加热炉的蓄热式烧嘴原理及安装工艺
    

一 蓄热式烧嘴原理及安装

蓄热式加热炉的核心部位是蓄热式烧嘴和换向阀,其中蓄热式烧嘴的安装极为重要。

1.蓄热式烧嘴工作原理

蓄热式烧嘴按预热方式可分为空气单预热的蓄热式烧嘴;空气、煤气双预热的分隔式蓄热式烧嘴;空、煤气双预热的组合式蓄热式烧嘴。宽厚板厂加热炉采用空煤气双预热分隔蓄热式烧嘴。它由分开的各自独立的空气蓄热器与煤气蓄热器组成,采用蜂窝体作为蓄热体,蓄热器出口的高温空气气流与煤气气流斜交混合燃烧。在炉墙的一侧相邻的空气蓄热器的1个喷口和煤气蓄热器的1个喷口组成的!燃烧单元a,与对面炉墙相对的!燃烧单元b呈周期性变换工作状态,即a侧燃烧器燃烧时,b侧燃烧器排烟,这时a侧燃烧器内的蓄热体放热,b侧燃烧器内的蓄热体吸热;换向后,b侧燃烧,a侧排烟,b侧蓄热体放热,a侧蓄热体吸热。如此周而复始变换,通过蓄热体这一媒介,排出烟气余热的绝大部分转换成燃烧介质的物理热,被充分回收利用。对于炉子某一个区段来说,中间的蓄热器是双出口,而边上的蓄热器是单出口。需要特别注意的是:在炉子设计确定烧嘴热负荷时,以每个!燃烧单元计算,而实际安装的蓄热器数量总会比燃烧单元的数量多1个。蓄热式烧嘴由壳体、后盖、普通格栅、内衬、蓄热体、档板砖及空气煤气连接管等部分组成。

2.蓄热式烧嘴安装(烧嘴与烧嘴砖分开)

2.1烧嘴安装步骤及注意事项

1)安装烧嘴本体。在炉皮钢板上找准每个烧嘴的安装位置,将蓄热器壳体与炉墙钢板用内外连续焊缝焊接,定位公差2mm。

2)安装烧嘴砖。将20mm厚的耐火纤维毯裁成与烧嘴端面相同的形状,外沿比烧嘴大50mm左右,用高温胶将纤维毯贴在烧嘴端面,然后安装烧嘴砖。安装时要求烧嘴砖的内子口与烧嘴内衬的四周间距一致,并尽量靠紧,端面之间的误差5mm,然后将烧嘴砖与炉墙钢板固定(此时烧嘴砖!贴挂在炉墙钢板上)。

3)烧嘴砖安装好后,继续捣打炉墙可塑料。注意捣打时必须两侧同时施工,避免一侧受力而引起烧嘴的变形。

4)炉墙可塑料施工完毕后,打开烧嘴的后盖板,用在高温粘结剂中浸透过的高纯型硅酸铝纤维散棉填实本体与烧嘴砖之间的缝隙(高温粘结剂需加少许矾土粉调成糊状)。

5)烧嘴接缝填充完毕后必须经过认真检查,确认达到要求后再装高温挡板及蓄热体。

6)用塑料布将入口封上以免后续施工过程中掉进杂物,然后装上低温格栅及烧嘴盖板,注意密封。

2.2蜂窝体安装步骤及注意事项

1)按照挡砖高温蜂窝体低温蜂窝体的顺序安装,不可装错。首先将烧嘴箱内清理干净,再按图纸装入不同规格的挡砖,最后分别按图纸装入高温蜂窝体(材质为刚玉)和低温蜂窝体(材质为莫来石)。

2)安装时,如果蜂窝体左右出现较大缝隙(>10mm),可以将每排蜂窝体之间错开码放(前一排从左向右装,后一排从右向左装),使边际缝隙前后不会贯通。缝隙处可以将破损的蜂窝体按同尺寸稍小2mm左右锯齐填入。

