蓄热式连续加热炉炉压分析与研究

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蓄热式加热炉减小炉压的研究与应用

果。二、解决方法
通过参考各种热工参数，多次总结和提炼，提出如下改进措施
（Ｉ）排烟风机采用变频电机，通过改变电机频率，以此改变风
机的转速，使风机的风压和风量按比例发生变化。用这种方法调节
这一问题得到有效改善。因此，蓄热烧嘴的合理设计关系到炉膛压力能否正常。以蜂窝体作烧嘴蓄热体的设计归纳为下述几点。１．１烧嘴内腔横截面积。条件允许的情况下．内腔横截面积越大越好，蓄热体质量大，蓄热量就多，换向时间便可延长。１．２烧嘴内腔所装蜂窝体深度的选取。烧嘴内腔所装蜂窝体深度一般是根据蜂窝体对气体的阻力与烧嘴内腔所装蜂窝体的蓄热量两者的综合效果来考虑的。若烧嘴内腔横截面一定时，蜂窝体堆放的越深，所装蜂窝体的蓄热量越大，排烟温度越低；同时蜂窝体对气体的阻力也越大
当每段供入的空气、燃料燃烧后的燃烧产物，均能从排烟管道排
一
、
引言
双蓄热式连续加热炉因具有可燃低热值煤气、加热能力大（特出，才能做到炉压均衡，易于调节。然而，由于各段的热负荷分配不别适宜于热装）的优点，在国内已得到较为广泛的应用。然而，这项样，炉膛内炉气的不均匀、排烟管道存在流量偏差等因素．造成技术在国内诸多连续加热炉使用中，发现存在许多问题，其中之一实际的排烟量不一样。上一段排不出的烟气沿炉长方向流向下一便是普遍存在炉压大。炉体及炉口易冒火。炉况较难控制的通病。段，加大了下段排烟负荷，使下段炉压上升．给炉况正常调节带来在江阴兴澄钢铁有限公司蓄热式加热炉的设计与应用中．通过对难度。蓄热烧嘴的合理设计、炉底强度的合理选取、炉型与排烟系统的优化设计，使这一问题得到了较有效的解决，获得了良好的运行效

蓄热式加热炉热工测试分析与技术改进

中国材料科技与设备（双月刊）
蓄热式加热炉热工测试分析与技术改进
２０１３年・第４期
蓄热式加热炉热工测试分析与技术改进
毕仕辉卜，王帅，赵爱华
（１．鞍钢集团＿Ｔ程技术有限公司，辽宁２．鞍钢股份炼钢总厂，辽宁鞍山１１４０２１；
表１。
（２）设备性能有缺陷，煤气泄漏严重；燃烧工况组织
不合理，导致炉内燃烧不完全，能耗上升，产量不达标；
（３）由于蓄热体、换向阀及控制元件等关键设备维护、
表１测试数据记录表
＊作者简介：毕仕辉（１９６７一），男，工学学士，高级工程师，主要从事冶金加热炉设计、研究、工程总承包等方面的研究。Ｅ
（５０６ — ３型差压仪，深圳市德国远大仪器有限
公司有限公司）
２５（靠进料炉门处两组烧嘴没工作）
Ｃ０２／％Ｃ（）／ｐｐｍＳＯ２／ｐｐｍＮ（）／ｐｐｍＯ２／％
５０３
ａ
出蓄热室烟气成分
烟气分析仪
有限公司）
加热段
均热段
预热段
９６８１１５８
炉气温度
现场仪表
℃
加热段
均热段
均热段炉压电子微压计ＴＥＳＴ（）
ＰａＰａＰａ

