武钢新型炉窑烧嘴的研制与应用.doc

武钢新型炉窑烧嘴的研制与应用蒋扬虎肖坤伟肖世华丁翠娇摘要简要介绍了降低钢铁工业能耗的迫切性和武钢1994年以来建设的烧嘴热态试验装置、试验用能源介质条件的详细情况,简要介绍说明了武钢近年进行的烧嘴研制、应用及效果。关键词工业炉窑烧嘴研制Development and Aplication of New Type BurnerFor Furnace and Kiln In WISCOJiang YanghuXiao KunweiXiao ShihuaDing CuijiaoWuhan Iron & Steel Corp.SynopsisThe imminent necessity to reduce the energy consumption in iron making and steelmaking and detail of the hot testing equipments for burners and the energy resource conditions for the tests in WISCO since 1994 are described, and the development and application of the burners briefly introduced, and the results in the recent years revealed.Keywordsindustrial furnace and Kilnburnerresearch and development1前言目前,我国钢铁工业已经面临世界各国钢铁工业的严峻挑战,降低能耗从而降低生产成本提高市场竞争力已经是我国钢铁工业的一项重要任务,能否将降低能源成本作为钢铁工业新的利润增长点已经关系到钢铁工业的存亡。武钢1997年吨钢综合能耗为1044kg标煤/t(一些先进钢铁联合企业吨钢综合能耗为700kg标煤/t左右),能源成本所占比例呈上升趋势。因此,武钢在分析生产各项成本因素的基础上,已经将节能技术的研究和推广应用列为降低生产成本提高产品竞争力的重要措施。烧嘴(燃烧器)是工业炉窑的关键性设备,它的性能对工业炉窑的产量、质量、能耗、环保等技术经济指标影响很大1。在新建炉窑或现有炉窑改造中,应用新型高效烧嘴和提高现有烧嘴技术水平,对提高产品质量、降低能耗和保护环境等均具有重要意义。通过热态试验研究,能够非常直观地考察烧嘴的实际燃烧情况,可以根据试验结果达到逐步完善烧嘴结构的目的,并且可以得到烧嘴详细的技术性能数据供设计和实际生产使用。热态试验是研制新型高效烧嘴的一种非常有效的方法。国外的一些企业,如中外炉公司、Stein H.公司、LOI公司等,都设有装备先进的热态试验室,武钢为了本公司炉室的新建，改造、和引进技术的消化吸收，建造了一个较大规模的热态试验室，开展了一些新型烧嘴的研制,这些烧嘴已经应用于实际生产并取得了良好的技术经济效果,本文就此作一些介绍。2烧嘴性能试验项目、试验方法、试验装置及试验条件介绍2.1烧嘴性能试验项目烧嘴的性能项目很多,主要有:空气、燃料和雾化介质流量特性;点火性能;最大、最小负荷;空气系数;火焰形状;噪音及烟气成分等24。2.2烧嘴性能试验方法作者在进行烧嘴研制时,主要是采用11的热态模型试验,试验方法主要参考了文献24中的有关内容。2.3烧嘴试验装置介绍19821987年,武钢投资了200余万元人民币,建成了500m2的烧嘴试验车间和与之配套的230m2办公楼,1994年以来又投资了150余万元进行建设和完善,热态试验室现已建成了小、中、大三座试验炉:1号试验炉炉底面积2.7m2(11602320),用于试验小功率烧嘴;2号试验炉炉底面积11.85m2(59361992),用于试验较大功率的烧嘴,炉顶可安装平焰烧嘴,炉端头可安装长火焰烧嘴和辐射管烧嘴;3号试验炉是为研制武钢三炼钢厂320t鱼雷式铁水罐T型烘烤烧嘴所建的模型,为园筒型结构(内腔尺寸300012000),不仅可试验320t鱼雷罐T型烘烤烧嘴,而且该试验炉端头为活动结构,可安装和试验特大功率长火焰燃烧器。这3座试验炉目前已具备煤气(混合煤气和焦炉煤气)及油烧嘴热态试验的条件。在这3座试验炉上,已经建成的试验装置有:煤气平焰烧嘴试验装置、重油煤气混用可调焰烧嘴试验装置、320t鱼雷罐T型烘烤烧嘴试验装置、热风敞焰高速烧嘴试验装置和煤气辐射管烧嘴试验装置等。图15为其中5套试验装置示意图。图1煤气平焰烧嘴试验装置系统示意图1.烧嘴2.试验炉3.燃烧效率仪4.煤气二次混合器5.空气预絷器6.阀门7.流量计8.压力计9.温度计图2油气混用可调焰烧嘴试验装置系统示意图1.温度计2.压力计3.流量计4.阀门5.空气预热器6.煤气二次混合器7.烧嘴8.试验炉9.燃烧效率仪10.烟道11.油泵12.油箱13.重油加热器图3320t鱼雷罐烘烤烧嘴试验装置示意图1.空气管道2.煤气管道3.压力计4.温度计5.流量表6.阀门7.橡胶软管8.轨道9.运送小车10.T型烘烤烧嘴11.挡板12.鱼雷罐模型(3号炉)图4热风敞焰高速烧嘴试验装置系统示意图1.试验烧嘴2.点火烧嘴3.1号试验炉4.点火烧嘴指示烧嘴5.空煤气混合器6.调节阀门7.压力计8.