蓄热式加热炉燃烧技术课件

1、蓄热式加热炉燃烧技术,蓄热式加热炉燃烧技术,蓄热式加热炉燃烧技术,目录,1.国内外现状 2.前言 3.蓄热式燃烧(RCB系统) 工作原理及系统组成 3.1蓄热烧嘴( RCB 烧嘴) 3.2蓄热室 3.3换向装置(换向阀) 3.4控制系统 4.蓄热式加热炉的优点 5.蓄热式加热炉的前景与开发应用 6.结语,蓄热式加热炉燃烧技术,1.国内外现状,随着工业炉窑技术的发展和新型炉用材料的不断问世，工业炉加热技术在近年来得到飞速的发展其中尤为突出的就是蓄热式加热炉燃烧技术，备受国内外工业炉界的关注。以日本为例，这一新技术的开发和推广由日本政府同产省主持， 由日本工业炉株式会社提供技术和装置，并在1998

2、年由日本钢管福善制铁所发表了该厂230t/h热轧步进式板坯加热炉使用蓄热式加热技术的节能降污效果，1999年3月日本钢管和日本工业炉株式会社因环境调和型蓄热式烧嘴加热系统的开发和应用获得最高科技奖大河内奖,蓄热式加热炉燃烧技术,随着我国国民经济的飞速发展，我国各行业工业炉窑的燃料消耗迅速增加，绝大多数工业炉窑的燃料消耗长期高于国际先进水平有害物的超标排放相当严重，世界10个环境污染最严重的城市，我国已占了7座。因此提高工业炉窑的燃料利用率和大幅度降低氮化物的排放量，已成为我国亟待解决的问题,蓄热式加热炉燃烧技术,目前由于能源和环境问题日益突出，要求各轧钢单位全面推行高效清洁生产技术，而高效蓄热

3、技术（简称HTAC式）目前世界上先进的燃烧技术，可以从根本上提高企业能源及用率，对低热值煤气进行合理利用，最大限度地减少污染排放，很好的解决燃油炉成本高、燃煤炉污染中的问题,蓄热式加热炉燃烧技术,2.前言,加热炉是轧钢生产能源消耗的主要设备, 在保证轧钢产品质量的同时, 如何降低加热炉的燃料消耗和减少环境污染, 是钢铁企业研究的重要课题之一。 由于加热炉烟气温度高达600900,带走的热量大为了节约能源,在上世纪的7080年代,大部分加热炉采用了余热回收装置来提高炉子的热效率。余热锅炉虽产生蒸汽供生产和生活用, 但加热炉的能耗并没有降低, 且由于锅炉体积庞大,检修不便,因而节能效果不佳,蓄热式

4、加热炉燃烧技术,90 年代初期, 很多厂家采用高效预热装置, 利用高温烟气预热助燃空气,使空气预热到350450,但通过空气预热器后的烟气仍在450500,将这部分热量排放掉也是一种浪费。在其后再用其预热煤气, 将煤气预热到150250,就能进一步降低排烟温度, 充分利用烟气余热, 提高加热炉效率。这种空气煤气双预热是一种高效的余热回收方式。对于燃油加热炉来说, 空气预热到一定温度后, 可以在预热器后安装余热锅炉或过热器, 产生过热蒸汽或热水用来预热液体燃料或供生产、生活用汽,达到降低排烟温度,提高加热效率的目的,蓄热式加热炉燃烧技术,这种预热装置有管式预热器、针状和片状预热器、辐射预热器。采

5、用预热器后,炉子热效率大大提高了。加热炉烟气余热回收, 虽然取得了很大的进展, 但也存在一些问题, 如空气、煤气预热器普遍没有清灰装置, 特别是烧重油的加热炉用的预热器, 长期运行在高温烟道中,烟尘较大, 如不经常清理, 会影响预热器的效果,达不到预期的目的,蓄热式加热炉燃烧技术,为了解决这些问题,充分利用加热炉烟气的余热, 进一步提高加热炉的热效率,大连北岛能源技术发展有限公司研制出了高效蓄热式余热回收系统,并在加热炉上应用,效果很好。如韶钢1997年7月投产的蓄热式加热炉,炉内空气煤气可预热到1100,排放废气温度仅130,这种炉子为全封闭的,热效率高,也不需要回收热能抚顺特钢公司500分

