王晓恒 张强

摘要：近年来，蓄热式加热炉经过不断的发展进步，各项性能指标优良，与传统加热炉相比，排烟温度低、炉子热效高，并且可使用单一高炉煤气进行燃烧，烟气中NOx含量低，炉温均匀稳定、加热质量好，所以蓄热式轧钢加热炉得到了钢铁企业的广泛应用。因此，研究蓄热式轧钢加热炉的热工特性，挖掘其节能潜力、提高其能源利用效率，对钢铁企业实现节能降耗具有重要实际意义。

关键词：蓄热式轧钢加热炉;热工特性;节能减排

1、蓄热式轧钢加热炉热工特性

1.1蓄热式燃烧技术及其发展

蓄热式燃烧技术利用蓄热体回收、储存烟气余热，与助燃剂空气进行热量交换将其预热，使得混合气所具有的焓值增加，实现了“超焓燃烧”火焰温度得以提高。燃烧产生的化学反应热是炉子的重要热量来源，由燃料和助燃剂剧烈反应产生光亮的高温火焰得以传播，同样这个过程也影响着NOx的生成，因此对火焰特性进行研究十分重要，关系着烧嘴的设计。蓄热式燃烧技术的首要目的是提高预热温度，研究发现当提高预热温度的同时将含氧量降低，燃料扩散燃烧火焰体积成倍增大，不存在局部高温且火焰的平均温度也相对较高，NOx的生成明显减少，这就是日本学者田中良一等提出的全新概念的燃烧技术——“高温空气低氧燃烧技术”的基本原理。除了蓄热材料和燃烧技术的革新发展，蓄热式燃烧技术在加热炉得到广泛应用还得益于换向阀的可靠性、气密性的提高，以及控制系统的精敏和自动化程度的提高，PLC控制程序实现对换向时间、温度等的准确监控，还有有效的报警机制。

1.2蓄热式燃烧技术的原理及特点

换向阀按照一定的时间周期进行着换向工作，改变空、煤气和烟气进出炉膛的方向，系统在两种工作状态的交替进行下完成燃烧和换热，图1为空气、煤气双蓄热式燃烧技术的工作原理示意图。在换向阀稳定工作的某一时刻，如图1（a）所示，空气、煤气经换向阀同时送入左侧蓄热室，与蓄热室内的高温蓄热体发生热交换，蓄热体的热量是在前一工作周期内储存的。预热后约1000℃的空、煤气被喷出后混合燃烧，燃烧产生的烟气在炉膛内流动将物料加热后，进入右侧的蓄热室。1200℃的高温烟气在通过蓄热室时与在上一工作周期内将热量传给空煤气的低温蓄热体发生热交换，蓄热体温度升高，烟气温度降到200℃以下，流经换向阀排出。

到达换向时间控制系统控制换向阀进行换向，换向后系统的工作状态如图1（b）所示，常温空气、煤气从右侧管道进入右侧蓄热室内被加热，之后与换向前工作状态一样，喷入炉内混合燃烧，产生的烟气将物料加热之后从左侧蓄热室流出，在蓄热室内与蓄热体发生热交换后被排出。

由以上分析可以看出，蓄热式燃烧技术的突出特征在于：

（1）蓄热体极大地回收了烟气余热，减少了能源浪费，使得低热值燃料得以利用;

（2）发生扩散进入炉膛后才燃烧，噪声小;

（3）火焰温度高、黑度大，炉内辐射换热增强，换向和强循环烟气回流，强烈的湍流状态强化了对流换热，加热能力强;

（4）大体积火焰使得炉温均匀，加热质量好;

（5）烟气中NOx含量低，环境污染小;

（6）炉内的低氧气氛，使钢坯在加热过程中形成的烧损少;

1.3蓄热式轧钢加热炉炉内辐射换热过程

炉内辐射换热主要是煤气燃料燃烧生成发光、发热的火焰，高温烟气将自身热量通过能量转换以多段不连续的电磁波形式射向钢坯和炉体表面，热射线所经过的炉膛空间中混合了大量的煤气、空气和烟气。小部分热射线传播途中被这些气体吸收，大部分热射线最终穿过炉膛到达炉体和钢坯表面的热射线，这些到达固体表面的电磁波一部分被吸收转化为炉体和钢坯的热量。

2、基于黑体技术的蓄热式轧钢加热炉节能减排措施

2.1黑体元件与安装

黑体元件是根据“黑体”概念制成的工业标准黑体，由多种陶瓷材料制成的具有一定厚度的空腔锥台，它的作用是保证黑体技术在加热炉内的有效实施。停炉降温后，根据元件大小在炉衬表面按照设计的排列方式在布置范围内开一系列标准的工艺小孔。以耐热钉机械辅助固定，用高温粘结剂粘结。排列方式一般为纵横行列，也可以按照同心圆的形状进行排列的。布置范围一般从温度超过800开始，在靠近炉顶和炉底的侧墙区域不安装元件。为不对燃烧造成阻碍。在烧嘴砖处也不进行安装。安装密度控制在每平米40-55个，可根据实际情况进行调整。安装完成后对整体炉壁进行红外强化涂装.然后執行正常的加热炉检修烘炉规程。完成烘炉操作开始正常生产后，黑体技术就正式投入使用。根据炉子的炉型结构以及生产情况等参数，确定黑体元件设计施工方案。

2.2黑体元件应用在蓄热式轧钢加热炉的节能减排

安装在炉体内表面的黑体元件吸收了烟气辐射出的大部分热量，烟气的出炉温度降低。带出的物理热减少;较小的导热系数有效阻隔了炉体内表面吸收并传递给外界的热量。减少了炉体散热量;经过调控炉体内表面到达钢坯表面的热射线增多.钢坯得到的综合辐射热增多，热量更多的有效热量被钢坯吸收，无效散热和热损失减少，加热炉热效率得到提高，热量聚集钢坯表面使钢坯升温速率增加、加热时间缩短，单位时间内加热的钢坯质量增加，生产率提高。黑体技术使加热炉热效率和生产率提高.燃料消耗量减少，废气的生成量和排放量减少，由此可见该技术不仅节能而且环保。

2.3黑体元件应用在蓄热式轧钢加热炉的节能减排效果

黑体元件安装后每吨钢坯的热量总收入减少了4.47%。钢坯加热对热能的需求减少，在加热制度不变的情况下。说明对热能的利用率提高.支出热量和热量所占比例的变化率有正有负，说明黑体技术改变了炉瞠内的传热情况，否则应只有热量减少，而比例的变化率基本为零。首先.改造后物料带出的热量和比例均有增加，黑体元件在炉内调控了热射线的吸收和传递，钢坯表面吸收的热量增多，热量损失减少;

3、结语

黑体技术通过增加炉体内表面黑度和表面积，强化了炉内辐射换热并调控热射线投向钢坯表面，钢坯得到的热量增加，烟气带走的物理热和炉体散热减少，还有助于延长炉体寿命.优化炉温分布、提高钢坯加热质量。蓄热式加热炉安装了黑体元件进行强化辐射换热改造后，相比于安装前，燃料消耗减少。热效率提升明显。

参考文献：

[1]范军锋，陈铭.中国钢铁工业可持续发展之路初探[J].上海金属，2007，（01）：9-14.

[2]环境保护部.钢铁工业污染防治技术政策[Z].2013-05-24.

[3]国务院.大气污染防治行动计划[Z].2013-09-10.

（作者单位：沈阳世杰电器有限公司1                     沈阳亚特重型装备制造有限公司2）