高线节能经济型加热炉的研究与应用

1、高线节能 经济型加热炉的研究与应用 提纲提纲 项目项目概述概述 1 改造内容改造内容 2 技术特点和技术特点和先进先进 性性 3 效果分析效果分析 4 存在问题和改进措施存在问题和改进措施 5 推广应用情况推广应用情况 6 效益分析效益分析 7 结结 论论 8 1 1 项目概述项目概述 整体装备水平低 金属回收率非常低 成品轧制速度低 品种规格单一 产品质量不稳定 自动化控制水平低 高速线材高速线材 生产线生产线 年产50万吨 提高生产效率 提高产品质量 降低生产成本 节能降耗 环保生产 易易 地地 改改 造造 步进梁式步进梁式 加热炉加热炉 加热能力125 t/h 步进梁式 节能降耗 环保生

2、产 中冶华天工业炉 公司总承包 2008年3月竣工 配套配套 淘汰项目淘汰项目新建新建项目项目 韶钢复二重韶钢复二重 生产线生产线 1 1 项目概述项目概述 原原 加加 热热 炉炉 存存 在在 问问 题题 n 炉子额定加热能力53t/h，轧线具备70 t/h以上的轧制能 力，加热能力严重不足，必须强化加热，在煤气热值不足 时，甚至需掺烧重油，部分烧嘴采用油气混烧，导致燃料 成本增加。 n 由于强化加热，坯料烧损大，断面温差达到50以上， 不利于轧机生产；同时由于强化加热，烧嘴燃烧性能差， 不完全燃烧热损失和烟气带走热损失增加。 n 水梁结构及布置不合理，纵水梁为140mm（宽）160mm( 高

3、)矩形厚壁管（厚度20 mm），相比二高线纵水梁采用双 水管（10818 mm）和错位梁技术，存在问题是管底比高 ，因而水冷热损失大，同时存在坯料水管黑印现象严重的 问题，坯料水管黑印温度低约50100，导致轧制工艺 故障多、轧制中间废多。 1 1 项目概述项目概述 原原 加加 热热 炉炉 存存 在在 问问 题题 n 装出料方式：采用端进侧出，端进料、铬刚玉砖出钢 槽侧出料的步进梁式加热炉，坯料靠侧炉门出钢机出钢 ，相比于炉内悬臂辊道侧进料、炉内悬臂辊道侧出料方 式，炉体密封性差，散热损失大。 n 炉底机械为杠杆托轮式，受出钢节奏要求步进周期25 秒，液压系统设计不完善，不能实现步进梁“慢起慢

4、停 ”、“轻托轻放”，由于撞击而使水冷梁的绝热层遭受 破坏及擦伤炉内坯料，也会使氧化烧损增加。同时由于 液压系统设计原因，漏油故障多。 2 2 改造内容改造内容 改造内容改造内容2.1 加热炉的选型加热炉的选型2.2 设计条件和参数设计条件和参数2.3 2.12.1 改造内容改造内容 加热炉液压及润滑设备加热炉液压及润滑设备 加热炉燃烧系统设备加热炉燃烧系统设备 加热炉排烟系统设备加热炉排烟系统设备 加热炉本体设备加热炉本体设备 加热炉三电控制设备加热炉三电控制设备 加热炉土建加热炉土建 加热炉区域的所有机械设备加热炉区域的所有机械设备 改造内容改造内容包括上包括上 料台架至出炉辊料台架至出炉

5、辊 道前及烟囱的所道前及烟囱的所 有加热炉设备、有加热炉设备、 设施及其供电或设施及其供电或 自动化控制自动化控制。 2.2 2.2 加热炉选型加热炉选型 加热炉的选型加热炉的选型 对比对比 进行进行 分析分析 蓄热式步进梁加热炉蓄热式步进梁加热炉 l轧钢工艺要求钢坯头、尾部比中间温度高 3050，采用炉顶平焰烧嘴的常规步进梁式 连续加热炉，具有有效的控制手段进行温度控制， 能满足轧钢工艺要求。 l加热炉日常维修量小，作业率高。 l以高炉、焦炉和转炉的混合煤气为燃料满足高 速线材生产线轧钢要求。 l常规步进梁式连续加热炉相对蓄热式步进梁连 续加热炉来说，维修费低约50%。 l常规加热炉单耗指标

