加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)概述

1、第一章加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)概述1.11.1加熱爐（尤其蓄熱式）一應(yīng)用概況加熱爐是軋鋼生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備之一，它在很大程度上影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。鋼鐵企業(yè)軋鋼領(lǐng)域蓄熱式換熱技術(shù)的應(yīng)用，可從以下幾個方面來分：從爐型上分：有推鋼式加熱爐；步進(jìn)梁式加熱爐；車底式爐；均熱爐；罩式爐；帶材連續(xù)式熱處理爐及冶煉連鑄領(lǐng)域的烘烤設(shè)備。從匹配的軋機(jī)分：棒材、高速線材、中厚板、熱帶、H H 型鋼、及型鋼等加熱爐。其中以步進(jìn)梁爐為主。從加熱的鋼種分，普碳、低和金和特殊鋼加熱爐。（暫無加熱硅鋼坯的業(yè)績）從加熱鋼坯規(guī)格分：方坯最長達(dá) 16m16m 斷面最大為 300X300X400mm400mm 板坯最長達(dá) 1

2、5.6m15.6m；板坯厚：250mm250mm3300mm00mm在軋鋼生產(chǎn)中加熱爐必須滿足幾方面的要求：生產(chǎn)率高、加熱質(zhì)量好、燃耗低、勞動條件好、壽命長。為了達(dá)到這幾方面的要求，必須很好的掌握加熱爐的結(jié)構(gòu)、原理和設(shè)計方法，以便選好、用好、改造好和設(shè)計好所需的加熱爐。采用這項(xiàng)技術(shù)的企業(yè)主要還是集中在地方中小型和民營鋼鐵企業(yè)，并且大部分都是燒純高爐煤氣的蓄熱式加熱爐，因此這些企業(yè)加熱鋼坯的燃燒成本低，鋼鐵產(chǎn)品的價格競爭性強(qiáng)，利潤率高。其中代表性的燒高爐煤氣的蓄熱式步進(jìn)梁式加熱爐有：一是唐山國豐的 1450m1450m 連鑄連軋工程， 加熱的板坯長 15.6m,15.6m,小時產(chǎn)量達(dá) 290t2

3、90t 的步進(jìn)梁式加熱爐，采用的也是燒高爐煤氣的蓄熱式步進(jìn)梁式加熱爐，該座爐子已經(jīng)順利投產(chǎn)。加熱質(zhì)量、產(chǎn)量、熱耗都達(dá)到預(yù)想的效果。唐鋼連鑄連軋，板坯長 1515m m產(chǎn)量 250t/h250t/h, ,也是燒高爐煤氣的蓄熱式步進(jìn)梁式爐，也成果顯著2。1.21.2加熱爐的組成結(jié)構(gòu)及熱工控制1.2.11.2.1 加熱爐的結(jié)構(gòu)一般加熱爐由以下幾部分組成：爐膛、燃料系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、余熱利用裝置等。按鋼料在爐內(nèi)的運(yùn)動方式分類：推鋼式爐、步進(jìn)式爐、輾底式爐等等。按空氣和煤氣的預(yù)熱方式分類：不預(yù)熱式爐、換熱式爐、蓄熱式爐。蓄熱式燃燒系統(tǒng)由蓄熱室、煤氣燃燒室、換向系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、

4、排煙系統(tǒng)等組成，主要由蓄熱式燒嘴和換向系統(tǒng)組成。蓄熱室布置在爐子兩側(cè)，并以爐子中心線成對稱布置。每個“燒嘴”包括一個空氣噴口和一個煤氣噴口，成上下布置，其中上加熱煤氣在下，空氣在上；下加熱煤氣在上，空氣在下。空氣、煤氣噴入爐膛后，邊混合邊燃燒造成高溫、低氧環(huán)境，使 NOxNOx 的生成量大大降低，這種燃燒方式可以達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。換向裝置是加熱爐的重要部件，整個燃燒過程都是靠換向裝置完成的。具原理是采用蓄熱室預(yù)蓄熱，達(dá)到在最大程度上回收調(diào)溫?zé)煔獾臏責(zé)?，提高助燃空氣溫度的效果。包括倆部分，高爐煤氣、空氣換向，換向閥換向。換向一：高爐煤氣、空氣分別經(jīng)換向閥，通過左邊的煤氣蓄熱室 R R 空氣蓄熱

