小直径井式热处理炉的改造

小直径井式热处理炉的改造

由于井热处理装置的特殊结构，井热处理装置中存在着大量的问题，如上、下高差大、热损失大、燃烧不足、排放停滞等。因此，该公司进行了一项变革工程，以提高工作效率、产量比和降低成本。1井式炉群的闲置公司共有5台燃气井式热处理炉,都是在1974年前后建造的,其中4台是Φ2.3×9.5m井式热处理炉,1台是Φ2.3×13.5m井式热处理炉。在重机行业属中、大型轴类零件热处理炉。1#和2#两台井式炉自建成后一直闲置,3#、4#、5#三台井式炉在断续生产使用中。受当时工业炉制造技术等因素的制约,再加上长期使用,井式炉群的运行状况及各项性能指标已十分落后,热效率极低(约8%左右),能源浪费严重;同时由于其技术配置和技术性能低下,影响产品质量。近年来随着公司产品结构的调整,较高技术附加值的汽轮机转子订货量不断增加,生产矛盾更显突出,技术改造成为当务之急。2改造方案2.1推广高效低碳经济公司原有的4台Φ2.3×9.5m井式热处理炉位于热处理厂高跨,天车轨高22m。考虑装炉最大转子长度为8.2m,预留以后的发展空间,确定有效净深为9m,天车起吊行程最大18m,可满足工艺和生产需求。另1台Φ2.3×13.5m井式热处理炉,考虑目前的超长转子为12.5m,有效深度确定为13.5m,留有以后的发展余地。直径采用耐火纤维结构,可有效增大炉子的内膛直径。有效直径为Φ1.6m,比原有直径增大400mm,为今后小直径工件集束装炉提供了空间。2.2软密封炉体用途:用于大型轴类零件热处理最高炉温/℃:950炉温均匀性/℃:≤±10(有效加热区)炉膛有效尺寸/m×m:Φ1.6×9/13.5(直径×深度)炉盖结构:开合式活动炉盖,液压传动,软密封炉体结构:耐火纤维炉衬炉子燃料热值/kJ·m-3:发生炉煤气5225,城市煤气15675,专供5#炉最大燃料消耗量/m3·h-1:1800(5#炉为700)烧嘴形式及个数:BIC140(德国技术)24个BIC10030个(5#炉)燃烧方式:脉冲时序燃烧控温温区:6区(5#炉8区)升温速度/℃·h-1:0～80可调最大装载量/t:30/35炉体表面温升/℃:炉体外壁≤40控制方式:计算机监控,实现炉温全自动控制热效率/%:≥30排烟方式:下排烟炉膛工作压力/Pa:0～5控温仪表精度级:0.253主要内容和特点3.1板焊接,耐火纤维开启机构经改造后可继续使用,炉盖改为钢板焊接,内衬300mm厚高纯耐火纤维。炉盖实行软密封,炉口四周设置环形密封槽,内填耐火纤维,炉盖四周设置密封刀。3.2保温层叠铺层井式炉炉体外壳基本保留,根据需要局部修补,采用钢板厚度与原先一致;炉衬采用高纯耐火纤维,厚为300mm(保温层50mm,工作层叠铺250mm)。叠铺层为300mm×300mm×250mm的耐火纤维预制块。炉衬耐火纤维为高纯型,烧嘴喷火口处为高铝耐火纤维(5#炉为城市煤气,采用含锆纤维),炉衬表面喷涂高温增强涂料,以增加耐高温和抗冲刷能力,使用寿命≥8年。3.3碳化硅燃烧管采用亚高速烧嘴燃烧系统。该系统由BIC140烧嘴(流速40～60m/s)、空气双位电磁阀(进口)、气动柱塞阀和烧嘴控制器组成(进口)。24个BIC140烧嘴,分12层交错布置在炉子四周,每两层(四个方向,四只烧嘴)为一个温区。整个炉子分6区控制,烧嘴配有特制的碳化硅燃烧管。BIC140燃烧系统还配有脉冲发生器(进口技术),使烧嘴形成脉冲时序燃烧。5#炉采用30只BIC100烧嘴,分15层交错布置在炉子四周,分8区控温,上下2区采用一控三,中间6区一控四,燃烧室为碳化硅管。亚高速的燃烧气流可对炉内的气流进行充分的搅拌,强化气体的循环和对流传热,提高炉温均匀性和传热效果,缩短加热时间。烧嘴调节范围大,可在600～1300℃范围内变化,适用性强,烧嘴可实现大小火按时间比例交替、脉冲燃烧,满足加热温度和速度变化的需要。