3)安装时,如果蜂窝体上面出现缝隙(>6mm),可以在烧嘴箱底部铺上陶瓷耐火纤维毯,不可以在上部添陶瓷耐火纤维毯。

4)安装时,如果因蓄热室尺寸偏小蜂窝体无法装入,可以将蜂窝体一层层敲掉或用锯片切割然后再装入,注意要保持平面整齐。

二 蓄热式加热炉操作优化

1.烧嘴最佳流量控制宽厚板厂蓄热式烧嘴采用莫来石自流浇注料整体浇注,其喷口有别于常规烧嘴,只有空煤气预热至高温下才能发挥其高温低氧特性,进行扩散式弥漫燃烧,此时炉内无可见火焰轮廓,温度场保持均匀。炉温过高时不应采取过度调节空、煤气调节阀减小流量的方法来控制炉温,因为在小流量时蓄热式烧嘴不能发挥最佳工作性能,此时可按时序依次!切除和!投入烧嘴,这样既能保证炉温不超过工艺要求,也能保证烧嘴最佳流量。

宽厚板厂蓄热式烧嘴设计流量为均热段上烧嘴960m3/h,下烧嘴为1100m3/h.在正常炉况下,要发挥烧嘴的最佳特性就要考虑最佳的流量选择,当段控制流量分配小于各支管最佳流量时应切除部分烧嘴。只有合理调节各支管烧嘴前手动阀门,特别要调节好一对烧嘴两侧的手动阀门开口度,保证每个烧嘴两侧流量分配均匀,减小两侧流量的误差,才能合理控制燃烧,这时的排烟温度、炉压基本保持平衡。

2.烧嘴最佳换向周期

控制当选定烧嘴的最佳流量后,其换热性能还与蓄热体的最佳换向周期有关:若换向周期过长,烟气余热得不到充分回收,表现为排烟温度升高;若过短,蓄热体得不到充分加热,表现为气体预热温度降低。由蓄热燃烧理论可知,蓄热室达到饱和状态时换向,此时烧嘴的换热性能最好。

此外,最佳换向周期还与蓄热体结构有关:蓄热体孔格大、壁厚,其比表面积就小,蓄热体吸热和放热速度也慢,换向周期应长些;蓄热体孔格小、壁薄,比表面积大就大,蓄热体吸热和放热速度也快,换向周期应短些。根据国内权威实验报告,蓄热体孔格为3mm3mm、壁厚为1mm的结构,最佳换向周期为60s,此时烧嘴的热效率为83.32%、温度效率为96.23%,换热性能最好。在实际操作中,还应根据预热气体流量设定合适的换向周期,在烧嘴流量调节范围内,换向周期在60~120s范围内可做适当调节。

3.燃烧方式选择

宽厚板厂蓄热式加热炉的换向方式为分散换向,其控制灵活多变。以均热段为例,其燃烧方式可以分为3种:

1)东侧上、下加热燃烧,西侧上下加热排烟。此种情况下炉膛两侧上、下热电偶温差大,特别是换向时反应明显,板坯沿长度方向温差大。

2)东侧上、下加热,相邻烧嘴有的燃烧,有的排烟。

同样西侧上、下加热,相邻烧嘴有的燃烧,有的排烟。有学者认为,当同侧相邻a烧嘴燃烧b烧嘴排烟时,火焰的形状会受相邻烧嘴抽力影响,a烧嘴产生的废气并不沿相对另一侧烧嘴轴向运动,部分废气未来得及加热板坯就从相邻b烧嘴抽走,对传热不利。

3)东侧上加热燃烧,下加热排烟;西侧上加热排烟,下加热燃烧。笔者比较认同此燃烧方式:以板坯为中心线,上下加热互不影响,烧嘴间无干扰;炉内空煤气无死区,可以实现高温低氧环境;炉内热电偶温差较小,板坯加热温度均匀。

此3种方式燃烧时,炉膛内部火焰燃烧特性、高温废气流向、温度场的分布不尽相同,孰优孰劣,存在着分歧。因此,为获得最优的换向控制和燃烧效果,还有待于采用高科技检测设备对炉内温度场进行大量检测,同时收集充分有效的数据,进行分析和探讨。

