加热炉富氧燃烧技术的应用研究[1]

加热炉富氧燃烧技术的应用研究 温志红1 , 郭汉杰2 (11 韶关钢铁集团公司技术研究中心 , 广东 　韶关 　512123; 21 北京科技大学冶金学院 , 北京 　100083) 摘 　要 : 针对韶关钢铁集团公司五轧厂加热炉存在的问题 , 借助该公司氧气资源丰富的优势 , 分析了采用 富氧燃烧技术的可行性和经济合理性 , 同时进行了工业试验 , 取得了较好效果。 关键词 : 加热炉 ; 富氧燃烧 ; 加热能力 中图分类号 :TG307 　　文献标识码 :B 　　文章编号 :1003-9996 (2004) 04-0063-03 Applicationofox y2fuelburnin gtechnolo gyinreheatin gfurnace WENZhi 2hong1 ,GUOHan 2jie2 (11ShaoguanIron&SteelGrou pLtd 1 ,Shao guan512123,China; 21UniversityofScience&Technolo gyBei jing,Bei jing100083,China ) Abstract: Inviewoftheshortheatin gabilit yofreheatin gfurnaceandabundantox ygenresourceinShao guanIron &SteelGrou pLtd 1 ,thefeasibilit yandeconomicalrationalit yofox y2fuelburnin gtechnolo gywere analyzed1Meanwhile,theindustrialtestin gwascarriedoutandthe goodeffectswasobtained 1 Keywords: reheatin gfurnace;ox y2fuelburnin g;heatin gabilit y 收稿日期 :2004-02-18 作者简介 : 温志红 (1973- ) , 女 (汉族) , 江西人 , 工程师。 1 　加热炉概况 韶关钢铁集团公司五轧厂加热炉于 1994 年 9 月投产 , 为推钢式加热炉 , 以燃烧高炉煤气为 主 , 加热能力 20t/h 。其主要特点是采用了金属 管式换热器对空、煤气进行双预热 , 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 空气预 热温度为 600 ℃、煤气为 380 ℃ (实际运行中煤 气一般都在 200 ～ 300 ℃, 空气基本可维持在 600 ℃左右) 。加热炉技术参数如表 1 所示。 表 1 　加热炉性能参数 项　　目 参 数 值 坯料 规格 视频线规格配置磁共振要求常用水泵型号参数扭矩规格钢结构技术规格书 /mm 52 ×52 ×1700～2400 钢种 碳素钢、低合金钢 加热温度/ ℃ 1120～1150 燃料 , 热值/kJ · (Nm) -3 高炉煤气 ,3700 单位热耗/kJ ·kg -1 1463 最大燃料消耗量/m 3·h -1 8560 最大空气消耗量/m 3·h -1 6850 　　1999 年 5 月 , 五轧厂进行了一火成材改造 , 采用 160mm ×160mm ×1200 ～ 2200mm 坯料 , 2002 年实施了切分工艺 , 由于坯料规格和轧机 能力的变化 , 加热炉已成为严重制约生产的主要 原因 , 表现在以下方面 : (1) 加热能力不足 , 主要表现为加热速度问 题。加热炉采用空气、高炉煤气双预热 , 理论燃 烧温度不高 ( <1705 ℃) , 火焰辐射传热能力不 强 , 不能快速加热。坯料改 52mm ×52mm 为 160mm ×160mm 方坯后 , 由于每支钢坯在加热 炉内的加热时间不足 , 因而造成生产时经常待 温 , 严重限制了轧机能力的发挥。 (2) 温差大 , 加热质量差 , 轧制事故多。 (3) 氧化烧损严重 , 成材率低。 (4) 单位燃耗≥218GJ/t, 燃料成本≥40元/t 。 2 　加热炉富氧燃烧改造的可行性分析 由于受炉体尺寸和场地的限制 , 要通过增加 炉子有效尺寸来增加加热能力是不现实的 ; 若是 ·36· 革新与交流 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 简单地增加烧嘴个数或加大烧嘴能力来提高加热 能力 , 由于受炉体空间限制 , 势必增加单位能 耗 , 因此最佳的解决方法是提高燃烧效率和传热 效率。 2001 年 6 月 , 广东韶钢普莱克斯实用气体 有限公司 T2900 空分设备竣工投产 , 每小时可生 产氧气 23500m 3 。