6、与蓄热式加热炉的单耗指 标相当。 常规步进梁式加热炉常规步进梁式加热炉 分析得出分析得出 炉型确定为常规步进梁式连续加热炉炉型确定为常规步进梁式连续加热炉 l蓄热式步进梁连续加热炉在钢坯长度方 向的温度控制难满足轧钢工艺要求。 l蓄热式加热炉日常维修量大，维护费用 高。 l蓄热体的使用寿命问题，一般每半年左 右要停炉对蓄热体进行更换，降低了加热 炉的作业率。 l蓄热式加热炉受炉温波动大影响，炉体 易产生裂纹、寿命短，排烟管道易产生低 温腐蚀。 炉炉 子子 类类 型型 l步进梁式连续加热炉，步进机构采用全液压双轮斜轨式； 采用带插入件金属管式换热器预热助燃空气，达到节能降 耗的目的。 l加热炉进

7、出料方式：炉内辊道侧进料、炉内辊道侧出料。 进出料进出料 方方 式式 加加 热热 能能 力力 l额定加热能力：125t/h（最大加热能力：140t/h）。 l钢坯入炉温度：常温。 钢坯入钢坯入 炉温度炉温度 钢坯加钢坯加 热温度热温度 l钢坯加热温度：10501150。 2.32.3 设计条件和参数设计条件和参数 加加 热热 钢钢 种种 l普通碳素结构钢：代表钢号：Q195 、Q235； l优质中碳结构钢：代表钢号：45#、65#； l低合金钢：代表钢号：30MnSi、HRB400； l焊条钢：代表钢号：H08A； l冷墩钢：代表钢号：SWRCH8A。 l坯料规格m，

8、最短坯料8000mm； l钢坯弯曲度 10mm/m，全长100mm； l钢坯断面尺寸精度 5mm； l钢坯长度尺寸精度 +80mm； l连铸坯其它技术条件执行YB/T154-1999或YB2011标准。 坯坯 料料 要要 求求 2.32.3 设计条件和参数设计条件和参数 加热质加热质 量要求量要求 l钢坯任意断面温差：30 ； l头、尾部比中间温度高：3050； l氧化烧损：0.7%。 l燃料种类：高、焦、转混合煤气； l燃料低发热值：18004.186 kJ/m3； l压力：68 kPa。 加热炉加热炉 燃燃 料料 温温 度度 控控 制制 l为增加温度控制调节的灵活性，采用六段温度控制。 l

9、炉底管冷却方式：考虑到蒸汽发电的配套项目未上和节省 工程投资两个方面原因，采用开式水循环冷却方式，水循 环利用率达到97%以上。 冷冷 却却 方方 式式 2.32.3 设计条件和参数设计条件和参数 3 3 技术特点和先进性技术特点和先进性 3.1炉内悬臂辊道式加热炉 3.3 合理布置不同烧嘴 3.5 设置空气换热器 3.2 全平炉顶结构 3.4 配置合理的燃烧系统 技技 术术 特特 点点 和和 先先 进进 性性 3.6 大跨距步进梁立柱和水管纵梁结构大跨距步进梁立柱和水管纵梁结构 3.7 梁采取全错位技术梁采取全错位技术 3.8 优化设计的整体浇注 3.9 三电一体化加热炉自动化系统 3.10

10、 高效全液压驱动系统优化 3.1 3.1 炉内悬臂辊道式加热炉炉内悬臂辊道式加热炉 l采用高产、低耗、自动采用高产、低耗、自动 化程度高、生产灵活、化程度高、生产灵活、 炉内悬臂辊道侧进料、炉内悬臂辊道侧进料、 炉内悬臂辊道侧出料的炉内悬臂辊道侧出料的 步进梁式加热炉步进梁式加热炉。 l原四轧厂为：端进料、原四轧厂为：端进料、 铬刚玉砖出钢槽侧出料铬刚玉砖出钢槽侧出料 的步进梁式加热炉的步进梁式加热炉。 炉内悬臂辊道炉内悬臂辊道 式加热炉式加热炉 3 3.2 .2 全平炉顶结构全平炉顶结构 l全平炉顶结构，炉型结构简单，均热段与加热段之间设置“U” 型压下结构，便于控制各段炉温和炉压；下加热炉