6、厂2# 炉于1993年8月结合大修,进行改造后,单耗由1879 m3/t 减少至285197m3/t,热效率由3185% 增至31149%,平均温度由58减少到9,节能率为85172%,装炉量增加一倍, 生产率提高30%。包头钢铁公司初轧厂新建2 座RCB 式长坑均热炉,使用高焦炉混合煤气,空气和煤气均预热到9001100,排烟温度低于150,与该厂原有长坑均热炉相比,节约燃料41%,产量提高了13%,减少基建投资200万元,蓄热式加热炉燃烧技术,欧美一些工业发达国家已建成了近500套RCB系统, 在钢的加热、退火及钢带的热处理中应用。日本从1985年左右开始研制这项工作, 他们多采用压力损失

7、少、比表面积大45倍的陶瓷蜂窝体作为蓄热体。我国研究应用起步较晚, 只有少数几座炉子采用, 效果都很好。因此, 研究应用蓄热式加热炉是节能降耗的一项重要工作,蓄热式加热炉燃烧技术,3.蓄热式燃烧(RCB 系统) 工作原理及系统组成,RCB系统由两个烧嘴、两个蓄热室、一套换向装置和相配套的控制系统组成(见图1)。模式A表示烧嘴A处于燃烧状态,烧嘴B处于排烟状态:燃烧所需空气经过换向阀,再通过蓄热室A,其预热后在烧嘴A中与燃料混合,燃烧生成的火焰加热物料,高温废气通过烧嘴B进入蓄热室B,将其中的蓄热球加热,再经换向阀后排往大气。持续一定时间后(如20s),控制系统发出换向指令,操作进入模式B所示的

8、状态,此时烧嘴B处于燃料状态,烧嘴A处于排烟状态:燃烧空气进入蓄热室B被预热,在烧嘴B中与燃料混合,废气经蓄热室A,将其中蓄热球加热后排往大气。持续与模式A过程相同的时间后,又转换到模式A过程,如此交替循环进行,蓄热式加热炉燃烧技术,图1蓄热式燃烧技术工作原理,蓄热式加热炉燃烧技术,3.1 蓄热烧嘴( RCB 烧嘴,RCB 烧嘴是成对安装使用的。烧嘴结构简单,也可以设计成一个燃烧通道, 如图2。这种烧嘴煤气由烧嘴头供入,进空气和排废气交替进行。由于烧嘴中温度很高,在排烟状态时需要对煤气喷管进行冷却,可在煤气入口处安装一低压空气入口。在实际使用时,一个烧嘴配备一个蓄热室,或者多个烧嘴共用一个蓄热

9、室,蓄热式加热炉燃烧技术,图2蓄热烧嘴示意图,蓄热式加热炉燃烧技术,3.2 蓄热室,蓄热室由耐火材料砌筑,内填耐火填料(填充球),如图3。 图3蓄热室示意图,蓄热式加热炉燃烧技术,蓄热室填充材质要求耐高温, 且密度高、导热系数高和比热容高。常见的有陶瓷、高纯氧化铝和耐火耐蚀钢。采用填充球作为蓄热体, 具有传热半径小、热阻小、导热性好, 以及流动性能良好和可方便地清洗、更换和重复使用等优点。蓄热室的几何特性对热交换影响不大, 而填充球直径与它在蓄热室中堆砌高度是两个重要参数。填充球直径越小, 蓄热能力越大, 但气体通过的阻力损失也越大。一般来说, 填充球直径约为1215 mm。蓄热室可容易地将空