烧嘴可实现自动点火、火焰监视、熄火报警、重新自动吹扫、自动点火等全过程控制。烧嘴控制器和工控机、温控仪表互相连接,形成闭环控制,系统具有手动/单机自动/系统自动的控制功能。烧嘴配有特制的碳化硅燃烧管,燃料的燃烧过程在燃烧管内完成,烧嘴管喷出的是亚高速气流,并沿切线进入炉内,以一定的流速在炉内循环流动,形成一个稳定的温度场。3.4声光报警功能炉子的控制系统采用手动控制、仪表控制、计算机自动控制三级控制。控制系统具有煤气流量、压力、炉膛压力、烟气温度、空气温度、压力及压缩空气压力的显示功能和超温(炉温、风温、烟温)、超(欠)压(煤气压力、空气压力、炉膛压力)、烧嘴熄火等故障的声光报警功能,并可进行控制和调整。(1)气压不稳定区域预热空气的压力控制:采用调节风机入口风栅来控制空气压力,空气压力采用压力变送器检测,调节动作由电动执行机构完成。数字显示控制仪除显示压力值外,还有安全保护作用,在风压低于额定值时,将关闭燃气的快速安全切断阀并报警。炉膛压力控制:选用微差压电容式变送器检测,仪表控制,转动烟道闸门的开启由电动执行机构来完成,使炉膛压力稳定在0～5Pa范围内运行。煤气、空气炉前管路均设有手动控制闸阀。(2)炉温控测仪及温度监测1#～4#炉分6区进行控温,12层24个烧嘴;温控仪采用欧陆2408型,共设6只K偶记录并控制炉温,另设有上下各1只K偶进行炉温监测。5#炉分8区进行控温,其他配置均一样。(3)展台盖的升降和开口控制采用液压传动,由可编程控制器(PLC)自动控制,并在炉口平台安装一控制箱,以便手动操作。3.5空气预热器及空气净化系统空气管路:空气管路中配9-19NO5.6高压风机1台(风量为3619m3/h,风压7109Pa,功率11kW)空气经空气预热器预热后送到各烧嘴,管路中安装压力监测装置和压力调节阀门,用以调节供风压力和风量,使之达到较为合理的燃烧状况。空气预热器为带插入件的辐射换热器(换热管一组为不锈钢管,一组为碳钢渗铝管),放置在烟道内,空气预热温度为200～450℃(当空气温度超过450℃时,自动调节空气预热温度);空气预热器使用寿命5年以上。煤气管路:炉前总管上安装测压装置、压力开关和快速切断阀、流量计等测量装置和安全保护装置。煤气管路在高处设有放散管。在炉前煤气管道入口处加设煤气净化装置(2台井式炉共用1套)。净化装置采用重力悬挂链,可随时取出清洗。压缩空气管路设有气动三联件。热风管路有保温层。3.6增设引风机,强制烟烟设计时考虑5台井式炉的同时排烟量,并重新核算原有车间烟囱烟道的能力,由于增加了空气预热器,阻力增大了,所以在主烟道口增加一台引风机,强制排烟。预热器安置在烟道内,采用旋转式耐热铸铁闸阀,使用寿命在5年以上。4环保节能效果1#、2#井式炉分别于2005年6月和7月完成技术改造并投产;3#、4#炉分别于2005年12月和2006年1月完成技术改造并投产,5#炉于2006年9月完成技术改造并投产。投产以来的实际运行表明:井式炉群运行平稳,性能可靠,实测炉表面温度小于40℃,炉温均匀性实测为±8℃,综合热效率为31%,预热空气达300℃,元器件热稳定性良好。脉冲时序燃烧技术的成功应用,确保了燃烧充分,既节能又环保,见表1。改造后第一年(2005年),热处理总量增加了42.5%,煤气总耗量仅增加了25.8%,煤气单耗(吨钢耗气量)减少了11.7%,初步体现出节能效果;改造后的第二年(2006年),热处理总量增加了30.1%,煤气总耗量增加了14.1%,煤气单耗(吨钢耗气量)减少了15.1%,充分显现了节能性。改造前3台井式炉年处理转子平均15～16件,改造后的2005年共生产转子78件,产值约200万元。2006年生产转子112件,增加产量34件,新增产值约120万元。按现行煤气价格(约0.2元/m3)估算,热处理厂2005年当年煤气节省总价值约75.7万元,2006年相比2004年