11、尾的隔墙，可 有效减少排烟口的“黑洞”效应。 全平炉全平炉 顶结构顶结构 加热炉炉体截面图加热炉炉体截面图 3.3 3.3 合理布置不同烧嘴合理布置不同烧嘴 炉顶采用辐射能力强、炉温均匀的 平焰烧嘴。 合理合理 布置布置 不同不同 烧嘴烧嘴 加热炉下部采用大调节比、燃烧完全、 环保节能的火焰可调低氧化氮烧嘴。 3.3 3.3 合理布置不同烧嘴合理布置不同烧嘴 平焰烧嘴 l煤气平焰烧嘴用于加热炉炉顶， 煤气由顶部引入烧嘴内管，经 导流片使气流旋转，然后从烧 嘴头成一定角度喷出。空气由 侧部进入烧嘴外管，经切向布 置的导流孔后，旋转的气流在 烧嘴头部与旋转的煤气气流混 合燃烧，由于贴附效应，气流

12、沿特殊设计的烧嘴砖内壁向四 周铺展，从而形成贴附于炉顶 的一层平焰。 图图2 平焰烧嘴实物图平焰烧嘴实物图 图图1 平焰烧嘴示意图平焰烧嘴示意图 3.3 3.3 合理布置不同烧嘴合理布置不同烧嘴 火焰可 调低氧 化氮烧嘴 l煤气调焰烧嘴用于加热段炉下部。空气由中心、一次旋转风 和外围二次风三处引入，中心风是保证烧嘴在低流量的条件 下使用，能保持火焰的刚性，调节中间风和外围风的比例， 可改变火焰的长度，从而可调节炉宽上温度分布的均匀性。 火焰可调低氧化氮烧嘴示意图火焰可调低氧化氮烧嘴示意图 3.4 3.4 配置合理的燃烧系统配置合理的燃烧系统 n 配置合理的燃烧系统，采 用合理的热负荷分配，使加

13、 热炉能快捷地实现各种不同 的加热制度，升温快，炉温 均匀，可完全满足多种钢坯 的加热要求，并能有效地控 制钢坯的氧化烧损。 占配备量占配备量 比例比例(%) 上均左右 平焰烧嘴 上均中 平焰烧嘴 下均左右 亚高速烧嘴 下均中 亚高速烧嘴 上加 平焰烧嘴 下加 低氧化氮调焰烧 嘴 配置合理的燃烧系统配置合理的燃烧系统 3.4 3.4 配置合理的燃烧系统配置合理的燃烧系统 烧嘴的型式及供热能力表烧嘴的型式及供热能力表 项目项目烧嘴形式烧嘴形式 烧嘴数量烧嘴数量 （个）（个） 烧嘴能力烧嘴能力 (m(m3 3/h)/h) 占配备量占配备量 比例比例(%)(%) 上均左右上均左右平焰烧嘴平焰烧嘴16

14、16160 x16=2560160 x16=25609.39.3 上均中上均中平焰烧嘴平焰烧嘴1616160 x16=2560160 x16=25609.39.3 下均左右下均左右亚高速烧嘴亚高速烧嘴4 4800 x4=3200800 x4=320011.611.6 下均中下均中亚高速烧嘴亚高速烧嘴4 4800 x4=3200800 x4=320011.611.6 上加上加平焰烧嘴平焰烧嘴2424300 x24=7200300 x24=720026.226.2 下加下加 低氧化氮低氧化氮 可调烧嘴可调烧嘴 8 81100 x8=88001100 x8=880032.032.0 合计合计7272

15、2752027520100100 3.5 3.5 设置空气换热器设置空气换热器 设置空气换热器，将助燃空气预热到550，充分回收出炉烟气热量， 节约燃料消耗。 在烟道内设置2组2行程金属管状换热器，用于预热助燃空气，可以将助 燃空气预热到500550 ,回收废气余热。 换热器管组内带螺旋状插入件，一方面增加了传热面积，另一方面由于 产生了连续不断的涡流，在离心力的作用下，管中心的空气与壁面边界 层的气体可充分混合，从而减薄了层流底层，强化了对流传热，同时降 低了管壁温度。 空气换热器空气换热器 3.5 3.5 设置空气换热器设置空气换热器 利用工业炉排放的烟气余热对助燃空气或煤气进行加热的装置