为了充分利用氧气资源 , 以提 高加热炉的生产能力 , 并降低能耗 , 韶钢对富氧 燃烧技术进行了研究 , 并进行了工业试验。 211 　富氧燃烧原理分析 从燃烧学的角度分析 , 富氧对燃烧反应有以 下几方面影响 : (1) 根据质量作用定律 , 燃烧反应速度随反 应物浓度加大而加快 , 尤其是煤气的燃烧。 (2) 富氧燃烧可相应减少助燃空气量、烟气 量。 在助燃空气中如增加 1% 的氧气 , 则相应减 少 4% 的氮气[1] 。如按体积比 4% 富氧 , 则助燃 空气中氮气减少 16% 。 根据烟气量公式[1] , 富氧后烟气量减少 15% 。根据五轧厂热平衡测试 , 因烟气产生的热 损失为 26%, 所以减少烟气 , 可减少热损失 15% ×26%=4% 。按高炉煤气单耗成本 312GJ/ t ×9 元/GJ=28 18 元/t, 则节约燃料成本 2818 × 4%=1 1152 元/t 。 (3) 采用富氧燃烧 , 可提高理论燃烧温度、 辐射给热系数 , 缩短加热时间 , 提高产量。 理论燃烧温度 t r = (最大燃料消耗量 ×煤气 发热值 + 空气比热 ×4119 ×最大空气消耗量 ×空 气预热温度) / (燃烧产物比热 ×4119 ×烟气量) 炉气平均温度 T0 = 0195 t r ·tch 辐射给热系数 αf = C × [ ( T0/ 100) 4 - ( T i/ 100) 4 ]/ ( T0 - T i) 以上式中 , 空气比热为 01322, 燃烧产物比热为 01369; tch 为烟气出炉温度 ; C 为综合辐射系数 ; T i 为钢坯表面平均温度。 根据以上公式 ,原助燃空气理论燃烧温度 t r1 =1705 ℃,富氧后 t r2 =1958 ℃;原炉气平均温度 T01 =1174 ℃,富氧后 T02 =1264 ℃。 加热时间τ与 1/αf 成正比。计算可知 ,Δτ = 1/αf 1 - 1/αf 2 = 15 % , 现小时产量为 20t/h, 加热 炉采用富氧燃烧后加热能力可达 20 ×(τ+Δτ) =20 ×1115=23t/h, 即每小时增加产量 3t 。 212 　经济合理性分析 作业时间按 6000 h/a 计 (由于是 2 班生产) , 年产 6000h ×23t/h=138000t 。 吨钢成本下降 11 元/t, 其中 , 由于产量的 提高 , 吨钢制造费用成本下降 715 元 , 工资成本 下降 2135 元/t; 采用富氧燃烧技术可节约燃料 成本 1115 元/t 。 由于增加产量 3t/h, 全年增产 18000t; 年新增利润 18000t ×100 元/t=1800000 元 ; 增产效益为 138000t ×11 元/t+1800000= 1518000+1800000=3318000 元。 理论消耗氧气量 6850 ×4%=274m 3/h; 低压管网氧气价格 :0 145 元/m 3 ; 消耗氧气成本 :274 ×0145 元/m 3 ×6000= 73980 元。 估算全年直接经济效益 :3318000-73980= 3244020 元。 213 　技术可行性分析 21311 　用氧方式 韶钢有充足的氧气资源 , 既有液氧又有管道 氧气 , 故可考虑 2 种用氧方式 : (1) 用液氧槽车 运到现场 , 再用管板式散热器气化 , 并架接氧气 管路到风机进风口处 , 含氧量通过气化后氧气管 道上的压力表和阀门来控制 , 并定时用 Z0-102 型氧化锆氧分析仪对富氧率进行检测 ; (2) 用附 近的中压氧气管道供氧到风机进风口处 , 增设用 氧安全设施和含氧量检测与调节设施。 21312 　火焰温度的控制 加热炉上应用富氧燃烧技术后火焰温度有所 上升 , 可从以下几方面进行控制 : (1) 通过调节纯氧和助燃空气比例 , 控制含 氧量 , 保持助燃空气中含氧量的稳定性以稳定火 焰温度。采用有效的氧气控制系统 (在氧气供应 管上装压力表、流量计、比例调节阀、自动切断 阀等仪表) , 根据炉温要求直接控制供氧量 , 同 时富氧量需设定一个上限 , 超上限自动切断并声 光报警。 (2) 加强对炉温的控制 , 根据加热 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 严格 控制炉温上限 , 必要时调整富氧率。 (3) 在富氧燃烧试验完成后 , 可进一步改造 燃烧器 , 使之成为富氧燃烧器 , 有效地控制火焰 温度。 ·46· Vol121·No14 　　 　　　　　　　　　　　　　Steel 　　Rolling 　　　　　　　　　 　　　　　　　Aug120041 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 21313 　热回收系统 仍然采用金属换热器对空、煤气进行双预 热 , 回收烟气余热。