蓄热式加热炉炉压控制方式的研究

ＡｂｔａｔＤｒｇｔｅｒｇｎｒｔｅｒｃｎｔｃｉｎｏｈｅｔｇｆｒａｅｈｈｎｍｅａｏｈｉｈｓｒｃｕｎｈｅｅｅａｉｅｏｓｕｔｆｔｅｈａｉｕｎｃ，ｔｅｐｅｏｎｆｔｅｈｇｉｖｒｏｎｈａｔｒｓｕｅａｄｓｖｒｕｎｃｏｒｒｒｕｄｅｒｐｓｒｎｅｅｆｒａｅｄｏｅｗｅｅｆｎ．Ｔｈｎｕｎｅｆｔｅｏｉｉａｒｓｕｅｃｎｒｌｈｅｅｉｆｏｅｉｆｅｃｓｏｒｎｐｓｒｏｔｏｌｈｇｌｅ
２ＡｎａｇＳｅｌｏａｙＬｍｉｄ，ＴｃｎｌｇｃｌＣｎｒ，．ｇｎｔｅｍｐｎｉｔＣｅｅｈｏｏｉａｅｔｅ
３ＡｇｎｔｌｏｐｎｉｉｄＮ．ｔｌｋｎｌｔｆｎａｇＳｅｌｏ，ｔ．．ｎａｇＳｅｍａｙＬｍｔ，ｏ１ＳｅｍａｉｇＰａｇｔ．Ｌｄ）ｅＣｅｅｎｏＡｎｅＣ
ＣｅｎｈｎＸｉＬｕＣａｇｅｇＸａｏｇｉｈｎｐｎｕＤｙｎ
ＺｎｈａｇＹｕＤｅｅＺｈａｈａｎｇＷｉｏＡｉｕ。ＷａｇＬｉｎｎａｇ
（．ｎｈｎＩｎａｄＳｅｌｒｕｏｐｒｔｎ１ＡｓａｒｎｔｏｐＣｒｏａｉ，ｏｅＧｏ
温度为常温或热装７０Ｃ，加热能力为１０／０ｏ５ｔｈ（０以上热坯）或９ｔｈ（７００／冷坯），采用高炉

蓄热式加热炉的工作原理

蓄热式加热炉的工作原理
蓄热式加热炉是一种利用热储存材料的热容和热传导特性来进行加热的设备。

其工作原理如下：
1. 热储存材料：蓄热式加热炉内部放置着一种称为热储存材料的物质。

这种材料具有较高的比热容和热传导率，能够吸收和存储大量的热量。

2. 加热源：蓄热式加热炉内部有一个或多个加热源，常见的有电加热元件、燃气或液体燃料的燃烧器等。

加热源将热量传递给热储存材料。

3. 热能储存：当加热源工作时，热能被传递给热储存材料，材料内部的温度升高，吸收大量热量。

这些热量会在材料中被储存起来，并逐渐释放出来。

4. 热能释放：当需要加热时，蓄热式加热炉关闭加热源，热储存材料开始释放储存的热能。

热能通过热传导或辐射的方式传递给需要加热的物体或空气，使其温度升高。

5. 加热循环：蓄热式加热炉通过循环工作，实现了热能的储存和释放。

加热源在需要加热时提供热量，而在热储存材料释放热能时，加热源则处于关闭状态。

蓄热式加热炉的工作原理可以有效地利用电能或燃料，提供持续稳定的加热效果。

在一定程度上，它也可以实现能源的节约和环境保护。

6蓄热式连续加热炉讲解

蓄热式连续加热炉一、连续加热炉分类连续加热炉是热轧车间应用最普遍的炉子。

钢坯不断由炉温较低的一端（炉尾）装入，以一定的速度向炉温较高一端（炉头）移动，在炉内与炉气反向而行（蓄热式加热炉则不同），当被加热后钢坯达到所需要求温度时，便不断从炉内送出。

在炉子稳定的工作的条件下，一般炉气沿着炉膛长度方向由炉头向炉尾流动，沿流动方向炉膛温度和炉气温度逐渐降低，但炉内各点的温度基本上不随时间而变化。

加热炉中的热工过程将直接影响到整个热加工生产过程，直至影响到产品的质量，所以对连续加热炉的产量、加热质量和燃耗等技术经济指标都有一定的要求，为了实现炉子的技术经济指标，就要求炉子有合理的结构、合理的加热工艺和合理的操作制度。