16、称为换热器。 由炉内排出的烟气温度一般在600900，约占供入炉内热量的30%60%， 回收这部分热量以预热空气或煤气，可以提高燃料的理论燃烧温度，保证 必须的炉温以加快升温速度，并显著节约煤气消耗。 原四轧厂采用喷流式空气换热器，它存在空气阻力损失大的缺点，而采用 带螺旋状插入件金属管状换热器可克服原喷流式空气换热器空气阻力损失 大的缺点，并具有优越的综合热工性能。 根据排烟温度的不同，空气换热器管组的材质在低温段采用碳钢管或碳钢 管渗铝，高温段管组全部或前数排采用不锈钢管。这种带插件金属管状换 热器，传热系数高，在同样预热温度下，换热面积小、管壁温度低，施工 安装方便，使用寿命长，不易积灰

17、。为防止高温侧管组的损坏，当热风温 度超温时，将报警并自动打开热风放散阀，对换热器进行保护。 3.5 3.5 设置空气换热器设置空气换热器 3.5 3.5 设置空气换热器设置空气换热器 带插件金属管状换热器参数带插件金属管状换热器参数 序号序号项项 目目单位单位计算值（额定）计算值（额定） 1预热空气量预热空气量m3/h36250 2烟气量烟气量m3/h52360 3空气进换热器温度空气进换热器温度常温常温 4空气预热温度空气预热温度550 5烟气进换热器温度烟气进换热器温度700750 6烟气出换热器温度烟气出换热器温度400 7空气侧阻力损失空气侧阻力损失Pa3800 8烟气侧阻力损失烟气

18、侧阻力损失Pa200 3.6 3.6 大跨距步进梁立柱和水管纵梁结构大跨距步进梁立柱和水管纵梁结构 n采用大跨距步进梁立柱和双水 管纵梁结构，从而大大减少立柱 数量，缩小水冷面积；减少炉底 开孔，增加炉底的辐射面积；由 于采用较小管径的双水管纵水梁 结构、使得纵水梁对钢坯的遮蔽 效果减少；对支承梁及其立柱采 用耐火纤维毡与自流浇注料双层 绝热结构进行绝热，以减少冷却 水的吸热损失和冷却水的用量。 大跨距步进梁立大跨距步进梁立 柱和水管纵梁结构柱和水管纵梁结构 n水梁采取全错位技术，即在加热炉的出料端（均热段）设有5根固定梁和4根步进梁，而 在装料端设有4根固定梁和4根步进梁。前后水梁错位300

19、mm。坯料在加热段形成的水管 黑印在进入均热段后由于水梁位移而脱离滑道，黑印逐步消失，而坯料在均热段滑道还 尚未形成明显的黑印即准备出炉。采用直线滑道的坯料黑印温差为4050，采用错位 梁后坯料黑印温差可减少1520。采用错位梁技术和高温段水梁采用骑卡安装的高合 金耐热垫块，有效减少钢坯的水管黑印，显著提高产品的轧制精度和机械性能的均匀性。 梁采取全错位技术梁采取全错位技术 3.73.7 梁采取全错位技术梁采取全错位技术 图图1 1 水梁全错位技术水梁全错位技术 3.8 3.8 优化设计的整体浇注优化设计的整体浇注 l采用优化设计的整体浇注、带复合层的炉墙 结构，加强炉子砌体的绝热，减少散热损

20、失； l加热炉砌体外表面温度应符合工业炉窑保 温技术通则B/T16618中的规定要求； l合理配置炉子两侧操作及检修炉门，结构设 计做到开启灵活，关闭严密，减少炉气外溢 和冷风吸入的热损失； l详见下图。 优化设优化设 计的整计的整 体浇注体浇注 3.8 3.8 优化设计的整体浇注优化设计的整体浇注 3.8 3.8 优化设计的整体浇注优化设计的整体浇注 3.9 3.9 三电一体化加热炉自动化系统三电一体化加热炉自动化系统 l配备先进、完善的三电一体化加热炉自动化系统，集中控制管理加 热炉各系统和过程，包括实现燃烧自动控制和坯料自动跟踪等功能。 l六段的炉温控制均由交叉限幅燃烧控制系统来实现，每

