蓄热式加热炉燃烧系统的设计研究

蓄热式燃烧技术在加热炉中的应用一、引言蓄热式燃烧技术自20世纪90年代从国外引进到国内，被广泛应用于钢铁行业，特别是在轧钢加热炉的应用上，通过不断消化吸收和创新改进，在节能减排方面取得了突出的成效。

高炉煤气作为高炉炼铁的副产品，由于热值低，常规情况下不能形成稳定燃烧，大量多余的高炉煤气不得不直接放散，造成了大气污染和能源浪费。

通过蓄热式燃烧技术的应用，将高炉煤气、助燃空气双蓄热后，能使高炉煤气及空气达到1000℃的高温，从而形成良好的燃烧效果。

该技术在轧钢加热炉上的应用取得了显著效果，将原先放散的高炉煤气变废为宝，降低了钢铁企业的整体能耗，减少了大气污染。

本文结合加热炉的设计工作实际，从烧嘴结构形式、火焰组织、换向阀优化布置等方面，探讨蓄热式燃烧技术在加热炉上的应用。

二、概况大冶某钢铁公司有一台高炉煤气双蓄热式加热炉，由我公司设计建造，于2019年元月建成投产，采用高炉煤气作为燃料，低热值为850×4.18kJ/Nm3，设计产能为120t/h（冷坯），主要钢种有10#，20#，45#，40Cr，Q345B，27SiMn，37Mn5等，钢坯规格主要有：150×150×7000—9000mm、180×220×7000—9000mm。

钢坯出炉温度为1200℃，单位热耗：≤1.3 GJ/t，氧化烧损：≤1％。

在设计中，我们采用的炉型为高炉煤气、空气双蓄热步进式加热炉，进出料方式为侧进侧出，单排布料，炉底水管冷却方式为汽化冷却，炉底步进机构由液压驱动，燃烧控制方式采用了先进的全分散脉冲燃烧控制技术。

三、蓄热式烧嘴的结构形式蓄热式烧嘴是蓄热式燃烧技术核心设备，主要由喷嘴、蓄热室、气室组成。

喷嘴是燃气和助燃空气喷入炉内的通道，也是烟气被吸入蓄热室的入口。

蓄热室内安装有挡砖和蜂窝体，挡砖为多孔的刚玉质砖，安装在靠近喷嘴的前端，对蜂窝体起到稳定和保护的作用。

蜂窝体一般采用刚玉莫来石质材料制成，其比表面积大，是蓄热小球的3-4倍，换热效率高，结构紧凑，受到越来越多用户的青睐和选择。

收稿日期:2002-11-22陈冰(1966～　),高工;310022　浙江省杭州市。

蓄热式加热炉的设计与应用陈　冰(杭钢集团浙江省工业设计研究院)　刘兴明(新抚顺钢铁公司)摘　要　简述了杭钢中轧厂加热炉应用蓄热式燃烧技术进行改造的设计思想,投产后取得的成效及存在的问题。

关键词　轧钢加热炉　蓄热燃烧　双预热　单对烧嘴换向DESIGN OF ST ORE D 2HEAT T YPE HEATINGFURNACE AN D ITS APPL ICATIONChen Bing(Industrial Design and Research Institute of Hangzhou Iron and Steel Grou p Co 1)Liu Xingmin(Fushun New Iron and Steel Co 1,Ltd )Abstract Based on the technology of heat 2stored combustion ,the paper briefly introduce the recon 2struction ideas of heating furnace ,effect and some existing problems after the technologies being ap 2plied.K eyw ords heating furnace of steel rolling stored 2heat combustion double preheating twain burner reversing1　前言杭钢中轧厂原有2座推钢式加热炉,有效长32566mm ,内宽3612mm ,设计产量50t/h ,实际单耗约115G J /t 。

随着生产的发展,炉子能力日益显示出不足,特别是由于燃料紧张,公司希望能把目前使用的混合煤气热值降下来,多掺入些高炉煤气,再通过加热炉改造应用新技术、新工艺使能源重新平衡,因此在2000年8月,提出了中轧厂加热炉改造这一工作思路,并且希望能应用蓄热式燃烧技术。