尤其是炉子结构，他是保证炉子高产、优质、低燃耗的先决条件。

连续加热炉包括所有连续运料的加热炉，如推钢式炉、步进式炉、链带式、辊底炉、环形炉。

从结构、热工制度等方面看，连续加热炉可按下例进行分类。

按温度制度可分为：两段式、三段式和强化加热式。

按所用燃料种类可分为：使用固体燃料、使用重油的、使用气体燃料、使用混合燃料的。

按空气和煤气的预热方式可分为：换热式、蓄热式。

按出料方式可分为：端出料的和侧出料的。

按钢料在炉内运动的方式可分为：推钢式连续加热炉、步进式连续加热炉等。

1炉宽根据钢坯长度确定：单排料B=l+2c双排料B=2l+3c三排料B=3l+4c式中l——钢坯长度，m,C——料排间及料排与炉墙的空隙，一般取c=0.15--0.30m 。

2炉长炉长的长度分为全场和有效长度两个概念，有效长度是钢坯在炉膛内所占长度，而全长还包括了从出钢口到端墙的一段距离。

炉子有效长度根据总加热能力计算出来，公式为：L效=Gbt/ng式中G——炉子的生产能力，kg/hb——每根钢坯宽度，m；t——加热时间，h；n——柸料的排数；g——每根钢坯的重量，kg;三段式连续加热炉各段长度的比例分配大致如下：均热段15%--25%预热段25%--40%加热段25%--40%多点供热的炉子，之中加热段较长，约占整个有效长的50%--70%，预热段很短。

蓄热式加热炉运行中的问题及处理方法

蓄热式加热炉运行中的问题及处理方法摘要：近几年来，我国在经济迅速发展的同时，对各种事物的需求也越来越高，其中钢材作为现代社会生产和生活中必不可少的材料，占有十分重要的位置，当前钢材厂仍然采用热轧的方式进行钢材的生产，因此加热炉也就成为轧钢厂热轧工作的主要设备，随着相关技术不断发展，我国的加热炉发生了很大的变革，现在工厂多沿用蓄热式加热炉，但是蓄热式加热炉在运行的过程中会出现很多问题，文章就围绕出现的问题来提出一些解决方法，希望能够促进轧钢厂的正常生产。

关键词：蓄热式加热炉；问题；处理一、前言随着工业化和城市化水平的不断推进，人们的物质生活条件和水平在不断改善和提高，对生活环境的要求也越来越高，但是钢材厂一直在消耗过多的能源，十分不利于生态环境的改善，因此相关人员希望能够通过技术的改进，来进一步减少对能源的消耗，与此同时新技术被不断应用于加热炉中，很多人员在炉型结构、性能等方面都做出了很大的改进，于是就出现了现在的蓄热式加热炉，但是它也存在着很多问题，影响着热轧工作的正常进行，希望能够得到缓解或解决。

二、蓄热式加热炉2.1蓄热式加热炉的基本介绍蓄热式加热炉主要是拥有独立设置的蓄热室或者蓄热式烧嘴，这样就可以在进行加热之前先将空气或者煤气进行预热，它实际上是由常规的加热炉和高效蓄热式换热器结合而成的，基本构成有蓄热室、燃料、排烟系统、加热炉炉体、换向系统以及供风[1]。

蓄热室主要为蓄热式加热炉进行烟气余热回收的工作，它是空气和烟气流动通道的一部分，在其内部充满蓄热体，通常情况下在加热炉中是成对使用的，具有改善加热质量、均匀炉内温度、提升产品合格率等多种优点[2]。

2.2蓄热式加热炉的分类蓄热式加热炉按照不同的标准可以分成不同的类型，其中按照预热介质的种类可以分为空气单预热方式和同时预热空气和煤气式；根据结构形式对其进行分类，则可以有通道式和烧嘴式两种，其中的烧嘴式还可以分为群组换向和全分散换向两种；如果将运料方式作为划分的依据，则蓄热式加热炉又能够分为推钢式和步进式[3]。

