氧燃燒技術的應用研究溫志紅1,郭漢杰2(11韶關鋼鐵集團公司技術研究中心,廣東韶關512123;21北京科技大學冶金學院,北京100083摘要:針對韶關鋼鐵集團公司五軋廠加熱爐存在的問題,借助該公司氧氣資源豐富的優勢,分析了采用富氧燃燒技術的可行性和經濟合理性,同時進行了工業試驗,取得了較好效果。關鍵詞:加熱爐;富氧燃燒;加熱能力中圖分類號:TG 307文獻標識碼:B 文章編號:1003-9996(200404-0063-03Application of oxy 2f uel burning technology in reheating f urnaceWEN Zhi 2hong 1

2、,GUO Han 2jie 2(11Shaoguan Iron &Steel Group Ltd 1,Shaoguan 512123,China ;21University of Science &Technology Beijing ,Beijing 100083,China Abstract :In view of the short heating ability of reheating furnace and abundant oxygen resource in Shaoguan Iron &SteelGroup Ltd 1,the feasibility

3、and economical rationality of oxy 2fuel burning technology wereanalyzed 1Meanwhile ,the industrial testing was carried out and the good effects was obtained 1K ey w ords :reheating furnace ;oxy 2fuel burning ;heating ability收稿日期:2004-02-18作者簡介:溫志紅(1973-,女(漢族,江西人,工程師。1加熱爐概況韶關鋼鐵集團公司五軋廠加熱爐于1994年9月投產,為推

4、鋼式加熱爐,以燃燒高爐煤氣為主,加熱能力20t/h 。其主要特點是采用了金屬管式換熱器對空、煤氣進行雙預熱,設計空氣預熱溫度為600、煤氣為380(實際運行中煤氣一般都在200300,空氣基本可維持在600左右。加熱爐技術參數如表1所示。表1加熱爐性能參數項目參數值坯料規格/mm 52×52×17002400鋼種碳素鋼、低合金鋼加熱溫度/11201150燃料,熱值/kJ (Nm -3高爐煤氣,3700單位熱耗/kJ kg -11463最大燃料消耗量/m 3h -18560最大空氣消耗量/m 3h -168501999年5月,五軋廠進行了一火成材改造,采用160mm 

5、5;160mm ×12002200mm 坯料,2002年實施了切分工藝,由于坯料規格和軋機能力的變化,加熱爐已成為嚴重制約生產的主要原因,表現在以下方面:(1加熱能力不足,主要表現為加熱速度問題。加熱爐采用空氣、高爐煤氣雙預熱,理論燃燒溫度不高(<1705,火焰輻射傳熱能力不強,不能快速加熱。坯料改52mm ×52mm 為160mm ×160mm 方坯后,由于每支鋼坯在加熱爐內的加熱時間不足,因而造成生產時經常待溫,嚴重限制了軋機能力的發揮。(2溫差大,加熱質量差,軋制事故多。(3氧化燒損嚴重,成材率低。(4單位燃耗218G J/t ,燃料成本40元/t 。

6、2加熱爐富氧燃燒改造的可行性分析由于受爐體尺寸和場地的限制 ,要通過增加爐子有效尺寸來增加加熱能力是不現實的;若是36革新與交流簡單地增加燒嘴個數或加大燒嘴能力來提高加熱能力,由于受爐體空間限制,勢必增加單位能耗,因此最佳的解決方法是提高燃燒效率和傳熱效率。2001年6月,廣東韶鋼普萊克斯實用氣體有限公司T 2900空分設備竣工投產,每小時可生產氧氣23500m 3。為了充分利用氧氣資源,以提高加熱爐的生產能力,并降低能耗,韶鋼對富氧燃燒技術進行了研究,并進行了工業試驗。211富氧燃燒原理分析從燃燒學的角度分析,富氧對燃燒反應有以下幾方面影響:(1根據質量作用定律,燃燒反應速度隨反應物濃度加大

7、而加快,尤其是煤氣的燃燒。(2富氧燃燒可相應減少助燃空氣量、煙氣量。在助燃空氣中如增加1%的氧氣,則相應減少4%的氮氣1。如按體積比4%富氧,則助燃空氣中氮氣減少16%。根據煙氣量公式1,富氧后煙氣量減少15%。根據五軋廠熱平衡測試,因煙氣產生的熱損失為26%,所以減少煙氣,可減少熱損失15%×26%=4%。按高爐煤氣單耗成本312G J /t ×9元/G J =2818元/t ,則節約燃料成本2818×4%=11152元/t 。(3采用富氧燃燒,可提高理論燃燒溫度、輻射給熱系數,縮短加熱時間,提高產量。理論燃燒溫度t r =(最大燃料消耗量×煤氣發熱值

8、+空氣比熱×4119×最大空氣消耗量×空氣預熱溫度/(燃燒產物比熱×4119×煙氣量爐氣平均溫度T 0=0195t r t ch輻射給熱系數f =C ×(T 0/1004-(T i /1004/(T 0-T i 以上式中,空氣比熱為01322,燃燒產物比熱為01369;t ch 為煙氣出爐溫度;C 為綜合輻射系數;T i 為鋼坯表面平均溫度。根據以上公式,原助燃空氣理論燃燒溫度t r1=1705,富氧后t r2=1958;原爐氣平均溫度T 01=1174,富氧后T 02=1264。加熱時間與1/f 成正比。計算可知,=1/f 1-1/

