蓄热式加热炉燃烧系统的设计研究

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蓄热式燃烧技术在加热炉中的应用

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。

蓄热式加热炉的设计与应用

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。

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
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（．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

高效蓄热式燃烧器的设计方法研究

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。

蓄热式加热炉燃烧系统的改造

蓄热式步进梁加热炉是轧钢厂的主要工艺设备之一
合轧制需求、钢种、炉内加热过程等综合因素考虑。长
合理选用加热炉，提高燃料利用率，对于降低能源消耗，减少钢坯氧化烧损，提高加热质量，充分创造整个轧线生产过程的经济效益，具有非常重要的意义。如何提高加热炉的加热效率，优化加热炉的炉温控制和钢坯的加热过程对于冶金行业节能降耗、降低生产成本、提高产品质量具有非常重要的意义，已经成为目前冶金工业控
Ｋｅｒｓｅｅｅａｉｅｒｈａｉｇｆｒａｅｏｕｔｎｓｓｅｙｗｏｄ：ｒｇｎｒｔｅｔｕｎｃ；ｃｍｂｓｏｙｔｍ；ａｔｍａｉｏｔｌｏｚｅｅｆｒｖｅｎｉｕｏｔｃｃｎｒ；ｎｚｌ；ｒｏｏｍ
气配比通过人工手动调节，受现场条件及操作工的经验限制，实际生产过程中很难做到比例燃烧。换向系统操
作时，总是造成瞬间切断煤气，炉温下降５℃左右，造
生的后果往往是轻者轧机退钢，降低轧线产量、浪费能源，重者轧机断辊，危及设备安全。同时，随着轧机向大型化、高速化发展，对产品质量的要求越来越高，轧制工艺要求加热炉能够提供出炉温度和断面温差更为精确的钢坯，而传统的人工设定显然无法完成这个要求。因
ＡｂｔａｔＡｃｏｄｎｈｔｔｓｏｈａｉｇｆｒａｅｉｏｌｎｌｕｈａｅｔｇａｉｔｅｃｅｃｌｗｕｏｔｃｃｎｒｌｅｅ，ｓｒｃ：ｃｒｉｇｔｔｅｓａｕｆｅｅｔｕｎｃｎｈｔｏｌｇｍｉｌｏｒｎｒｉ，ｓｃｓｈａｉｂｌｙｄｆｉｎ￣ｏａｔｍａｉｏｔｖｌｎｉｉｏｌｔｅｅｅｔｎｍａｅｗａｅｏｍｅｙｒｐａｅｎｉｇｅｒｇｎｒｔｅｒｈａｉｇａｒｎｚｌ，ａｄｒｆｒｉｇａｔｍａｉｏｔｏｙｔｍ．Ｔｕｈｈａｉｇｆｒｕｃｓｒｆｒｄｂｌｃｍｅｔｎｌｅｅａｉｅｅｔｉｏｚｅｎｅｏｍｎｕｏｔｃｎｒｌｓｅｅｓｅｖｎｃｓｈｓｇｏｃｎｍｉｅｅｉａｅａｑｉｄｔｒｕｈｒｄｃｎｏｌｏｓｍｐｉｎｏｄｅｏｏｃｂｎｆｓｈｖｃｕｒｏｇｅｕｉｇｃａｎｕｔ．ｔｅｈｃｏ

蓄热式燃烧器多种结构设计及蓄热体情况

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。

蓄热式加热炉温度控制系统的研究

ＡｂｔａｔＴｈｅｉｎｏｈｅｅｔｇｆｒａｅｃｎｒｌｓｓｅｉｎｒｄｃｄｉｈｓｐｐｒＴｈｅｓｏｈｓｒｃ：ｅｄｓｇｆｔｅｒｈａｉｕｎｃｏｔｏｙｔｍｓｉｔｏｕｅｎｔｉａｅ．ｎｅｋｙｆｔｅｐｐｒａｅａｏｔｔｅｔｃｎｌｇｆａｃｍｕａｉｎｏｅｔａｄｔｅｃｎｒｌｓｓｅｏｈｅｐｒｔｒ．Ｔｗｏａｅｒｂｕｈｅｈｏｏｙｏｃｕｌｔｆｈａｎｈｏｔｏｙｔｍｆｔｅｔｍｅａｕｅｏｐｉｃｐｅｐｃｕｅｒｓｄｔｌｓｒｔｈｅｈｏｏｙｏｃｕｕａｉｎｏｅｔａｄｏｅｄａｒｍｓｔｋｎｔｒｎｉｌｉｔｒｓａｅｕｅｏｉｕｔａｅｔｅｔｃｎｌｇｆａｃｍｌｔｆｈａｎｎｉｇａｉａｅｏｌｏｅｐａｎｔｅｔｍｐｒｔｒｏｔｏｙｔｍ．ｘｌｉｈｅｅａｕｅｃｎｒｌｓｅｓＫｅｒｓｅｅｔｇｆｒａｅｔｃｎｌｇｆｔｅｍａｃｕｙｗｏｄ：ｒｈａｉｕｎｃ；ｅｈｏｏｙｏｈｒｌａｃｍｕａｉｎ；ｔｍｐｒｔｒｏｔｏｎｌｔｏｅｅａｕｅｃｎｒｌ
维普资讯
第３第２期５卷
２００８年６月
黑
龙
江
水
专学