蓄热-换热联用式加热炉的应用分析

提高，从热工方面则是指热负荷的增大，即单位时间供入炉内燃料量的增加。在保证蓄热效果的前提下，烟气量增加要求蓄热室的换热面积也相
３．东北大学，４．中冶京诚（秦皇岛）工程技术有限公司）
摘要蓄热式燃烧技术应用于大型轧钢加热炉存在蓄热室扩容困难、炉压较高且波动频繁、
气体阻力损失大、换向阀寿命短等问题，蓄热一热联用式加热炉将蓄热和换热两种余热回换
收技术相结合，兼有热回收率高、燃料适用范围广、操作灵活、工况稳定等特点；还分析了
不同烧嘴布置方案的优缺点及适用场合。
关键词轧钢加热炉
大型化
蓄热式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
换热式
蜂窝体
Ａｎｌｓｓｏｐｐｉａｉｎｏｅｅｅａｉｅｒｈａｅｔｎｇｆｒａｅａｙｉｎａｌｃｔｏｆｒｇｎｒｔｖ－ｅｅｔｈａｉｕｎｃ
ＪｅｇｕＸｅＧｕｗｉＳｎＷｅｚｕＳｎＷｅｑａｇＬｏｕｉＦｎｒｉａｉｏｅｕｎｈｏｕｎｉ ’ ｎｉｙＢ
（．ｉｎｎｈｕｎｖｒｉ，１ＬａｉＳｉａＵｉｅｓｙｏｇｈｔ
２．ｉｏｔｅｓｎＲｅｅｒｈＩｓｉｔｆＴｈｒ — ｎｒｙＣｏＳｎｓｅｌＡｎｈａｓａｃｎｔｔｅｏｅｍｏｅｅｇ．，Ｌｄ．，ｕｔ
３ＮｏｔｅｓｅｎＵｎｖｒｉｒｈａｔｒｉｅｔｓｙ，
轧钢加热炉大型化既是我国钢铁行业发展的必然趋势０，也是冶金工艺流程的客观要求。

加热炉炉压问题分析及处理方法

波动较大的情况，有时甚至会从－２０Ｐａ波动到＋
Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｇ．ｑ＠１６３．ｃｏｎｒ
３４
本钢技术
２０１６年第２期
６０Ｐａ，长期如此，将给生产及炉体寿命都带来一
定影响。
到一定温度后进入炉膛燃烧，烟气由Ｂ侧排出，
２加热炉基本情况
北营公司轧钢厂四高线步进梁蓄热式加热炉以高炉煤气为燃料，采用空、煤气双蓄热燃烧技
术，分段分侧换向燃烧控制方式，各段由大型双执行器三通换向阀控制。装料、出料采用侧进侧出结构，钢坯规格１５０ｍｍｘ１５０ｍｍｘ１２０００ｍｍ，
将Ｂ侧的蓄热体蓄热，烟气温度降低。这样，由
于烟气的大部分热量被蓄热体回收，使得蓄热式
ａｎｄｓｏｍｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｆｕｒｎａｃｅ：ｈｅａｔｅｘｃｈｎｇａｅｒ
ｈｉ曲ｓｐｅｅｄｒｏｄｎｄａｗｉｒｅｐｒｏｄｕｃｉｔｏｎｌｉｎｅｏｆＢｅｎｘｉＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＢｅｉｙｉｎｇＲｏｌｌＭｉｌｌｄｕｒｉｎｇｕｓｅ，

