加热炉富氧燃烧技术的应用研究

1、加热炉富氧燃烧技术的应用研究温志红1,郭汉杰2(11韶关钢铁集团公司技术研究中心,广东韶关512123;21北京科技大学冶金学院,北京100083摘要:针对韶关钢铁集团公司五轧厂加热炉存在的问题,借助该公司氧气资源丰富的优势,分析了采用富氧燃烧技术的可行性和经济合理性,同时进行了工业试验,取得了较好效果。关键词:加热炉;富氧燃烧;加热能力中图分类号:TG 307文献标识码:B 文章编号:1003-9996(200404-0063-03Application of oxy 2f uel burning technology in reheating f urnaceWEN Zhi 2hong 1

2、,GUO Han 2jie 2(11Shaoguan Iron &Steel Group Ltd 1,Shaoguan 512123,China ;21University of Science &Technology Beijing ,Beijing 100083,China Abstract :In view of the short heating ability of reheating furnace and abundant oxygen resource in Shaoguan Iron &SteelGroup Ltd 1,the feasibility

3、and economical rationality of oxy 2fuel burning technology wereanalyzed 1Meanwhile ,the industrial testing was carried out and the good effects was obtained 1K ey w ords :reheating furnace ;oxy 2fuel burning ;heating ability收稿日期:2004-02-18作者简介:温志红(1973-,女(汉族,江西人,工程师。1加热炉概况韶关钢铁集团公司五轧厂加热炉于1994年9月投产,为推

4、钢式加热炉,以燃烧高炉煤气为主,加热能力20t/h 。其主要特点是采用了金属管式换热器对空、煤气进行双预热,设计空气预热温度为600、煤气为380(实际运行中煤气一般都在200300,空气基本可维持在600左右。加热炉技术参数如表1所示。表1加热炉性能参数项目参数值坯料规格/mm 52×52×17002400钢种碳素钢、低合金钢加热温度/11201150燃料,热值/kJ (Nm -3高炉煤气,3700单位热耗/kJ kg -11463最大燃料消耗量/m 3h -18560最大空气消耗量/m 3h -168501999年5月,五轧厂进行了一火成材改造,采用160mm 

5、5;160mm ×12002200mm 坯料,2002年实施了切分工艺,由于坯料规格和轧机能力的变化,加热炉已成为严重制约生产的主要原因,表现在以下方面:(1加热能力不足,主要表现为加热速度问题。加热炉采用空气、高炉煤气双预热,理论燃烧温度不高(<1705,火焰辐射传热能力不强,不能快速加热。坯料改52mm ×52mm 为160mm ×160mm 方坯后,由于每支钢坯在加热炉内的加热时间不足,因而造成生产时经常待温,严重限制了轧机能力的发挥。(2温差大,加热质量差,轧制事故多。(3氧化烧损严重,成材率低。(4单位燃耗218G J/t ,燃料成本40元/t 。

6、2加热炉富氧燃烧改造的可行性分析由于受炉体尺寸和场地的限制 ,要通过增加炉子有效尺寸来增加加热能力是不现实的;若是36革新与交流简单地增加烧嘴个数或加大烧嘴能力来提高加热能力,由于受炉体空间限制,势必增加单位能耗,因此最佳的解决方法是提高燃烧效率和传热效率。2001年6月,广东韶钢普莱克斯实用气体有限公司T 2900空分设备竣工投产,每小时可生产氧气23500m 3。为了充分利用氧气资源,以提高加热炉的生产能力,并降低能耗,韶钢对富氧燃烧技术进行了研究,并进行了工业试验。211富氧燃烧原理分析从燃烧学的角度分析,富氧对燃烧反应有以下几方面影响:(1根据质量作用定律,燃烧反应速度随反应物浓度加大

7、而加快,尤其是煤气的燃烧。(2富氧燃烧可相应减少助燃空气量、烟气量。在助燃空气中如增加1%的氧气,则相应减少4%的氮气1。如按体积比4%富氧,则助燃空气中氮气减少16%。根据烟气量公式1,富氧后烟气量减少15%。根据五轧厂热平衡测试,因烟气产生的热损失为26%,所以减少烟气,可减少热损失15%×26%=4%。按高炉煤气单耗成本312G J /t ×9元/G J =2818元/t ,则节约燃料成本2818×4%=11152元/t 。(3采用富氧燃烧,可提高理论燃烧温度、辐射给热系数,缩短加热时间,提高产量。理论燃烧温度t r =(最大燃料消耗量×煤气发热值

8、+空气比热×4119×最大空气消耗量×空气预热温度/(燃烧产物比热×4119×烟气量炉气平均温度T 0=0195t r t ch辐射给热系数f =C ×(T 0/1004-(T i /1004/(T 0-T i 以上式中,空气比热为01322,燃烧产物比热为01369;t ch 为烟气出炉温度;C 为综合辐射系数;T i 为钢坯表面平均温度。根据以上公式,原助燃空气理论燃烧温度t r1=1705,富氧后t r2=1958;原炉气平均温度T 01=1174,富氧后T 02=1264。加热时间与1/f 成正比。计算可知,=1/f 1-1/