蓄热式加热炉燃烧控制系统策略及优化

嘴
．
Ｂ嘴烧
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：主＝：…一Ｆ＿
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笺二二
圈１成对烧囊换向时序田
如图２所示，其中ａ为空气过剩系数，ｂ为理想空燃比，１ＫＫ、４为正偏置系数，２ｌｋ、３（为负偏置系数，炉温调节器通过温度测量值
４燃烧控制系统策略
蓄热式加热炉燃烧控制系统策略及优化
２５热轧板厂２０
摘
谭志春
ｔ
要
本文介绍涟钢２５轧板厂步进式加热炉的关键控制策略及优化，２０热炉温控制、自动换向控制在蓄热式加热炉上的应用。
涟钢２５热轧板厂配置两座蓄热加热２０炉，分别于２００９年和２１年相继竣工投产。００投产以来，运行情况一直良好。蓄热式加热炉，就是利用蓄热式烧嘴，通过烟气和空气的热交换，对空气进行预热，提高燃烧前空气的温度，从而降低排烟温度，提高热利用率，达
用常规带温度前馈功能双交叉限幅燃烧控制系统，则提高了过渡空燃比的控制能力，提高了燃烧效率。节省燃料，防止冒黑烟，进一步改善系统动态响应特性，最终保证加热炉生产稳定，减少氧化铁皮烧损．提高产品质量。
４３控制繁略．
窒鲤Ｆ：二＝ｉ … ＝ｉ：一＝＝璺
．
中。仪表ＰＣ的ＣＵ１２Ｐ的网络上共挂ＬＰ４６— Ｄ
２．３
安全运行，燃烧时，烟气阀关阀到位后，空气阀
足，就会产生黑烟，浪费燃料，热效率降低，并才打开，刚叮ｌ后再打开煤气隅，空气Ｉ开ｓ烧嘴且排放的ＣＯ污染环境；空气过剩，不仅会带排烟时，煤气阀先关闭，Ｓ１后再关闭空气阀，走大量热能，浪费热能，同时，过量的空气还空气阀关闭到位后烟气阀才打开。换向时，会加剧被加热钢坯的氧化烧损，只降低成品率。

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蓄热式加热炉技术是自20世纪80年代发展起来并投入使用的一项新技术。

它以蓄热室为基础来回收烟气余热,从而实现余热的最大回收和助燃空气以及煤气的高温预热。

国外蓄热式加热炉的研究工作起步早、发展快，已经大规模地应用到工业中。

我国的蓄热式加热炉研究工作和应用起步较晚，但是发展速度快，到目前为止已有许多钢厂建成并投入使用了这种炉型，并取得了较好的效果。

总结这几年双蓄热式加热炉燃烧系统方面的设计及应用情况，拟从以下几个方面进行总结和探讨。

1蓄热体形式蓄热体目前的发展趋势是采用陶瓷蜂窝体。

其高温段材质为高纯铝质材料，有较高的耐火度和良好的抗渣性；中温段采用莫来石材料；低温段材质为堇青石，其特点是在低于1000℃的工况下具有较好的抗腐蚀和耐急冷急热性。

蜂窝体的前端增加刚玉挡砖，减少高温炉膛对蜂窝体的辐射，同时可增加蜂窝体的堆放稳定性。

与颗粒状蓄热体(小球形蓄热体)比较，蜂窝状蓄热体有如下优点：单位体积换热面积较大，100孔/6.45cm 2的蜂窝体是Φ15mm 球比表面积的5.5倍，是Φ20mm 球的7倍。

在相同条件下，将等质量气体换热到同一温度时的蜂窝体体积仅为球状蓄热体的1/3～1/4，重量仅为球的1/10左右，这就意味着蜂窝体蓄热燃烧器构造更轻便、结构更紧凑。

蜂窝体壁很薄仅0.5～1mm ，透热深度小，因而蓄热、放热速度快，温度效率高，换向时间仅为30～45s ，这比球状蓄热体的换向时间3min 大大缩短，更利于均匀炉内温度场，保证钢坯均匀加热，这一点对加热合金钢、高碳钢尤为有利。