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换向方式不同导致压力分布有一定的不同。求解过程中速度是计算其他量的基本条件，也就是说气流分布对蓄热燃烧过程有较大影响。由图 3 可知，沿炉宽方向分散换向比集中换向气流更加紊乱，进而分散换向时燃料、空气以及烟气之间混合效果好，这样可使燃烧完全、剩余气体少，最终导致炉膛内压力小。集中换向时由于混合效果差，燃烧不完全，燃烧后剩余气体多，导致炉膛内压力大。
18
加热设备
《工业加热》第
卷
年第
期
流动有很大联系。通过对实际加热炉的分析及不同换向方式的模拟研究，得出不同蓄热式加热炉换向方式对炉内气体流动的影响规律。在其他条件不变时，沿炉宽方向分散换向比集中换向时燃料、空气及烟气的混合均匀，燃烧完全。
参考文献： [1] 赵岩，陈海耿，张振伟，等．低热值煤气预热后直接用于加热炉燃烧的研究 [J]，工业加热，2006，35（1）：36-37． [2] 吴青松．混合煤气双预热蓄热式加热炉的技术改进 [J]，冶金能源，2006，26 （4）：35-36． [3] 张述明，刘艳姝，李波．承钢蓄热式加热炉使用情况分析 [J]，工业炉，2005，27 （5）：24-25． [4] 蔡乔方. 加热炉 [M]. 北京：冶金工业出版社，1983：9. [5] 孙丽萍，吴道洪．蓄热式 HTAC 技术在武钢大型厂加热炉的应用与探索 [J]. 钢铁, 2004，39 （10） : 72-74. [6] 李公达，孙颖军，陈建磊，等. 蓄热式燃烧技术在莱钢加热炉上的应用 [J]. 工业炉, 2003，25 （2） : 42-44. [7] 吕以清，孙玮，侯卫军，等. 双预热蓄热式加热炉减小炉压的研究与应用 [J]. 冶金能源, 2005，24 （6） : 36-38. [8] 陈冠军，胡雄光. 首钢蓄热式燃烧技术应用及问题讨论 [J]. 图2 非稳态时不同换向方式压力比较图中国冶金, 2005，15 （4） : 38-42.
，它的推广促进了冶金企业低热值
收稿日期：2008-03-07; 修回日期： 2008-03-14 基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）项目（2005CB724206）作者简介：谢国威（1976—），男，博士研究生，研究方向：工业炉窑热工特性及优化控制.
蓄热式加热炉的应用及炉压分析
17
加热设备
式加热炉。该加热炉性能参数见表 1。
表1
加热钢种坯料尺寸/ mm 燃料种类燃料热值 / kJ・m 空气预热温度/℃ 煤气预热温度/℃ 蓄热体加热温度/℃ 加热能力 / t・ h 1 正常排烟温度/℃ 氧化烧损 /% 炉底水管冷却方式换向方式推钢机上料方式3Βιβλιοθήκη 《工业加热》第卷
控制方程及边界条件和初始条件模拟过程选用流体连续性方程、动量方程、高雷诺数湍流方程、传热与燃烧、辐射耦合方程。钢坯传热应用于传热方程中，同时在模拟中考虑了浮力的影响。进口采用 Dirichlet 条件，直接设定进口速度和温度。高炉煤气的主要体积成分如表 2 所示，计算过程中换算成质量浓度。
某公司于 2004 年投产一座以高炉煤气为燃料的蓄热
技大学，2006． [4] 钟北京，洪泽恺. 甲烷微尺度催化燃烧的数值模拟 [J]. 工程热物理学报，2003，24 (1)：173-176． [5] 钟北京，伍亨. 甲烷/空气预混气体在微通道中催化转化的数值模拟 [J]. 燃料科学与技术，2005，11 (1)：1-5． [6] JINSONG HUA，MENG WU，KURICHI KUMAR. Numerical Simulation of the Combustion of Hydrogen-air Mixture in Micro-scaled Chambers. Part I： Fundamental Study [J]. Chemical Engineering Science，2005，60：3497-3506．
模拟研究
计算模型及空间模化
为研究炉压问题，选取加热炉一加热段（长× 宽× 高： 580 mm × 6 500 mm × 2 700 mm）为研究对象。取 4 对烧嘴，钢坯上下各 2 对烧嘴，采用煤气-空气双预热的方式，计算模型如图 1 所示。
模拟结果及分析针对该加热炉集中换向的实际情况，进行模拟；同时在不改变其他条件时，采用分散换向代替集中换向，通过模拟结果对比分析两种换向方式对蓄热燃烧的影响。就不同换向方式取上炉膛煤气入口 1 和煤气出口 1 的中心线进行压力比较，见图 2。由图 2 可知沿炉宽方向分散控制时较集中控制时压力值小，同时分散换向时压力波动值小，即炉宽方向分散控制炉压较集中换向时均匀。
参考文献： [1] NORTON D G，VLACHOS D G. Combustion Characteristics and Flame Stability at the Microscale：a CFD study of Premixed Methane/air mixtures [J]. Chemical Engineering Science， 2003， 58：4871-4882. [2] NORTON D G，VLACHOS D G. A CFD Study of Ropane/Air Microflame Stability [J]. Combustion and Flame，2004，138： 97-104． [3] 曹海亮. 微尺度燃烧特性及微能源系统的研制 [D]. 中国科