10、气预热至1 000 或更高, 不仅节约燃料,而且提高燃烧温度。传统的蓄热室是蓄热砖格子,单位换热面积小, 蓄热室体积庞大且造价高昂,蓄热式加热炉燃烧技术,在近10 多年中, 蓄热技术有了较大的突破和发展,把蓄热室改为由陶瓷小球或碎砾填充的散料球床作为蓄热体。蓄热体比表面积达250mm 3,众多的小球将气流分割成很小的气流通道, 形成强烈的紊流区, 有效地冲破了蓄热体表面的附面层。球径小, 传热半径小, 热阻小, 致密度高, 导热性好。实验表明:高温烟气经蓄热体后, 在很短的行程(500 600mm ) 内可将烟气中90% 的热量吸收, 能将近似于炉温的烟气降至150 以下排出。蓄热体体积小,

11、小球流动性能良好, 即使积灰后阻力增加, 也可很方便地更换、清洗, 并可重复使用。蓄热室具有预热温度高、使用寿命长、没有漏气问题和价格便宜等优点,蓄热式加热炉燃烧技术,3.3 换向装置(换向阀,换向装置是RCB 系统中重要的组成部分,其工作可靠性将直接影响到加热炉的工作性能。换向装置与蓄热室、加热炉的示意关系如图4。蓄热式加热炉常见的换向装置有四种, 其工作原理如图5,蓄热式加热炉燃烧技术,图4换向装置与蓄热室、加热炉示意图,蓄热式加热炉燃烧技术,图5换向原理示意图,蓄热式加热炉燃烧技术,图5 (a) 是采用独立的快速截断阀进行换向。这种方法安全可靠, 还可实现烧嘴自由组合配对,缺点是阀体较多

12、, 阀位控制回路复杂。图5 (b) 采用四通切换阀(CEM ) , 图5 (c) 是采用双位五通阀进行换向。这两种方式阀位控制方便, 一对蓄热室只需安装一套换向阀。当炉子废气中含有腐蚀性污染物时, 换向阀应采用镀镍或不锈钢材料。图5 (d) 是利用气体引射原理进行换向, 这种方式只需一台鼓风机, 适合鼓风量小、气体阻力损失小的场合使用。换向机构可在2 3 s 内同时实现空气、煤气和烟气换向动作。由一套专门控制系统来实现, 它具有定温换向、定时换向、超温报警、程序动作和自动保护等一系列功能。由于废气进入换向阀时温度已经很低(150 200 ) ,因而换向阀无须采用贵重的耐热材料,蓄热式加热炉燃烧

13、技术,3.4 控制系统,RCB 系统的控制包括炉温控制和换向控制两部分。换向控制独立于炉子其他控制回路, 采用定时(如20 s) 和定温(如150 ) 双控制方式, 优先采用定温控制逻辑。为保证安全运行, 在换向瞬间关闭煤气, 待换向操作完成后再打开煤气, 避免煤气与烟气中残氧相遇或与助燃空气“串气”而引起爆炸,蓄热式加热炉燃烧技术,4.蓄热式加热炉的优点,蓄热式加热炉是一种高效、节能、低污染的新型火焰炉, 集换向式燃烧和蓄热式余热回收及电子自控系统为一体, 结构新颖、技术指标先进,与传统的采用换热器预热空气的燃烧技术相比,具有下列优点,蓄热式加热炉燃烧技术,1烟气余热回收率高, 空气预热温度

14、高, 节能量大 由于蓄热室换热量大, 换向时间很短, 使得空气预热的温度效率可达85% 90% , 烟气的余热回收率可达75% 以上, 燃料节约率在42% 65% 间, 烟气排放温度低, 仅150 200 。 2火焰温度高, 炉内温度分布均匀 由于空(煤) 气预热温度高, 促进了燃烧过程中碳氢化合物的裂解, 增加了火焰的亮度和刚性, 也提高了燃烧温度和强化了炉内对流和辐射传热。因为频繁换向、交替燃烧, 炉内高、低温区交替出现, 火焰长度方向上温差相互抵消, 这使得炉气的温度分布均匀, 炉内温差小于5, 从而提高了加热质量,蓄热式加热炉燃烧技术,3有利于环境保护 由于燃料消耗量的减少, 从总量上

