加热方式改变节能效果明显

1、加热方式改变 节能效果明显摘要：本文通过对有色金属管棒材拉伸夹头制作热加工环节上的加热炉设备，从节能、效率及安全等方面进行详细的分析和比较，改造了加热炉的结构和控制方式，采用了天然气火焰环绕制品直接加热方式，替代原有煤气辐射加热方式，收到了明显效果。This paper through analyzing and comparing the energy conservation, efficiency and safety of the Furnace Equipment ,which belong to the part of furnace thermal processing equi

2、pment of non-ferrous metal pipe clamp rod , then to transform the structure and control the heating furnace, and adopt gas flame to conduct heating and replace the original gas , finally it receive a significant effect.关键词：拉伸夹头、煤气、天然气、节能1、概述在有色金属管棒材生产的拉伸工序中，对于非标准化且规格变化较多的坯料，首先要对端部进行加热锻造，以便使坯料顺利进入模具。

3、坯料端部加热炉（可以认为是一种特殊锻造用炉），过去采用的是煤气燃烧辐射加热的方式，较浪费能源，生产效率低，还不安全。现在改用天然气燃烧火焰环绕制品直接加热结合辐射加热的复合加热方式，不但节能，生产效率也高，而且也消除了一些安全隐患。本文将对具有相同功能的煤气加热炉与改造后天然气加热炉两种炉型，从结构、节能、安全等有关问题进行分析比较。2、改进前采用端部煤气加热炉设备状况分析某厂原端部燃气加热炉，结构较大，热源采用的是城市煤气，热值约3350 Kcal/Nm3，助燃采用的是压缩空气。设备主体结构是一个具有保温层L型开口的箱体结构，下部安装四只并排与水平线成30夹角向上燃烧的煤气、空气混合烧嘴，加

4、热时制品水平摆放于炉台上，火焰倾斜向上直接对产品端头进行烘烤加热。原端部燃气（煤气）加热炉设备基本结构见图1：经过多年的生产实践发现该加热炉存在以下一些问题：2.1结构不合理，能源利用率低，浪费严重，生产成本高。该加热炉采用的加热方式为燃烧煤气辐射加热法，由于管棒材制品摆放的结构需要，炉体采取L型敞口的方式，由于生产现场具有足够的空间，该炉体的烟气通过L型敞口排放，L型敞口长边长度2200mm、短边长度800mm、空间高度300mm，敞口结构大，炉体以粘土砖结合高铝保温棉的保温材料结构，造成生产期间出现散热多、保温差的热能浪费现象。传统的操作方式是利用炉体较大的台面进行制品批料端部加热（见图示

5、的摆放形式），由于生产不连续，生产效率低，并且由于城市煤气加热时烧嘴火焰温度高、压力大，造成热能大部分被喷射到炉体外部，制品加热时间长，容易导致化料事故的发生。图1：原端部燃气（煤气）加热炉设备基本结构1烧嘴、 2燃气入口、3压缩空气入口、4烧嘴砖、5炉体上部、6待加热制品、7炉体下部经过对该加热炉近5年来的用能和产能统计分析，平均每月制品通过约120吨，每吨产品消耗煤气为145立方米，按照当时厂内价格1.45元计算，每月消耗燃气费用2.1025万元。通过对铜及铜合金的比热容核算，在制品加热过程中，煤气燃烧发生的热能利用率不到3%，远远低于开放式结构锻造用燃气加热炉热效率大于5%40%的标准范

6、围。因此可以认定大部分燃料是被白白浪费掉了，造成工序生产成本过高。2.2存在安全隐患：炉体结构简单，安全设施不健全。点火时采用人工点火，点着可燃物放在炉膛内，手动打开空气阀门后，再打开煤气阀门，使煤气点燃。在点火时，由于操作不慎(如可燃物熄火)或操作顺序不正确，已多次出现过已多次出现过燃气爆燃导致人体烧伤事故。 2.3生产效率低。近几年该厂管棒材产品产量不断提高，此结构的拉伸夹头加热炉已满足不了现在生产需求，因此改造加热炉的工作势在必行。3、改造后的端部天然气加热炉 3.1 端头天然气加热炉设备主体：设备的组成：L型单边活动门开口炉体、1个助燃风机，2只高速烧嘴， 1个测温热电偶、天然气电磁阀

7、、天然气球阀、供风球阀、流量计、控制箱以及相应的管道等组成。 炉体结构特点:保温材料采用含锆折叠块、可塑浇注料和耐火砖有机结合组成，结构紧凑、炉膛空间合理。L型敞口长边长度700mm、短边（活动挡火门）长度500mm、空间高度200mm， L型敞口结构改进后，保温效果明显改善。炉子升温快、保温效果好，热损失小。在管棒材制品端部加热过程中，制品端部快速烧到温度，处于炉体之外制品其余部分温度还未上来，便于操作工手持操作。同时在炉体下侧设计有清渣结构，对于在操作失误情况下导致的化料现象，一旦停炉可快速打开侧部护板清理烧化的制品渣体。同时该燃气加热炉作为一种锻造用敞开式结构的炉体，是特殊工序专用设备，