9、f 2=15%,現小時產量為20t/h ,加熱爐采用富氧燃燒后加熱能力可達20×(+=20×1115=23t/h ,即每小時增加產量3t 。212經濟合理性分析作業時間按6000h/a 計(由于是2班生產,年產6000h ×23t/h =138000t 。噸鋼成本下降11元/t ,其中,由于產量的提高,噸鋼制造費用成本下降715元,工資成本下降2135元/t ;采用富氧燃燒技術可節約燃料成本1115元/t 。由于增加產量3t/h ,全年增產18000t ;年新增利潤18000t ×100元/t =1800000元;增產效益為138000t ×1

10、1元/t +1800000=1518000+1800000=3318000元。理論消耗氧氣量6850×4%=274m 3/h ;低壓管網氧氣價格:0145元/m 3;消耗氧氣成本:274×0145元/m 3×6000=73980元。估算全年直接經濟效益:3318000-73980=3244020元。213技術可行性分析21311用氧方式韶鋼有充足的氧氣資源,既有液氧又有管道氧氣,故可考慮2種用氧方式:(1用液氧槽車運到現場,再用管板式散熱器氣化,并架接氧氣管路到風機進風口處,含氧量通過氣化后氧氣管道上的壓力表和閥門來控制 ,并定時用Z0-102型氧化鋯氧分析儀對富

11、氧率進行檢測;(2用附近的中壓氧氣管道供氧到風機進風口處,增設用氧安全設施和含氧量檢測與調節設施。21312火焰溫度的控制加熱爐上應用富氧燃燒技術后火焰溫度有所上升,可從以下幾方面進行控制:(1通過調節純氧和助燃空氣比例,控制含氧量,保持助燃空氣中含氧量的穩定性以穩定火焰溫度。采用有效的氧氣控制系統(在氧氣供應管上裝壓力表、流量計、比例調節閥、自動切斷閥等儀表,根據爐溫要求直接控制供氧量,同時富氧量需設定一個上限,超上限自動切斷并聲光報警。(2加強對爐溫的控制,根據加熱制度嚴格控制爐溫上限,必要時調整富氧率。(3在富氧燃燒試驗完成后,可進一步改造燃燒器,使之成為富氧燃燒器,有效地控制火焰溫度。

12、46Vol 121No 14Steel Rolling Aug 12004121313熱回收系統仍然采用金屬換熱器對空、煤氣進行雙預熱,回收煙氣余熱。由于煙氣量減少,因此要適當調整煙氣調節閥。21314富氧時的安全條件(1有足夠的氧壓。氧氣壓力必須大于助燃空氣風壓,雖然氧氣控制系統上有止回閥,自動切斷閥等保護措施,但對氧壓必須有嚴格的操作要求。(2空氣流量超過預定的最小值,就必須有一定的風壓和風量,保證不回火助燃空氣管道,否則自動停止供應氧氣,關閉所有氧氣管閥門。(3不超過富氧的上限。先按4%體積比富氧,即助燃空氣中氧含量接近25%,并以此作為上限。(4在氧氣無充足供應時,可立即恢復空氣助燃燃

13、燒,以確保生產順利進行。3應用效果在2001年9月,對韶鋼五軋廠加熱爐進行了富氧燃燒的現場工業應用試驗,結果如表2所示。表2加熱爐采用富氧燃燒技術前后指標對比項目富氧率/%富氧總時間/h 加熱鋼坯重量/t h -1氧氣消耗/m 3t-1均熱段煤氣消耗/m 3t -1加熱段煤氣消耗/m 3t -1煤氣消耗/m 3t-1重油消耗/kg t-1加熱成本/元t -1未富氧002613019613414136101615124617富氧210%實驗119841502511181714310367105101012164713富氧315%實驗31433117271530101511035511506132

14、143410富氧410%實驗31694188281131151941036316557161113319由表2可知,在富氧率適當時富氧燃燒技術可達到提高產量,節約能源,降低成本的效果。本實驗得出,較佳富氧率為315%410%。參考文獻:1鋼鐵廠工業爐設計參考資料M 1北京:冶金工業出版社,19791熱軋窄帶鋼能耗曲線的繪制及應用劉萊萌,于全成,孫正旭,張梅(萊蕪鋼鐵股份有限公司軋鋼廠,山東萊蕪271126摘要:根據萊蕪鋼鐵股份有限公司500mm 熱軋窄帶鋼軋機生產現狀,介紹了能耗曲線的繪制方法及其具體應用,采用該方法計算力能參數較經驗公式具有更高的準確性。關鍵詞:能耗曲線;力能參數;計算;熱軋

15、窄帶鋼軋機中圖分類號:TG 335156文獻標識碼:B 文章編號:1003-9996(200404-0065-03Dra wing energy consumption curve of hot narrow strip rolling and its applicationL IU Lai 2meng ,YU Quan 2cheng ,SUN Zheng 2xu ,ZHAN G Mei (Laiwu Iron &Steel Co 1,Ltd 1,Laiwu 271126,China Abstract :The method of drawing energy consumption curve and its application was introduce based on the 500mm hot narrow strip mill of Laiwu Iron and Steel Co 1,Ltd 1It has higher precision than experience formulas