5、室 A A在燒嘴 1 1 燃燒。 高溫廢氣由燒嘴 2 2 經(jīng)煤氣蓄熱室 B B、 空氣蓄熱室 A A 分別將蓄熱室內(nèi)蓄熱體加熱后通過換向閥排出。見圖 1-11-1換向二：換向閥換向：煤氣、空氣分別經(jīng)右邊煤氣蓄熱室 B B、空氣蓄熱室 A A被室內(nèi)熾熱的蓄熱體預(yù)熱（預(yù)熱溫度達(dá) 10000c10000c 以上）后在燒嘴 2 2 燃燒，高溫廢氣由燒嘴 1 1 經(jīng)煤氣蓄熱室 B B、空氣蓄熱室 A A 分別將室內(nèi)蓄熱體加熱后，通過換向閥排出。見圖1-21-2圖 1-1 換向閥狀態(tài)一圖 1-2 換向閥狀態(tài)二1.2.21.2.2 加熱爐熱工控制要求三段爐溫自動控制三段爐壓自動控制爐壓分三點(diǎn)控制，通過同時同

6、向調(diào)節(jié)排煙機(jī)空氣、煤氣系統(tǒng)爐壓調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)。三段空燃比自動比例調(diào)節(jié)排煙溫度調(diào)節(jié)及超溫報警通過調(diào)節(jié)空、煤氣側(cè)排煙管上的爐壓調(diào)節(jié)閥來實(shí)現(xiàn)，即通過調(diào)節(jié)各段空、煤氣側(cè)排煙管上的爐壓調(diào)節(jié)閥間的比例設(shè)定值而使每段間空、煤氣蓄熱室的煙氣溫度趨于一致；排煙溫度超溫（180180C C）報警，并有信號輸出給換向閥控制器,200C200C 時實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制換向。煤氣總管低壓報警、煤氣總管自動切斷，切斷點(diǎn)在煤氣分管快切閥。空氣、壓縮空氣總管低壓報警，煤氣總管自動切斷，切斷點(diǎn)在煤氣分管快切閥。設(shè) 4 4 點(diǎn) COCO 檢測報警裝置1.31.3蓄熱式加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀1.3.11.3.1 加熱爐汽化冷卻的發(fā)展過程

7、加熱爐汽包是加熱爐的重要設(shè)備之一，它的穩(wěn)定運(yùn)行，對整個生產(chǎn)的連續(xù)性、安全性以及生產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量都會產(chǎn)生影響3。如圖為一個加熱爐汽包的外形結(jié)構(gòu)見圖1-31-3: :圖 1-3 加熱爐汽包外形圖工業(yè)加熱爐汽包水位控制系統(tǒng)經(jīng)歷了幾個階段。.早期的控制方案多采用單沖量方式即以水位為反饋量構(gòu)成單參數(shù)單回路反饋控制系統(tǒng)，它是最簡單、最基本的控制方案，但單沖量方式存在著許多缺點(diǎn)：首先， 只根據(jù)水位信號調(diào)節(jié)給水量， 階躍擾動很大時， 加熱爐汽包會產(chǎn)生“虛假水位”現(xiàn)象，導(dǎo)致精確控制難以進(jìn)行。其次，給水量變化時，調(diào)節(jié)器要等到水位變化后才開始動作，而在調(diào)節(jié)器動作后又要一段滯后時間才對汽包水位發(fā)生影響，因此，必將導(dǎo)致

8、汽包水位波動幅度大，調(diào)節(jié)時間長。. .雙沖量控制方式.對于虛假水位現(xiàn)象嚴(yán)重及水位反應(yīng)速度快的加熱爐，為了改善其調(diào)節(jié)品質(zhì)，滿足運(yùn)行的需要，雙沖量控制問世。雙沖量控制方案是以加熱爐汽包水位信號作為主調(diào)節(jié)信號，以蒸汽流量信號為前饋信號構(gòu)成的控制系統(tǒng)。這種方法的缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)作用不能及時地反映給水方面的擾動，當(dāng)給水量發(fā)生擾動時，要等到汽包水位信號變化時才能通過調(diào)節(jié)器操作執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，滯后時間長，水位波動大。. .三沖量水位控制系統(tǒng)以汽包水位為主調(diào)節(jié)信號，蒸汽流量為調(diào)節(jié)器的前饋信號，給水流量為反饋信號組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種采用蒸汽流量信號對給水流量進(jìn)行前饋調(diào)節(jié)，克服了外擾的影響，用給水流量信號作為反饋信號，