由于烟气量减少 , 因此要适 当调整烟气调节阀。 21314 　富氧时的安全条件 (1) 有足够的氧压。氧气压力必须大于助燃 空气风压 , 虽然氧气控制系统上有止回阀 , 自动 切断阀等保护措施 , 但对氧压必须有严格的操作 要求。 (2) 空气流量超过预定的最小值 , 就必须有 一定的风压和风量 , 保证不回火助燃空气管道 , 否则自动停止供应氧气 , 关闭所有氧气管阀门。 (3) 不超过富氧的上限。先按 4% 体积比富 氧 , 即助燃空气中氧含量接近 25%, 并以此作 为上限。 (4) 在氧气无充足供应时 , 可立即恢复空气 助燃燃烧 , 以确保生产顺利进行。 3 　应用效果 在 2001年 9 月 , 对韶钢五轧厂加热炉进行了 富氧燃烧的现场工业应用试验 , 结果如表 2 所示。 表 2 　加热炉采用富氧燃烧技术前后指标对比 项　目 富氧率 /% 富氧总 时间 /h 加热钢坯 重量 /t ·h -1 氧气消耗 /m 3·t -1 均热段 煤气消耗 /m 3·t -1 加热段 煤气消耗 /m 3·t -1 煤气消耗 /m 3·t -1 重油消耗 /k g·t -1 加热成本 / 元·t -1 未富氧 0 0 2613 0 19613 41413 61016 1512 4617 富氧 210% 实验 1198 4150 2511 1817 14310 36710 51010 1216 4713 富氧 315% 实验 3143 3117 2715 3010 15110 35511 50613 214 3410 富氧 410% 实验 3169 4188 2811 3115 19410 36316 55716 111 3319 　　由表 2 可知 , 在富氧率适当时富氧燃烧技术 可达到提高产量 , 节约能源 , 降低成本的效果。 本实验得出 , 较佳富氧率为 315% ～410% 。 参考文献 :[1] 钢铁厂工业炉设计参考资料 [M] 1 北京 : 冶金工业出版社 ,1979 1 热轧窄带钢能耗曲线的绘制及应用 刘莱萌 , 于全成 , 孙正旭 , 张 　梅 (莱芜钢铁股份有限公司轧钢厂 , 山东 　莱芜 　271126) 摘 　要 : 根据莱芜钢铁股份有限公司 500mm 热轧窄带钢轧机生产现状 , 介绍了能耗曲线的绘制方法及其具 体应用 , 采用该方法计算力能参数较经验公式具有更高的准确性。 关键词 : 能耗曲线 ; 力能参数 ; 计算 ; 热轧窄带钢轧机 中图分类号 :TG335 156 　　文献标识码 :B 　　文章编号 :1003-9996 (2004) 04-0065-03 Drawingener gyconsum ptioncurveofhotnarrowstri prollin ganditsa pplication LIULai 2meng,YUQuan 2cheng,SUNZhen g2xu,ZHANGMei (LaiwuIron&SteelCo 1 ,Ltd 1 ,Laiwu271126,China ) Abstract: Themethodofdrawin gener gyconsum ptioncurveanditsa pplicationwasintroducebasedonthe500mm hotnarrowstri pmillofLaiwuIronandSteelCo 1 ,Ltd 1Ithashi gher precisionthanex perienceformulastocalcula 2 tion parametersofe quipmentandrollin gschedule 1 Keywords: energyconsum ptioncurve; parametersofe quipmentandrollin gschedule;calculation;hotnarrow stripmill 收稿日期 :2004-02-06 作者简介 : 刘莱萌 (1972- ) , 女 (汉族) , 山东兖州人 , 工程师。 ·56· 第 21 卷·第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　轧 　　钢　　　　 　　　　　　　　　　　　2004 年 8 月 © 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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