8、具有非长期连续作业的特点，并且安装现场环境具备足够大的空间，允许相对洁净的烟气排放厂区内部，环境也不会产生较大的温升或污染，因此简单化处理该炉烟气问题，即充分利用敞口一侧的结构，该敞口不仅用作制品加热的通道，也用作烟气排放出口，这样的话就能够将燃气所产生的热能最大化用到需加热的制品上。改进后端部天然气加热炉的结构见图2 图2 改造后端部燃气（天然气）加热炉的结构图1手动蝶阀、2高速烧嘴、3流量计、4电磁阀、5球阀、6风机、7点火器、火检器、8待加热制品3.2高速烧嘴结构及特点：采用德国霍科德高速圆形耐火砖烧嘴，型号BDG 215 108.0kw， 该烧嘴的特点：高速圆形耐火砖烧嘴具有火花塞直接

9、点火、火焰检测、专为出口火焰温度均匀设计的一体式空气导流板、长寿命的高温不锈钢火焰稳定器、方便燃烧设置和调整的一体式空气入口设计和为降低管道温度及氮化物排放量的阶段式气流设计等结构特点，烧嘴工作时利用强烈的燃烧气体重复循环，可有效提高热效率，改善温度分布的均匀性，并显著降低废气的排放。在该炉体上，采用两只高速烧嘴倾斜交叉布局，燃烧时火焰或高温烟气射流运动，以及由交叉火焰引起的高温气体间流、高速回旋运动形成定向热辐射传热，燃烧充分，高温炉气集中在制品表面附近，对制品有较强的热辐射，提高了炉温的均匀性和热效率，制品端头区域成为炉膛中的高温区，是最直接高速的辐射加热方式。从而提高了加热质量，缩短了加

10、热时间，并显著降低了污染物排放量。 图3 天然气烧嘴安装结构图设计天然气加热炉，所有功率是都是基于高发热值为9,199Kcal/Nm3,比重为0.59kg/ m3 的天然气。空气燃气标准比例为9.74:1。型号BDG215烧嘴发生的火焰 ：直径 76mm，长度 610mm，火焰的结构适应制品上下回旋循环加热结合辐射加热的复合加热方式。烧嘴安装结构图见图3。3.3端头天然气加热炉主要控制功能与特色主要控制功能包括：助燃风机启停控制，高速烧嘴燃烧控制。供风系统由一套独立风机系统组成，电机功率为5.5KW，采取直接启动的方式控制。高速烧嘴采用天然气作为燃气介质，可输出小火一段火焰。每个烧嘴配有一个烧

11、嘴控制器IES258，一只点火变压器，一只点火棒和一只火检电离棒。两只烧嘴支路上各配一个手动调节阀，以便调节火焰状态。IES258烧嘴自动控制器是一种直接启动和检测烧嘴运行的控制器，用于控制烧嘴的点火和火焰检测，采用电离式火焰检测方式，点火和火焰检测通过一根电极完成，可直接测量火焰电流，可实现火焰熄灭后重新点火或锁定报警两种模式。烧嘴控制器有三种操作模式，分别为“点火”、“停止”、“复位”，由控制箱上模式旋钮进行选择。烧嘴“点火”档：烧嘴控制器接收点小火信号进行点火。烧嘴“停”档：中断点火过程，使烧嘴处于停止状态 烧嘴“复位”档： 当烧嘴点火不成功后，烧嘴熄火指示灯亮起报警，需重新点火。即将置

12、于“复位”，再重新置于“点火”进行再次点火尝试。设备需要点火时，首先手动设定好燃气和空气的量，然后通过烧嘴控制器对烧嘴进行点火。确定点火时燃烧器处于低火状态，（最少的空气和燃气流量）。当所有的燃烧器都被点燃后，将助燃空气调大到高火状态，结合生产节奏进行加热调整，找出最佳用能点。4、端部燃气加热炉效益分析4.1端头加热过程热效率的分析4.1.1金属棒材制品端部加热时的热值计算：工艺要求及条件：制品加热的做头长度距离200300mm，直径范围在在31120mm，生产效率为5080根/小时。选取典型产品，工艺条件为：黄铜Hpb59-1棒材，规格663500 ，端部加热温度为580630，取中间温度6