东北大学硕士学位论文高效蓄热式燃烧器的设计方法研究姓名：李红军申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：蔡九菊2003.2.1东北大学硕士学位论文高效蓄热式燃烧器设计方法研究摘要本文在综合蓄热室技术、低ＮＯｘ燃烧技术以及国内外高温低氧蓄热式燃烧器研究进展的基础上，采用了蓄热室设计新方法一约束设计法，编制计算机辅助优化设计程序，设计出一套高效蓄热式燃烧器。

这种燃烧器采用煤气和空气双预热；煤气、空气射流卷吸炉膛内的烟气，降低助燃空气浓度，实现高温低氧燃烧。

在计算机辅助优化设计程序中，目标函数是把烧嘴寿命期限内回收烟气热量的价值，减去风机动力消耗费用、小球更新费用、换向阀折旧费用等得到的最大回收净效益。

以回收净效益最大为目标，改变填充球直径和蓄热室允许压降，确定燃烧器的结构参数和操作参数。

ｆ假定燃烧器燃烧能力为１．０ＭＷ，燃料采用焦炉煤气，计算结果如下：、（１）对于此种燃烧器，填充球直径的合理取值为１５ｍｍ，比表面积为２４０ｍ２／ｍ３。

（２）燃烧器换向时间７３秒，烟气出口平均温度１１０℃，空气出口平均温度为１１１０℃。

蓄热室的温度效率为９２．４７％，热效率为９０．８％。

（３）煤气射流和空气射流高速喷入炉膛，卷吸烟气，把氧气浓度降到低于１５％，实现低氧燃烧。

这种燃烧器能够实现高温低氧燃烧，对于解决我国工业炉燃料热值不高、污染物大量排放等问题，开发适合我国国情的高温空气燃烧技术具有重要意义ａ、．—ｒ一，ｊ关键词：蓄热室约束设计法双预热低氧燃烧回收效益东北大学硕士学位论文ＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｂｕｒｎｅｒＡＢＳＴＲＡＣＴＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｌｏｗＮＯｘｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｌｏｗＮＯｘｂｕｒｎｅｒｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄａｎｅｗｗａｙｔｏｄｅｓｉｇｎｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｗａｙ，ｉｓｂｒｏｕｇｈｔｏｕｔ．Ｉｎｔｈｅｗａｙ，ｗｅｗｏｒｋｏｕｔｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｂｕｒｎｅｒａｃｃｏｄｉｎｇｔｏａｃｏｍｐｕｔｅｒａｓｓｅｉｏａｔｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｐｒｏｇｒａｍｅ．ＡｎｅｗｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｂｕｒｎｅｒｉｓｇｉｖｅｎｏｕｔｄｅｐｅｎｄｉｎｇｏｎｔｈｅｆａｃｔｔｈａｔｍｏｓｔｏｆｏｕｒｂｕｒｎｅｒｓｈａｖｅｂｅｅｎｗｏｒｋｉｎｇｏｎｗｉｔｈｌｏｗｆｕｅｌｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｖａｌｕｅａｎｄｈｉｇｈＮＯｘｅｍｉｓｓｉｏｎｆｏｒａｌｏｎｇｔｉｍｅ．ＩｔｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅＮＯｘｉｎｔｗｏｗａｙｓ：ｔｈｅｇａｓｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｕｔｗａｒｄａｎｄｊｅｔｃｉｒｃｕｍｆｌｕｅｎｃｅ．Ｂｏｔｈａｉｒａｎｄｌｏｗｈｅａｔｖａｌｕｅｆｕｅｌａｒｅｐｒｅｈｅａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｂｕｒｎｅｒ．Ｆｏｒｔｈｉｓｂｕｒｎｅｒ，ｗｈａｔｗｅｗａｎｔｅｄｉｓｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｒｅｃｏｖｅｒｙｂｅｎｅｆｉｔｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍａｋｉｎｇａｌｌｏｗａｎｃｅｓｆｏｒａｌｌｋｉｎｄｓｃｏｓｔｄｕｒｉｎｇｂｕｒｎｅｒ’Ｓｗｈｏｌｅｌｉｆｅ．Ｔｈｅｃｏｓｔｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｆａｎｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｃｅｒａｍｉｃｂａｌｌｃｏｓｔ，ｅｘｃｈａｎｇｅｒｃｏｓｔａｎｄＳＯｏｎ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｂｕｒｎｅｒａｒｅｓｈｏｗｅｎｆｏｒａ１．０ＭＷｂｕｒｎｅｒ：（１）Ｆｏｒｔｈｉｓｂｕｒｎｅｒ，ｔｈｅｇｏｏｄｓｉｚｅｏｆｔｈｅｂａｌｌｉｓ１５ｍｍ，ｓｕｐｅｒｆｉｃｉａｌａｒｅａｐｅｒ１ｍ３ｉｓ２４０．（２）Ｓｗｉｔｃｈｅｔｉｍｅｉｓ７３ｓｅｃｏｎｄｓ，ａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｉｅｎｃｙａｎｄｈｅａｔｅｆｆｉｅｎｃｙａｒｅ９２．４７％ａｎｄ９０．８％ｒｅｓｐｅｒｔｉｖｅｌｙ．Ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｏｕｔｐｕｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｇａｓａｎｄａｉｒａｒｅ１１０ａｎｄ１１１０ｃｅｎｔｉｇｒａｄｅ．（３）Ｔｈｅｒｅｖｅｒｓｅｆｌｏｗｏｆｇａｓｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｏｘｙｇｅｎａｎｄｒｅａｌｉｚｅｌｏｗｏｘｙｇｅｎｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｏｘｙｇｅｎｉｓｌ５％ＴｈｉｓｂｕｒｎｅｒｎｏｔｏｎｌｙｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＡｉｒＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｓｏｌｖｅｓｔｈｏｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｈｅａｄａｂｏｕｔｔｈｅｈｅａｔｖａｌｕｅｏｆｆｕｅｌａｎｄｔｏｏｍｕｃｈＮＯｘｅｍｉｓｓｉｏｎ．ＩｔｃａｎｓｕｐｐｌｙｔｈｅｎｅｅｄｓｉｎｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｆｕｒｎａｃｅａｎｄｗｉｌｌｐｌａｙａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＨＴＡＣｉｎＣｈｉｎａＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇ，ｄｏｕｂｌｅｐｒｅｈｅａｔｉｎｇｌｏｗｏｘｙｇｅｎｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｒｅｃｏｖｅｒｙｂｅｎｅｆｉｔＩＩ声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。