按照蜂窝体内气流通道规则，阻力损失仅为球状的1/3～1/4。

球形蓄热体气流阻力损失随空气流速增大而增大，其变化规律为幂函数关系，球径大则阻力变小，但蓄热室结构也要相应增大。

蜂窝体由于有较高压力的气体频繁换向，起到了吹刷通道作用，故蓄热式加热炉燃烧系统的设计研究杨茂平，戴红（中冶华天工程技术有限公司，安徽马鞍山243005）摘要：主要针对蓄热式加热炉在设计和操作中出现的问题，对蓄热体形式、换向阀及换向控制系统、烧嘴布置方式、管道设计以及炉体结构等进行了优化设计,提出了改进措施,并对优化操作提出了建议。

关键词：蓄热式加热炉；燃烧系统；优化设计中图分类号：TF066.1文献标识码：B文章编号：1001-6988（2010）01蛳0022蛳03Design Research of Burning System in Regenerative Reheating FurnaceYANG Mao -ping,DAI Hong（Huatian Engineering &Technology Co.,Ltd,MCC,Ma ’anshan 243005,China ）Abstract:In view of some problems in the design and operation of regenerative reheating furnace,the optimization designment and improvement measures for heat accumulator form,commutative valve and com -mutative control system,burner layout,pipe design and furnace body structure were put forward,and some suggestions for optimization operation were pointed out.Key words:regenerative reheating furnace;burning system;optimization designment收稿日期：2009-09-25；修回日期：2009-10-17作者简介：杨茂平（1968—），男，高级工程师，主要从事各种冶金炉窑方面的设计研究及工程管理工作.工业炉Industrial Furnace第32卷第1期2010年1月Vol.32No.1Jan.201022工业炉第32卷第1期2010年1月不易产生灰尘沉积堵塞。

对于炉膛较宽的炉子，相对应炉长较短，炉两侧可供布置烧嘴的空间较小，采用比表面积小的小球时，常常由于空间的限制使得蓄热能力不足。

因此，在采用蓄热式烧嘴形式的加热炉当中，应用比表面积大于小球几倍的蜂窝体是必然的选择。

采用陶瓷小球不方便在线更换，而陶瓷蜂窝体则有利于蓄热体的在线更换，这可以保证较好的生产连续性。

2换向阀结构型式换向阀结构型式主要有：二位五通换向阀、二位四通换向阀、旋转式换向阀、二位三通换向阀等。

二位五通换向阀属早期产品，带单气缸驱动，换向过程中容易串气，比较危险，目前使用较少。

二位四通换向阀一般带双气缸，也有带复合气缸的，此形式较好，它能实现先关闭再换向的功能。

二位三通换向阀早期一般带单气缸，目前一般带双气缸，后一种形式较好，它能实现先关闭再换向的功能，防止换向时串气，产生不必要的危害。

配带双气缸的二位三通换向阀现在成为换向系统阀门的首选。

对于小口径的二位三通换向阀（DN350以下），其气缸采用水平安装方式，结构紧凑；对于大口径的二位三通换向阀（DN350以上），其气缸宜采用垂直安装方式，否则容易形成阀板变形，导致阀板关闭不到位易卡死。

3烧嘴的布置方式烧嘴的布置方式主要有两种：通道式和烧嘴式。

通道式结构为早期产品，目前一般不使用。

烧嘴式结构一般分为左右式和上下式两种，各有优缺点。

上下式结构对烧嘴位置布置紧张的炉子有利，缺点是烧嘴之间距离较小，不利于维修和更换；左右式结构布置紧凑，利于维修。

对于烧嘴的空煤气流股夹角大小来说，其夹角点一般不要超过加热炉中心线位置。

蓄热式燃烧是一种弥漫式扩散燃烧方式，空煤气流股混合较差，容易导致燃烧不完全现象，甚至被吸到对面的蓄热室内燃烧。

出料炉门口位置一定要布置煤气喷口，否则出料口位置温度会较低，影响出钢节奏。

同时燃烧段之间如有一定距离，建议燃烧段之间交错的位置也要布置煤气喷口，尽量少布置空气喷口，否则会形成一个低温区域。

4换向方式的选择换向方式主要有以下几种：集中换向、分侧分段半集中换向、全分散换向等。

集中换向属早期换向方式，目前一般不使用。

全分散换向方式主要优点是每个烧嘴均配有一个换向阀，便于控制炉压，相对于集中换向方式炉压波动较小，同时热负荷调节分配较为灵活、方便；其缺点就是投资多、设备故障点多，给操作维护带来许多麻烦。