21、个炉温段设 有热电偶，在线检测炉温。 l燃烧控制系统还根据最大加温速率对温度控制器输出值进行限制， 以免过热，该控制系统中，引入了流量系数的修正和热空气流量温 度补正，以提高控制精度。 l设置烟道残氧检测仪，确保严格的空燃比和合理的炉压等控制，使 热损失减少到最少。 自动自动 化系统化系统 六段的六段的 炉温控制炉温控制 燃烧控燃烧控 制系统制系统 设置设置残残 氧检测仪氧检测仪 l在加热炉装料端及出料端分别设置1套炉内内窥型高温工业电视，以 代替人工现场观察、极大地改善工人的工作条件、提高工作效率。 安装工安装工 业电视业电视 3.10 3.10 高效全液压驱动系统高效全液压驱动系统 高效全

22、液压驱动系统优化高效全液压驱动系统优化 p步进机构采用高效全液压驱动系 统，可降低装机容量节约电耗。 p系统采用变量泵与比例阀以及配 套的行程检测与控制装置，步进 梁升、进、退及开始托起与放下 钢坯时均以低速运行，实现“慢 起慢停”、“轻托轻放”以避免 由于撞击而使水冷梁的绝热层遭 受破坏及擦伤炉内坯料。 4 4 效果分析效果分析 煤气综合利用技术实现清洁生产和循环经济。 l 加热能力能满足产品大纲中各种钢种的加热要求。 l 解决了原复二重生产线加热炉加热能力（额定加热能力53 t/h）严重不 足的的问题，为提高轧机产量创造了必要条件。 l 加热炉能耗降低，产品单耗由原来的1.74GJ/t降低

23、至现在的1.18GJ/t。 l 加热质量得到明显改善，出钢温度可适当降低，因此钢坯在炉内氧化 烧损明显降低，烧损率由原来的约1.3%降低至现在的约0.7%。 l 加热质量明显改善，轧制中间废减少，使成材率提高约0.3%，加上氧 化烧损降低0.7%，因而使综合成材率提高约1% l 实际综合成材率由原来的2007年的96.4%提高至2009年的98.2%，即综 合成材率提高约1.8% ，因而加热炉贡献率占55.5%。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 加热能力（t/h）煤气单耗（0.01GJ/t)氧化烧损（0.01%）综合成材率（%） 四轧 高二线 4 4

24、 效果分析效果分析 5 5 存在问题和改进措施存在问题和改进措施 炉底管冷却方式没炉底管冷却方式没 用采用气化冷却用采用气化冷却 3 21 存在 问题问题 考虑到蒸汽发电的配套项目 未上和节省工程投资两个方面 原因，采用开式水循环冷却方 式，没有采用节能效果更好的 汽化冷却方式，原因是配件供应 稳定性差。 短尺坯生产跟不上生产节奏短尺坯生产跟不上生产节奏 根据短尺坯出钢节奏快的 特点，强化生产组织，尽 量减少短尺坯生产对产量 的影响。 根据短尺坯在炉内的布料 特点，优化加热操作，尽 量提高炉子热效率。 上料系统不适应钢坯热送上料系统不适应钢坯热送 考虑到热送热装m规格

25、 坯料易弯曲的问题，没有 采用坯料热送热装节能技 术。 对上料系统进行技术改造。 6 6 推广应用情况推广应用情况 p特棒加热炉在燃烧控制方式上做了改进，采用比例和数字化脉冲燃烧控制 相结合方式，即上下一加热段、上下加热段采用脉冲燃烧控制，上下均热 段采用改进型双交叉限幅连续燃烧控制，炉温控制精度和炉温响应性更好， 能在满足加热质量的前提下提高产量、降低烧损和节约燃料，同时可提供 灵活的加热制度，满足不同钢种的钢坯加热工艺要求。 p特棒加热炉炉底水梁、立柱采用汽化冷却，有效防止水梁立柱内壁结垢， 提高梁、柱的使用寿命，在烟道内设置蒸汽过热器，可产生300的过热 蒸汽送外部管网供发电用。 p特棒加热炉采用了坯料热送热装节能技术，坯料在火车输送过程中采用保 温箱，在特棒原料跨准备建设12座带电动平移盖的保温坑。 多项节能技术的综合运用使高线加热炉取得了很好的节能效多项节能技术的综合运用使高线加热炉取得了很好的节能效 果，已在韶钢特棒加热炉上推广应用，并做了针对性改进。果，已在韶钢特棒加热炉上推广应用，并做了针对性改进。 7