蓄热式燃烧器多种结构设计及蓄热体情况北京佳德昌科技有限责任公司010-********蓄热式燃烧器⼀．概述⼋⼗年代初，国际上第⼀套蓄热式燃烧系统成功地在⼯业炉上使⽤。

由于其在燃烧及余热回收⽅⾯的⾼性能，⽬前这种燃烧技术已在⼯业化国家得到⼴泛的推⼴应⽤。

北京佳德昌科技有限责任公司近年来⼀直致⼒于对蓄热式⾼温空⽓燃烧技术（简称HTAC技术）的研究。

⽬前已成功地开发出了各种型式的蓄热式烧嘴。

⼆．⼯作原理蓄热式烧嘴其⼯作原理是从⿎风机出来的常温空⽓由换向阀切换进⼊蓄热式燃烧器B后，在经过蓄热式烧嘴B陶瓷球时被加热，在极短的时间内常温空⽓被加热到接近炉膛温度（⼀般⽐炉温低50-100℃），被加热的⾼温热空⽓进⼊炉膛后，卷吸周围炉内的烟⽓形成⼀股含氧量⼤⼤低于21％的稀薄贫氧⾼温⽓流，同时往稀薄⾼温空⽓附近注⼊燃油，燃油在贫氧（2-20％）状态下实现燃烧;与此同时，炉膛内燃烧后的热烟⽓经过另⼀个蓄热式烧嘴A排⼊⼤⽓，炉膛内⾼温热烟⽓通过蓄热式烧嘴A时，将显热储存在蓄热式烧嘴内，然后以低于150℃的低温烟⽓经过换向阀排出。