分侧分段半集中换向方式主要在每段的两侧均配置一个空气－烟气换向阀和一个煤气－烟气换向阀，管路布置简单，控制方便，投资较少，是首选的换向方式。

换向控制方式主要有定时换向、定温换向和超温强迫换向等。

正常生产时一般以定时换向为主，换向控制一般由PLC系统进行控制。

5炉压控制方式对于蓄热式加热炉燃烧系统，炉压控制策略非常重要。

一般加热炉设有多段炉压控制，通过调节换向阀后各段烟管的调节阀来调节炉压，由于多段空煤气侧排烟分别共用引风机，因此调节炉压时需多个调节阀同时动作，调节阀动作幅度均应基本相等；同时设有总供风量变化信号、炉门开闭信号、步进梁升降信号、换向阀状态等四个前馈信号，提早预置调节阀阀位，避免压力波动。

供热负荷变化较大时，多段炉压均进入自动调节状态；当供热负荷基本稳定的情况下，均热段炉压自动调节，其他各段炉压切换到手动调节微调，这种调节方式简单、实用、可靠。

炉宽越宽，炉压控制相对容易一点，因为扩散燃烧在短时间内需要一个空间来缓冲。

空间越大，缓冲功能越明显。

6周期换向时间的选取周期换向时间的长短主要取决于蓄热体形式的选取。

对于小球来说，换向时间一般为2~3min；对于蜂窝体来说，换向时间一般为30~90s，蜂窝体通道流程越长，换向周期时间就长，反之则越短。

23第32120101Vol.32No.1Jan.20107烧嘴本体结构的设计烧嘴壳体一般采用内绝热方式绝热。

烧嘴内蓄热体从高温侧到低温侧一般按如下方式布置：100mm 厚挡板砖（俗称大眼砖）＋200mm 厚莫来石质蜂窝体＋300～500mm 厚堇青石质蜂窝体。

最后在冷端需用金属挡板固定，防止蜂窝体在来回换向过程中被吹动。

为了防止烧嘴壳体附近漏气，烧嘴壳体的内外面均要与炉皮钢板焊死。

烧嘴内的流通截面流速选取一般不宜过大，否则排烟时阻力较大，容易造成炉压偏高。

烧嘴内的流通截面设计时要考虑细长比，要满足水力学半径原理的要求，否则实际流通截面要比设计流通截面要小，影响使用效果。

8加热炉炉长的选取一般对于料长不大于10m 的加热炉来说，烧嘴布置在两侧炉墙上基本没有太大问题；对于料长大于10m 的加热炉来说，烧嘴布置在两侧炉墙上位置有点紧张，此时炉底应力可适当选取小一点，即炉长长一点，便于烧嘴布置。

笔者在某钢厂料长为16m 的步进炉上把蓄热式烧嘴布置在出料端端墙上作为一种尝试，使用效果不错，基本上没有太大干扰，这为缩短炉长设计提供了一个新思路。

9加热炉炉墙的设计炉墙设计一般分为整体浇注和烧嘴砖预制型两种方式。

对于烧嘴砖预制型来说，筑炉简单，烧嘴砖的四周缠上一层耐高温的耐火纤维毯，在设计烧嘴砖时其四周一般预留一条凹槽，其主要目的是便于烧嘴砖本身的固定，同时换向时其四周也不容易窜火。

对于整体浇注型来说，其整体性非常好，一般不容易窜火，但筑炉时因预留孔洞较多相对麻烦些，同时检修时比较麻烦。

10空、煤气及排烟管道系统的设计分段空煤气管道都设有流量测量装置和流量调节阀门，便于空煤气自动比例燃烧控制。

空煤气侧排烟一般分开进行，这样比较安全。

对于高温板坯加热炉来说，可根据实际情况设置辅助烟道。

分段空－烟和煤－烟排烟回路上都设有流量调节阀门，方便炉压控制。

同时在引风机进风口前也设置压力调节阀门，便于整体控制炉压。

换向阀门一般距蓄热式烧嘴越近越好，换向时浪费的煤气就越少，整个系统就越节能。

每个烧嘴前的排烟回路上最好安装温度检测和计算机显示，便于及时发现烧嘴是否有故障并及时维修。

鼓风机出口压力一般选取8000~10000Pa 较合适；引风机进口压力一般选取4500~6000Pa 较合适。

对于燃烧低热值煤气的蓄热式炉来说，一般单独设置一套点火烘炉系统，其煤气管路也单独设置，单独吹扫放散，方便操作和控制，建议使用热值高一点的煤气作为烘炉燃料。

旁通系统是特别为蓄热式加热炉设置的一个系统，它通过盲板阀将空煤气管道连接在一起。

旁通系统在冷热调试及热炉停炉冷却时有特别重要的作用，是多年工程实践中总结出来的一个好方法，正常生产时一定要将此阀关闭。

11结语对于一般棒线材加热炉来说，从投资以及操作方便等综合因素考虑，选用蜂窝体作为蓄热体，采用左右分隔式烧嘴布置形式，选用双气缸二位三通换向阀，选择分段分侧半集中换向技术完全可以满足加热炉炉温自控以及炉压自控要求。