9、f 2=15%,现小时产量为20t/h ,加热炉采用富氧燃烧后加热能力可达20×(+=20×1115=23t/h ,即每小时增加产量3t 。212经济合理性分析作业时间按6000h/a 计(由于是2班生产,年产6000h ×23t/h =138000t 。吨钢成本下降11元/t ,其中,由于产量的提高,吨钢制造费用成本下降715元,工资成本下降2135元/t ;采用富氧燃烧技术可节约燃料成本1115元/t 。由于增加产量3t/h ,全年增产18000t ;年新增利润18000t ×100元/t =1800000元;增产效益为138000t ×1

10、1元/t +1800000=1518000+1800000=3318000元。理论消耗氧气量6850×4%=274m 3/h ;低压管网氧气价格:0145元/m 3;消耗氧气成本:274×0145元/m 3×6000=73980元。估算全年直接经济效益:3318000-73980=3244020元。213技术可行性分析21311用氧方式韶钢有充足的氧气资源,既有液氧又有管道氧气,故可考虑2种用氧方式:(1用液氧槽车运到现场,再用管板式散热器气化,并架接氧气管路到风机进风口处,含氧量通过气化后氧气管道上的压力表和阀门来控制 ,并定时用Z0-102型氧化锆氧分析仪对富

11、氧率进行检测;(2用附近的中压氧气管道供氧到风机进风口处,增设用氧安全设施和含氧量检测与调节设施。21312火焰温度的控制加热炉上应用富氧燃烧技术后火焰温度有所上升,可从以下几方面进行控制:(1通过调节纯氧和助燃空气比例,控制含氧量,保持助燃空气中含氧量的稳定性以稳定火焰温度。采用有效的氧气控制系统(在氧气供应管上装压力表、流量计、比例调节阀、自动切断阀等仪表,根据炉温要求直接控制供氧量,同时富氧量需设定一个上限,超上限自动切断并声光报警。(2加强对炉温的控制,根据加热制度严格控制炉温上限,必要时调整富氧率。(3在富氧燃烧试验完成后,可进一步改造燃烧器,使之成为富氧燃烧器,有效地控制火焰温度。

12、46Vol 121No 14Steel Rolling Aug 12004121313热回收系统仍然采用金属换热器对空、煤气进行双预热,回收烟气余热。由于烟气量减少,因此要适当调整烟气调节阀。21314富氧时的安全条件(1有足够的氧压。氧气压力必须大于助燃空气风压,虽然氧气控制系统上有止回阀,自动切断阀等保护措施,但对氧压必须有严格的操作要求。(2空气流量超过预定的最小值,就必须有一定的风压和风量,保证不回火助燃空气管道,否则自动停止供应氧气,关闭所有氧气管阀门。(3不超过富氧的上限。先按4%体积比富氧,即助燃空气中氧含量接近25%,并以此作为上限。(4在氧气无充足供应时,可立即恢复空气助燃燃

13、烧,以确保生产顺利进行。3应用效果在2001年9月,对韶钢五轧厂加热炉进行了富氧燃烧的现场工业应用试验,结果如表2所示。表2加热炉采用富氧燃烧技术前后指标对比项目富氧率/%富氧总时间/h 加热钢坯重量/t h -1氧气消耗/m 3t-1均热段煤气消耗/m 3t -1加热段煤气消耗/m 3t -1煤气消耗/m 3t-1重油消耗/kg t-1加热成本/元t -1未富氧002613019613414136101615124617富氧210%实验119841502511181714310367105101012164713富氧315%实验31433117271530101511035511506132

14、143410富氧410%实验31694188281131151941036316557161113319由表2可知,在富氧率适当时富氧燃烧技术可达到提高产量,节约能源,降低成本的效果。本实验得出,较佳富氧率为315%410%。参考文献:1钢铁厂工业炉设计参考资料M 1北京:冶金工业出版社,19791热轧窄带钢能耗曲线的绘制及应用刘莱萌,于全成,孙正旭,张梅(莱芜钢铁股份有限公司轧钢厂,山东莱芜271126摘要:根据莱芜钢铁股份有限公司500mm 热轧窄带钢轧机生产现状,介绍了能耗曲线的绘制方法及其具体应用,采用该方法计算力能参数较经验公式具有更高的准确性。关键词:能耗曲线;力能参数;计算;热轧

15、窄带钢轧机中图分类号:TG 335156文献标识码:B 文章编号:1003-9996(200404-0065-03Dra wing energy consumption curve of hot narrow strip rolling and its applicationL IU Lai 2meng ,YU Quan 2cheng ,SUN Zheng 2xu ,ZHAN G Mei (Laiwu Iron &Steel Co 1,Ltd 1,Laiwu 271126,China Abstract :The method of drawing energy consumption curve and its application was introduce based on the 500mm hot narrow strip mill of Laiwu Iron and Steel Co 1,Ltd 1It has higher precision than experience formulas