温度度计9.LZB转流量计10.空气预热器图5煤气辐射管烧嘴试验装置系统示意图1.辐射管2.2号试验炉3.空气喷射器4.点火指示烧嘴5.空煤气混合器6.阀门7.LZB转子流量计8.压力计9.温度计10.煤气孔板2.4试验用能源介质热态试验室有二条煤气管道与武钢生产用气管道相连,即焦炉煤气管道和混合煤气管道,还建设了一套供油系统,且助燃空气采用一台专用风机供应,雾化用蒸汽管与武钢生产用汽干线管道相连。具体如表1所示。表1试验室能源介质条件介质种类基本情况焦炉煤气接点处管径为Dg200,压力约18kPa,低发热值约16.5MJ/m3混合煤气接点处管径为Dg200,压力约20kPa,低发热值约为8.00.4MJ/m3二次混合煤气采用MG1和COG,在试验室进行二次混合,达到需要的低发热值。参见图1、图2重油最大供油能力约500kg/h,压力0.81.0MPa,重油可加热至要求温度。试验室设有一套供油系统和一套加热系统,参见图2助燃空气最大流量约为3000m3/h,最大压力约14kPa,1号和2号试验炉的排烟烟道中设有一台空气喷流换热器,可预热空气。鼓风机型号为HTD-50-12蒸气接点处管径为Dg32,蒸汽压力约0.8MPa。蒸汽管与武钢蒸汽干线管道相连接水与武钢工业用水干线管道相连接电与武钢供电网相连3近年烧嘴研制及应用情况3.1烧嘴研制及应用情况1994年以来,为配合武钢热轧厂、三炼钢厂、硅钢厂等单位的炉窑改造和建设的需要,作者在热态试验室进行了多种新型烧嘴的试验研制工作,确定了这些烧嘴的结构并得到了它们的详细技术性能数据59,研制及应用情况如表2示。图6、图7分别为通过试验得到的WQ-10型煤气平焰烧嘴的控制、煤气流量特性曲线5。 图6空气P-V特性曲线图7煤气P-V特性曲线表2热态试验室试验研究项目烧嘴名称燃料种类烧嘴能力研究及应用情况HFB-45型煤气平焰烧嘴高焦炉混合煤气(11.30.4MJ/m3)200m3/h1994年试验研制成功,同年武钢热轧厂3号加热炉改造时采用了18套,迄今运行良好。1997年又在武钢热轧厂4号加热炉改造时采用了24套。320t鱼雷式铁水罐T型烘烤烧嘴转焦炉混合煤气(8.00.4MJ/m3)1200m3/h1995年研制成功,1996年武钢三炼钢厂投产,采用了4套,目前运行良好(取消引进)WQ-10型煤气平焰烧嘴高焦炉混合煤气(11.30.4MJ/m3)500m3/h1996年研制成功,经过近8h的半工业性试验,性能优良,暂未应用。吸入型自预热式煤气辐射管烧嘴焦炉煤气(16.5MJ/m3)12m3/h1996年研制成功,达到日本同类产品水平,在武钢硅钢厂CA5线上采用了72套,1998年初调试通过。热风敞焰煤气高速烧嘴焦炉煤气16.5MJ/m370m3/h1996年研制成功,达到日本同类产品水平,在武钢硅钢厂CA5线上采用了18套,1998年初调试通过油气混用可调焰烧嘴高焦炉混合煤气(11.30.4J/m3200号重油800m3/h(煤气)240kg/h(重油)1997年研制成功,同年年底在武钢热轧厂4号加热炉大修改造中采用了8套,运行良好。FJFB-8型煤气平焰烧嘴高焦炉混合煤气(11.30.4J/m3)370m3/h1997年研制成功,同年年底在武钢热轧厂4号加热炉大修改造中采用了36套,运行良好。其它华中理工大学在该试验室进行了开缝钝体烧嘴等模型试验。并应用于宝钢自备电厂3.2应用研制烧嘴取得的技术经济效果介绍如表3所示,近年作者通过热态试验研制成功多种烧嘴,已经在武钢生产中得到应用并取得良好的技术经济效果。主要如下(按投产时间顺序排列):(1)1994年,武钢热轧厂3号加热炉改造,采用8套HFB-45型煤气平焰烧嘴取代重油端烧嘴,不仅改善了设备状况,而且通过生产统计,1995年111月,热轧厂3号加热炉降低能源成本1000余万元6(煤气为武钢副产品,重油必须从外部购买,按提供同等的加热热量比较,重油比煤气约贵1倍);而且由于使用效果好,1997年热轧厂4号加热炉改造中推广应用了24套HFB-45型煤气平焰烧嘴,取代原法国顶部煤气平焰烧嘴。(2)1996年,武钢三炼钢厂投产,采用320t鱼雷罐烘烤T型烧嘴4套,取消引进,采用转炉、焦炉混合煤气取代焦炉煤气进行烘烤加热,不仅节省了引进费用,而且使用了转炉煤气节约了焦炉煤气,创经济效益580万余元/a7。(3)1997年底,武钢热轧厂4号加热炉改造,采用了36套FJFB-8煤气平焰烧嘴取代原法国顶部重油平焰烧嘴,采用了8套油气混用可调焰烧嘴取代原法国加热炉均热段侧烧嘴;改造后投产以来,运行情况非常好89;不仅采用混合煤气取代了部分重油降低了能源成本(投产以来14月生产统计,热轧厂吨钢重油消耗平均下降了12.55%),而且在满足热轧厂加热、轧制工艺要求方面,改造后的烧嘴更具有优越性。(4)1998年,武钢硅钢片厂二期扩建工程CA5线建成调试,该热处理线系消化从日本新引进的CA4、CA6技术,全部实现国产化。采用了72套吸入型自预热式煤气辐射管烧嘴和18套热风敞焰煤气高速烧嘴,1998年45月完成了烧嘴调试和热负荷试车。该两种烧嘴的研制成功,不仅降低了硅钢厂CA5线的建设费用(国产烧嘴价格约为进口烧嘴价格的10%20%),而且解决了引进设备的备件问题,为将来降低更换备件和检修费用打下了基础。