9、克服了內(nèi)擾影響，從而使給水調(diào)節(jié)質(zhì)量大大提高了，較好的控制了水位的變化。.3.2.3.2 汽化冷卻的原理和優(yōu)點(diǎn)1 1）冷卻構(gòu)件及原理蓄熱式加熱爐的冷卻構(gòu)件有：支持鋼料滑行的縱橫爐底管、爐頂?shù)趿?、進(jìn)料端和出料端的托梁、出鋼斜坡滑道和燒嘴等。爐頭托梁、爐尾托梁和斜坡滑道等，它們通常是箱形結(jié)構(gòu)，而一般箱形結(jié)構(gòu)不適用于采用汽化冷卻，故這些冷卻構(gòu)件可以用來加熱汽化冷卻裝置的給水4。當(dāng)這些構(gòu)件采用汽化冷卻時，一般須改成管式結(jié)構(gòu)。所以為了簡化爐子的冷卻系統(tǒng)，提高冷卻構(gòu)件的壽命，應(yīng)盡可能將加熱爐的各種箱形冷卻構(gòu)件改為管式結(jié)構(gòu)，并采用汽化冷卻。汽化冷卻的工藝圖如下圖 1-41-4: :圖 1-4 汽化冷卻工藝圖汽

10、化冷卻裝置的循環(huán)方式有兩種：一是自然循環(huán)，二是強(qiáng)制循環(huán)。自然循環(huán)是依靠下降管和上升管內(nèi)工質(zhì)（水和汽水混合物）的重度差形成的。自然循環(huán)系統(tǒng)，是由汽包、下降管、爐底管和上升管組成的簡單回路。在這個回路中，爐底管受熱后，一部分水變成蒸汽，在上升集管中的汽水混合物向上流入汽包內(nèi)，下降管中的水向下流人爐底管內(nèi)，這樣就形成了定向的自然循環(huán)流動。強(qiáng)制循環(huán)的動力是由循環(huán)水泵產(chǎn)生的。循環(huán)水泵迫使工質(zhì)產(chǎn)生從汽包起經(jīng)下降管、循環(huán)泵、爐底管和上升管，再回到汽包的密閉循環(huán)。自然循環(huán)不需要循環(huán)水泵，也不要設(shè)置備用水冷卻裝置，不但具有系統(tǒng)簡單、維護(hù)方便，消耗電能少，工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，而且在遇到突然停電時，也比較容易實(shí)現(xiàn)安

11、全停爐。強(qiáng)制循環(huán)需要設(shè)置循環(huán)水泵和備用水冷卻裝置，由于系統(tǒng)復(fù)雜，維護(hù)不便，消耗電能多，尤其遇到突然停電時，轉(zhuǎn)換水冷卻的操作較為繁雜，容易造成停爐事故。過去，我國的加熱爐汽化冷卻裝置，大多數(shù)采用強(qiáng)制循環(huán)隨著技術(shù)水平的提高，目的基本亡都已采用自然循環(huán)系統(tǒng)2)2)汽化冷卻的優(yōu)點(diǎn)加熱爐冷卻構(gòu)件采用汽化冷卻，主要是利用水變成蒸汽時吸收大量的汽化潛熱，使冷卻構(gòu)件得到充分的冷卻。受水汽化條件的限制，在常規(guī)條件下汽化冷卻只適用于高溫冷卻對象。加熱爐的冷卻構(gòu)件采用汽化冷卻時，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)(1)節(jié)約水資源汽化冷卻的耗水量比水冷卻少得多。 因?yàn)槊抗锼鋮s時的總熱量大大超過水冷卻時所吸收的熱量。(2)(2)能量循環(huán)利用，環(huán)保工業(yè)水冷卻時，由冷卻水帶走的熱量全部損失，而采用汽化冷卻所產(chǎn)生的蒸汽，則可供生產(chǎn)、生活方面使用，甚至可以用來發(fā)電。(3)(3)采用水冷卻時，一般使用工業(yè)