新型蓄热式烘烤器的应用技术实践*

时间：2024-07-28

王杨，晁霞，高静，刘燕霞，戚翠芬，付菁媛，张华英，杨颖

（1河北工业职业技术学院，河北石家庄050000；2济源钢铁公司，河南济源454650；3巴音郭楞职业技术学院，新疆库尔勒市841000）

1 前言

炼钢用高温容器（钢包、中间包）的烘烤质量，不仅决定了耐材的使用寿命，更重要的是其对出钢温度、能源消耗，甚至产品质量的影响。传统烘烤器采用轻柴油、焦炉煤气作为燃料，其燃烧排放烟气的温度高达800℃，并且直接向大气排放，不但能耗高，而且造成空气污染以及环境热污染，直接危害员工身体健康。某炼钢厂在线钢包和中包烘烤装置共计15台，均采用传统套筒式烘烤器，燃烧介质为高炉和转炉煤气。随着国家对企业节能环保要求的不断提高，炼钢快节奏的生产组织模式，以及钢种品种结构的增多，传统的烘烤器由于其燃烧利用率低［1-4］，已经无法将炼钢用耐材烘烤到工艺要求的温度。如何在保证煤气发电站和加热炉等工序煤气正常消耗量的情况下，提高燃烧利用率，达到烘烤效果，成为目前急需解决的问题，为此某炼钢厂合作引进了新型蓄热式烘烤技术和烘烤装置。

2 蓄热式烘烤器应用

2.1 新型蓄热式烘烤器的原理

新型蓄热式烘烤器原理如图1所示。当燃烧装置1处于燃烧状态时，被加热介质（助燃空气、煤气）通过换向阀进入蓄热室，高温蓄热体把介质预热到比炉温低100～150℃的高温，通过空煤气烧嘴（或火道）进入炉内，进行弥散混合燃烧。而另一个配对的燃烧装置2则处于蓄热状态，高温烟气流入蓄热室，将蓄热体加热，烟气温度降到250～150℃后流过换向阀经排烟机排出。煤气、空气预热各设置1台排烟机，只预热空气设置1台排烟机。经过一定时间后，换向阀换向如此反复交替工作，使被加热介质加热到较高温度，进入炉膛，实现对炉内物料的加热。

图1 新型蓄热式烘烤器原理图

2.2 蓄热式烘烤器组成

蓄热式燃烧系统由蓄热式烧嘴、供风助燃系统、换向阀及自动控制系统构成。该燃烧装置由两个蓄热式烧嘴组成，互相交替工作，即1#烧嘴燃烧时，2#烧嘴组织排烟，产生的热烟气流经2#烧嘴的蓄热体排出，烟气在经过蓄热体时，产生热交换，使蓄热体温度上升，烟气温度下降［5-10］。经过一段时间后（一般为20～30 s），换向阀换向，2#烧嘴燃烧，1#烧嘴组织排烟，2#烧嘴所需的助燃空气流经蓄热体时，产生热交换，温度升高，蓄热体温度下降，燃烧产生的热烟气经由1#烧嘴装置的蓄热体排出，加热1#烧嘴的蓄热体，烟气温度下降。在此燃烧过程中，高温空气与燃料边混合边燃烧，混合过程中大量炉内烟气参与进行，使氧气和燃料浓度降低［11-12］，低浓度高温反应可实现低NOx生成。因此，燃料得到充分燃烧，烟气排放有害成分浓度大大降低，排放烟气温度下降至140～180℃，这正是传统燃烧技术所不能解决的。由于蓄热体的阻力损失比较大，自然排烟的难度较大，烟气的排出须依靠引风机提供动力。如此周而复始，交替运行，整个过程采用自动控制。

2.3 与传统烘烤器比较的优点

1）煤气耗量显著降低。新包煤气耗量由原来的5 750 m3减少到3 865 m3，每个钢包节约煤气1 885 m3，节能率为32.7%。

2）钢包烘烤时间明显缩短。新包烘烤时间由原来的62 h缩短到48 h。钢包周转时间的缩短，将使炼钢生产更加有序。

3）钢包烘烤效果明显改善，裂纹等缺陷显著减少。

4）排烟温度的降低，一定程度上改善了车间的环境，有利于工人的身心健康，客观上促进了劳动生产率的提高。

5）与改造前相比，主要经济技术指标显著提高，如表1所示。

表1 改造前后主要经济技术指标对比数据

2.4 效益分析

直接效益。煤气耗量显著降低：现蓄热式钢包烘烤器烘烤1新包需焦炉煤气量约为3 865 m3，常规钢包烘烤器烘烤1新包煤气消耗量为5 750 m3，每个钢包节约煤气1 885 m3。每月烘烤新包按15个计算，则每年可节约煤气339 300 m3。

间接效益。1）钢包烘烤时间明显缩短。新包烘烤时间由原来的62 h缩短到48 h，若压力稳定的话，可进一步缩短为37 h，钢包周转时间进一步缩短。2）钢包烘烤效果明显改善。由于烘烤温度高且均匀，使钢包内衬使用寿命延长，若考虑为弥补由于传统钢包烘烤温度不够高而提高钢水出炉温度所造成的电能消耗等因素，则投资回收期将更短，经济效益将更加可观。