⼯作温度不⾼的换向阀以⼀定的频率进⾏切换，使两个蓄热式燃烧器处于蓄热与放热交替⼯作状态，从⽽达到节能和降低NO x排放量等⽬的，常⽤的切换周期为30-200秒。

如此周⽽复始变换，通过蓄热体这⼀媒介，排出的烟⽓余热绝⼤部分转换成燃烧介质的物理热，被充分回收利⽤。

三．结构与形式蓄热式燃烧器有壳体、烧嘴砖、装球⼝，格栅、保温层、陶瓷球、卸球⼝、纤维板、纤维棉、连接件、观⽕孔、点⽕长明灯及油枪等部分组成，其内腔装填蓄热陶瓷球。

详见烧嘴安装⽰意图。

四．蓄热体1：蓄热体形状：蓄热体形状有：蜂窝状、球状、⽚状、短圆柱状、空⼼圆柱状、算盘珠状、枣状、空⼼球状等。

经过实际使⽤性能⽐选，⽬前常⽤的形状有蜂窝状和⼩球状两类。

2(c)导热性好；(d)抗热震性好；(e)耐腐蚀。

●蓄热体的材质分为⾼温、中温、低温三种，相应的材质是：(a)刚⽟莫来⽯：含Al2O3﹥90%(b)⾼铝莫来⽯：矿物相化学式3 Al2O3·2SiO2(c)堇青⽯：矿物相化学式2MgO·2Al2O3·5SiO2五．技术特点1.其结构型式类似普通烧嘴，能直接安装在炉⼦侧墙上，因此新建炉⼦炉墙厚度与普通加热炉⼀样，更便于旧炉改造。

管理及其他M anagement and other 蓄热式加热炉的蓄热燃烧技术应用及操作优化探析高 阳摘要：当前许多钢厂的轧钢产线加热炉仍使用的是三段式步进蓄热加热炉，与其他类型加热炉相比，三段式步进蓄热加热炉具有加热均匀，温度可控，余热可回收，废气排放量低、燃料选择面广等优点，适合高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气等各种燃料，并且可以有效利用本厂产生的高炉煤气、焦炉煤气或者转炉煤气等作为燃料，既保证了加热质量，有效降低钢坯的氧化烧损，又实现了节能减排，降本创效，受到了国内许多钢厂的青睐。

本文主要介绍了蓄热式加热炉及蓄热燃烧技术的原理，并简述了蓄热式加热炉蓄热燃烧技术在河钢张宣科技型材作业区的应用效果及操作优化相关情况。

蓄热式加热炉及其蓄热燃烧技术的广泛应用不仅仅给大多数钢铁企业带来了巨大的经济效益，更重要的是其技术的应用在节能环保方面也起到了巨大的作用。

关键词：蓄热式加热炉；蓄热燃烧；蓄热体；技术应用；节能；环保；操作优化1 概述河钢张宣科技型材作业区设计产能为70万吨/年，生产钢种为碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢等，为适应轧线工艺和燃气条件的要求、提高钢坯加热质量、降低钢坯氧化烧损及控制脱碳，河钢张宣科技型材作业区选用的是三段式步进梁式蓄热加热炉，自投产以来，本加热炉生产运行安全稳定，有效利用了本单位炼钢厂产生的转炉煤气，加热质量指标优良，生产运行成本低，节能环保，但是在实际操作使用管理当中仍然存在一些例如操作不当、管理不到位问题，这些问题的存在直接影响了加热炉的炉况寿命、经济指标、节能降耗和使用效率。

下面就以上问题重点对蓄热式加热炉、蓄热燃烧技术应用和操作优化及节能环保进行探析。

2 蓄热式加热炉首先，对蓄热式加热炉进行一个简单的介绍，蓄热式加热炉主要由加热炉炉体本身、换向系统、蓄热室蓄热体、供风系统、燃料、汽化冷却、液压润滑和排烟及各种管路等系统构成。

实质上就是蓄热式换热器与常规加热炉的结合体。

冶金能源ENERGY FOR METALLURGICAL INDUSTRYVol. 40 No. 1Jan. 202139蓄热式轧钢加热炉燃烧质量优化控制研究陈焕德1张宇1周云1 丁美良1王帝杰2（1.江苏省（沙钢）钢铁研究院，2.北京科技大学高效轧制国家工程中心）摘 要采用“黑匣子”炉温跟踪仪和红外气体分析仪分别对蓄热式轧钢加热炉炉况和炉内气氛进行分析，并提出加热炉燃烧质量优化控制措施。