13、00，加热长度取300mm，生产效率65根/小时。单根产品端头需加热部分的重量为：G=d2l/4=0.660.663.1438.9/4=9.13kg按照比热容的定义：比热容是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量。可以得知，制品加热温度升高时吸收的热量为：Q=(T2,T1）CdT=m(T2,T1）cdT即：Q=cmTQ为吸收的热量；c是物体的比热容，m是物体的质量，T是吸热后物体温度所上升值。根据机械工程师简明手册我们可以得知，铜及铜合金材料的比热容为：紫铜 0.377j/g、青铜 0.386j/g、黄铜 0.394j/g.在这里我们选用黄铜（Hpb59-1）的比热容来计算热加工过程中的热量

14、值。单根棒材制品由常温20加热到600，需要吸收的热量： Q=cmT =0.394j/g 9130g（600-20）=2086387.6j4.1.2金属棒材制品端部加热时的天然气消耗计算：根据本地区天然气供气情况，天然气热值取7800kcal/Nm3, （1 kcal=4186j），故单根棒材制品由常温加热到600，(完全热交换)需要的天然气量：2086387.6/（41867800）=0.0639m3单位小时加热65根制品端头的天然气(完全热交换)用量为：0.063965=4.15 m3 考虑到金属制品热传导的情况、生产效率周期时间、制品表面散热等因素，通过温度检测和计算（计算过程比较复杂，

15、在这里就不赘述了），约有40%的热量在锻打区（300mm长）之外散发消耗掉。这样的话，我们可以得知，单位小时加热65根棒材制品理论天然气耗量为：QT=4.15140%=5.81 m3有效用热为：Qe=418678005.81=189701148j单根直径66mm长3500mm的棒材制品重量为 ：0.660.663.14358.9/4=106.51kg65根直径66mm长3500mm的棒材制品重量为 ：106.5165=6923.39kg理论单位吨产品端部加热的天然气耗量为：Q吨耗=5.81/6.92=0.84 m3/t4.1.3端部天然气加热炉热效率计算：根据该端部天然气加热炉设计的情况，我们

16、可以得知该炉子是一台开口式手动变量的恒功率炉，热电偶仅是温度显示而不参与控制的，设定某种制品和其生产效率，手动调整好天然气和空气给定量，炉子单位时间产生的热量、压力等相关参数就相对给定。由于炉体结构的特殊性，并且在锻造制品端部热加工过程中，包含有牌号、规格、生产效率诸多方面因素的影响，热平衡计算结果也是一个不定值，因此在这里我们选用特定产品（黄铜Hpb59-1直径663500）热加工过程中的热平衡实测值来计算炉子热效率。对改造后的天然气加热炉炉体热平衡测试：在环境温度20、空炉的条件下，加热炉点燃升温，调整各个阀门的开启量,当炉膛温度维持在6005的条件下，加热黄铜Hpb59-1直径66的棒材

17、产品，生产效率为每小时65根,生产过程中流量计实测天然气平均流量Q测为21.8 m3/h。按照GB258881之规定，热效率是指设备为达到特定目的供给能量利用的有效程度在数量上的表示。因此用正算法可以得出，改造后的端部天然气加热炉的热效率为：= QT/Q测100% =5.8121.8100% =26.65%改进后的端头天然气加热炉，作为一种特殊结构锻造用炉，热效率在26.65%，处于锻造用炉热效率中等偏上的水平，相比改进之前已有相当大的提高，相信随着技术的进步和管理水平的提升，仍有很大的提升空间。4.2改造前后节能效果分析比较（选取：黄铜Hpb59-1直径663500根重121.7kg同规格产

18、品加热为例,原煤气加热炉的生产参数来源于改造前的生产统计）表:端头加热炉形式煤气炉(改进前)天然气炉(改进后)效率比较%评 价单位小时加热根数（根/小时）2065+225生产效率提高单位小时加热重量（吨/小时）2.4356.923+225生产效率提高单位小时燃气消耗量（立方米）35321.8-单位产品燃气消耗（m3/t）1453.15燃气发热值（Kcal/m3）33507800单位产品能耗热值（kJ/t） 2033738 10286994.94节能效果明显工业用能单价（元/立方米）1.452.80单位产品能耗费用(元/吨)210.258.8295.80加工费用降低加热炉热效率%326.65 热效率提升 4.3端部燃气加热炉改造收益分析 改造前吨产品端部加热煤气消耗费用：1.45145=210.25元/吨 改造前吨产品端部加热压缩空气费用（空气燃气标准比例为3:1，压缩空气均价为0.08元/标立方）为： 0.081453=34.8元 改造后离心风机吨产品加热电耗费用（平均电价0.67元/KWh）为： 0.675.5/6.923=0.53元 改造前后吨产品端部加热燃气消耗费用差值为： （8.82+0.53）-（210.25+34.8）235.7元/吨 同规模120吨产品，月度降低燃气消耗费用为：235.712028284元年度创造经济效益为