15、即可直接减少有害物(SO 2、NO x ) 的排放, 而且当采取一定的措施(如二次燃烧、炉气再循环等) , 亦可实现低NO 2燃烧。同时, 因无高温管道, 炉体轻, 蓄热损失小, 现场环境亦大大改善。 4便于燃烧控制 因炉子热效率是蓄热室热效率的函数, 而蓄热室的热效率随空气消耗系数的变化的波动很小(据报道, 空气消耗系数每增加10% 20% , 炉子热效率只降低015% 左右) , 故在对炉内气氛没有特殊要求时, 该种加热炉的炉温控制较为简单, 甚至只通过调节燃料供应量就可控制炉温,蓄热式加热炉燃烧技术,5结构紧凑, 基建投资小, 上马快 由于填充球具有很大的比表面积,传热系数高, 所以蓄热

16、室单位体积的换热量很大,故以较小的蓄热室便可回收足够的热量。RCB统集燃烧热交换、排烟功能于一体,避免了地下烟道、换向器和热风管道以及昂贵的烟囱; 若是旧炉改造,其工程量也不大,基建投资小,上马快。工程造价较低,投资回收期不超过一年,蓄热式加热炉燃烧技术,5.蓄热式加热炉的前景与开发应用,以长钢连轧厂为例，现长钢连轧厂加热炉122m2,燃油三段加热炉，小时产量为6t/h,燃料油为煤焦油，吨钢油耗为45kg/t,焦油价格为1350元/t,年需焦油费用1822万元。如果改为纯燃高炉煤气蓄热式加热炉，在炉子尺寸不变的情况下，小时产量可达到80t/h，煤气价格按0.015元/m计，年需费用200万元。

17、改造投资约需680万元，则年增效益942万元，同时可大大减少高炉煤气放散，改善环境,蓄热式加热炉燃烧技术,我国钢铁企业锅炉煤气放散率为13.72%，如果将放散煤气全部利用，节约260万t标煤。采用高效蓄热技术后，我国将有一批燃煤炉，燃油炉淘汰，可实现轧钢加热炉的高效、低耗和清洁生产，生产成本可大大降低，提高产品竞争能力，彻底改变钢铁企业的能源结构，带来一次轧钢加热的燃料结构革新,蓄热式加热炉燃烧技术,武汉院开发蓄热式燃烧技术是以高炉煤气作为突破口的，并在海鑫钢铁集团公司棒材厂的加热陆上率先实现了该技术。高炉煤气作为钢铁工艺的副产品，产生的煤气数量十分巨大，但作为低级能源，其使用价值受到限制，利

18、用率不高。除高炉热风炉使用部分高炉煤气外，大部分都需要与发热值较高的叫炉煤气进行混合后在共其他用户使用，同时由于焦炉煤气普遍紧张的原因，造成高炉煤气大量放散。不但浪费能源，还造成环境污染。全国每年由于高炉煤气放散所造成的经济损失已超过20亿人民币，节能潜力和社会效益非巨大,蓄热式加热炉燃烧技术,如果该燃烧技术应用于石油行业也将会有显著的效果，现以加热原油为例。 被加热原油质量m =14t/h，=30,采用混合煤气作燃料（低发热值 =8360 kJ/）,空气和煤气双预热（效率 =81.02%）。 加热原油所需的热量： 原油比热容： c = 上式中: c 比热容，kJ/(kg) 原油15的相对密度 t 原油温度,蓄热式加热炉燃烧技术,原油的比热容在1.62.5kJ/(kg)之间，粗略计算可取 c = 2 kJ/(kg)。 则加热原油所需的热量 Q = = = kJ/h 所需煤气的量： = =124 /h 查得混合煤气价格为：0.3元/m3故所需成本为124 0.3=37.2元/h,蓄热式加热炉燃烧技术,一套加热设备（加热炉或热媒炉）输送原油14吨/时 由比较可知烧煤气比烧原油每小时节省71.73-37.2=34.53元。而且，煤气具有运输方便，污染少等优点。因此，烧煤气比烧原油和煤更具优势,表1 原油与煤消耗及成本对比,蓄热式加热炉燃烧技术,6. 结语,蓄热式加