表2
CO 29.3 CO 2 10.7
高炉煤气成分
H2 1.5 N2 58.2 O2 0.1 CH4 0.2
％
模拟中考虑了墙体散热，同时把炉门散热归到墙体散热中。非稳态的时间步长选用变时间步长，起始时步长为 0.1 s，以后逐步增大到 2 s。换向周期设定为 50 s。蓄热式燃烧采用引风机抽引烟气，因此用压力作为出口边界条件，并考虑了流体流过蜂窝体时的压力降。结合工作实际，模拟中出口压力取为－800 Pa。加热炉炉顶、炉底附近采用壁面函数，壁面内部无热源，温度变化由炉顶、炉底材料的导热系数决定。
蓄热式连续加热炉通过回收烟气余热、燃烧介质的射流、卷吸烟气实现高温贫氧燃烧，在一定程度上降低加热炉的单位热耗，因而近些年此类加热炉在我国冶金企业得以广泛应用燃料的应用。高炉煤气是高炉炼铁过程得到的副产品，其主要燃烧成分是一氧化碳。若将其直接排放到大气中，将对大气造成严重的污染。由于经净化处理后的高炉煤气可用作燃料，因此高炉煤气的合理回收、利用受到冶金工作
该蓄热式加热炉与传统加热炉相比炉压较大而且波动大，现场仪表显示为 70 ～ 85 Pa，不时会出现炉头和炉尾冒火现象，长期应用势必影响加热炉的寿命。蓄热式连续加热炉与换热式连续加热炉相比存在炉压偏高的问题，反映出二者在热工过程上有着一定的区别。加热炉热工过程包括炉内燃烧、气体流动和传热三个过程，其中传热过程是基本的。由于蓄热燃烧较传统燃烧提高了燃料及空气的预热温度，缩短混合物达到着火温度的时间，从而加快燃烧反应速度，进而改善燃烧过程；蓄热式连续加热炉比换热式连续加热炉炉温均匀，在满足加热要求的前提下，蓄热式连续加热炉炉内传热均匀，物料加热温度均匀；蓄热式连续加热炉与换热式连续加热炉在炉型结构、热工操作等方面有一定的区别，进而导致炉内气体流动的不同，使蓄热式加热炉炉压较大。蓄热式加热炉换向方式不同，可以使炉内气体流动不同。实际中加热炉采用集中换向方式，换向阀较大，换向瞬间容易产生换向滞后以及气体泄漏，使炉内气体流动规律发生改变，一定程度上导致炉压较大且波动大。此外，蓄热燃烧主要通过烟气的卷吸、稀释空气和燃料实现炉内气体成分混合均匀。集中换向不容易使得气体混合均匀，导致燃烧不完全，进而加热炉内残留气体增加，一定程度上使炉压较大。
1-3
者的重视。虽然高炉煤气发热量低、燃烧温度低、火焰的辐射能力弱，在加热炉上单独使用困难 4 ，但伴随着蓄热燃烧技术的应用，我国已自主研发了高炉煤气、空气双预热的蓄热燃烧技术 5-6 ，使得加热炉应用高炉煤气替代高热值燃料成为可能，使高炉煤气的应用范围得以加大。同换热式加热炉相比，双预热式蓄热燃烧技术在应用中还存在炉压较大、蓄热体易损坏 7-8 等问题，因而有必要结合蓄热式加热炉的结构特点，对其热工过程加大研究，找出此类问题的影响因素，才能使蓄热式加热炉在应用中较为完善。
XIE Guo-wei1, 2，CAI Jiu-ju1，SUN Wen-qiang1，WANG Ai-hua1 (1. SEPA Key Laboratory on Eco-industry, Northeastern University, Shenyang 11004, China； 2. Sinosteel Anshan Research Institute of Thermo-energy, Anshan 114004, China) ：The influence factors of higher and fluctuating pressure are needed to be researched with applications of regenerative continuous reheating furnace. It is concluded that gas flow is the main factor which affects pressure in regenerative reheating furnaces and it is affected by switching mode in some degree. Due to the simulation and analysis of different switching mode, it is demonstrated that the pressure is lower with the decentralizing switch than with the centralizing one along the width of furnaces. ：regenerative continuous reheating furnace; research of simulation; the pressure of furnace; centralizing switch; decentralizing switch