4.炉压与烟温控制

炉压控制与烟温控制是蓄热式加热炉最大的矛盾,二者很难兼顾,特别是对于习惯常规炉操作的加热工往往很难适应。宽厚板厂加热炉在设计初增加了辅助烟道,可以缓解炉压偏高的问题,但是保留辅助烟道必将增加一部分热损,结合鄂钢高炉煤气富余的实际情况来看,额外损耗一部分高炉煤气换来加热炉的平稳运行是可行的。

根据操作经验,在炉况正常的情况下,煤气热值为1%6时(折合1280kcal),空燃比控制在1.2左右,炉膛压力控制在25pa左右,各支管烧嘴冷端温度控制在100~110左右,可以保证炉压与烟温协调。待轧时,炉膛压力应控制得稍高一点,约30pa左右。适当降低空、煤气预热温度,降低排烟温度,以保证升温时短时间内增大流量而要求增大排烟量时烟温的控制,同时还可以减小板坯的氧化烧损。

三 存在问题及改进建议

1.蜂窝体堵塞宽厚板厂的加热炉运行不久后,在对蓄热室进行检查时,发现外侧蜂窝体格孔被黑色物质或红色物质堵塞,经过分析认为红色是煤气带来的粉尘,黑色为氧化铁皮颗粒物,主要是由引风机抽烟气时带入蓄热室的。

改进建议:

1)从根源入手,减少煤气中杂质,如焦油、灰分、水等有害成分。

2)对蓄热室档砖及蜂窝体进行改进。蓄热室档砖尺寸为300mm、350mm、400100100mm3,可以考虑更改为300mm、350mm、400200mm2,以提高档砖的强度。蜂窝体分为高温和低温2部分,一共8层,蜂窝体尺寸为100100150mm3,孔径33mm2、2.52.5mm2,壁厚1.0mm.可以考虑在外侧4层采用孔径33mm2壁厚1.5mm的蜂窝体,中间4层更换为2.52.5mm2壁厚1.0mm的蜂窝体。增大蜂窝体孔径虽然会减少蓄热体比表面积,但是在设计时烧嘴燃烧能力有较大富裕,对蓄热能力影响不是很大。

3)对入炉的板坯表面进行清扫,不要带入灰尘、氧化铁皮等杂物。可以考虑在上料地辊侧安装压缩空气气管,压力0.4~0.6mpa,上料时对板坯表面进行吹扫。

2.换向阀故障

小型双关三通阀在运行中经常发生故障。其一表现为阀缸不动作,打开空气三通阀阀体可以看见一层釉质粘稠状液体粘在阀体密封圈上,致使汽缸不动作。这往往是由于保温期间长时间切除烧嘴未动作造成。釉质粘稠状液体经化验分析为三通阀气两联件油杯中的润滑油。其二表现为烟气温度过低或超高,打开三通阀阀体可以看见密封圈破损,烧嘴内漏。

因此,燃烧时部分气流未进入蓄热室而直接进入废气侧管道,从而降低烟温;而在换向后排烟时,由于蓄热体显热未被充分吸收不能有效吸收高温废气,在一个或几个换向周期就会发生烟温报警。 改进建议:

1)合理控制烟温,避免因烟温过高烧坏三通阀密封圈。

2)勤检查,合理调节三通阀压缩空气气体压力,不要因压缩空气压力过高将大量润滑油带入三通阀内部。

3)勤操作,在保温时将烧嘴按时序换向,不要长期!切除烧嘴不动作。三通阀因故需要!切除时,必须做好记录,交接班要交接清楚。

3.煤气热值影响宽厚板使用的煤气为髙焦混合煤气,与棒材厂二车间共一条管线。但在实际生产过程中煤气的热值、压力波动变化大,且无有效的热值检测仪器,操作时空燃比控制不合理。

改进建议:

1)勤观察。看火工应强调一个!看子,勤于观察煤气燃烧时的火焰颜色,分析煤气混合比,及时调节,合理配风。

2)增加一套热值检测仪表,在线监测混合煤气的热值。

四 结语

经过3个月的热负荷调试,燃烧系统运行良好,板坯加热质量合格,断面温差小,能够较好地满足工艺及轧制要求,加热炉基本达到设计要求。2009年7月底,宽厚板厂轧制的钢板已销往上海、凌波等国内各地。

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    收录时间:2017年01月04日 09:36:02 来源:其他 作者:匿名
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