分析结果表明，上下炉气最大温差150P,上炉气温度高于炉顶热电偶温度10~53t ；坯料中部温度最低，均热段长度方向最大温差46七，断面最大温差24T ；烟气成分检测含4.71% CO 和0. 9% 02o 经热电偶校验、管 道煤气质量控制、蓄热体更换及司炉工艺优化后，加热炉的燃烧质量显著提升。

关键词蓄热式加热炉温度气氛燃烧质量文献标识码：A 文章编号：1001 -1617 （2021） 01 -0039-05Study on combustion quality optimization controlof regenerative reheating furnace for steel rollingChen Huande 1 Zhang Yu 1 Zhou Yun 1 Ding Meiliang 1 Wang Dijie 2(1. Institute of Research of Iron and Steel ,2. Beijing University of Science and Technology)Abstract The process and atmosphere of the regenerative reheating furnace for steel rolling were stud ­ied by using "black box" furnace temperature tracker and infrared gas analyzer , and the measures leading to optimized combustion quality were proposed. The analysis results showed that the maximumtemperature difference between the upper and lower furnace gas is up to 150% , while the temperature of the upper furnace gas is higher than that of thermocouple on the furnace top , and the temperaturevariation range from 10 to 53%：. The temperature in the middle of the billet is the lowest , and the max ­imum temperature difference in the length direction is 46弋，and 24T! for the section. In addition ,4. 71% CO and 0. 9% 02 are contained in the flue gas. It has been improved significantly after theverification of thermocouple , quality control of pipeline gas , replacement of heat storage body and opti­mization of stoker process.Keywords regenerative reheating furnace temperature atmosphere combustion quality轧钢加热炉是钢铁企业主要能耗设备之一。

机械化工255蓄热式加热炉设计及运行简析王 帅1，毕仕辉2（1.鞍钢集团工程技术有限公司，辽宁 鞍山 114000；2.中钢集团热能鞍山研究院有限公司，辽宁 鞍山 114000）摘要：从氧化烧损率、炉压、密封性、钢坯黑印、烧嘴形式等方面介绍了蓄热推钢加热炉的设计特点，对工程建设改造前后的设备运行情况对比分析。

根据加热炉投产后使用情况表明，加热炉的整体设计合理，运行情况较为理想，各项指标均达到要求。

关键词：推钢加热炉；蓄热式；炉压；氧化烧损；密封性；钢坯黑印鞍钢某厂蓄热式加热炉改造工程按期完成，解决了炉体冒火、CO 超标报警、高能耗、烧钢质量差等一系列问题。

加热炉投产至今，设备运行情况良好，钢坯黑印影响消除，钢坯加热均匀性得以提高，煤气单耗降低至0.70GJ/t（额定产量），氧化烧损率降低，达到了预期效果。

1 加热炉主要技术性能 该推钢式、空煤气双蓄热式连续加热炉生产规模为550万t/a，用于轧前方坯加热，能实现冷装和热装。

加热炉的设计遵循高产、优质、低耗、无公害以及生产操作自动化的工艺要求[1]，旨在消除原有加热炉生产缺陷，挖掘蓄热式加热炉节能低耗等优势。

2 加热炉改造关键技术与探讨 2.1 氧化烧损率 改造前，通过对现场氧化铁皮取样分析得到氧化烧损率为1.213%，高出设计值（0-1%），同时也高于行业值（0.6-1.1%）[2]。

以上问题主要从以下两方面入手。

在保证燃烧效率的情况下，降低空气过剩系数，减少通入的空气量。

参与燃烧反应的空煤气按一定比例通入到炉膛中，由于有大量煤气泄露到烟道中，造成实际参与燃烧的煤气量减少，大量空气过剩，过剩空气中的氧气和钢坯表面反应，增大了氧化烧损量。

本改造通过理论计算与实际调试校核，适度降低空气过剩系数。

优化设计烧嘴，达到空燃比最佳值，准确控制炉膛内气氛，保证空、煤气的充分混合燃烧。

合理把握加热温度和加热时间两大要素，强化高温加热，减少待温及钢坯在高温区停滞时间。