摘要：随着钢铁行业的快速发展，提高产品质量，利用钢铁企业现有附产煤气、节约能源、保护环境已成共识。蓄热高温燃烧技术作为一种选择，越来越得到广泛的应用。蓄热式燃烧技术具有高效、节能的优点，其NOx 的排放也能有效控制，能较大限度的回收利用钢铁企业附产煤气和降低轧钢加热工序能耗，减少企业附产煤气的放散和NOx 的排放，从而减少环境污染。在一定条件下，蓄热式燃烧技术的优点是常规燃烧技术所无法取代的。
关键词：高炉煤气；高效蓄热式加热炉；
高炉煤气是高炉炼铁比例最大的副产物，是经过预热的空气与焦炭、铁矿石燃烧过程中产生的一氧化碳、二氧化碳、甲烷结合体，高炉炼铁过程中产生的高炉煤气通常占据高炉炼铁能源供应量的50%，若直接将高炉煤气排放非常可能导致大气污染，且会对能源造成大量的浪费，因此钢铁产业想要实现节能降耗、降低运营成本必须对高炉煤气作为能源进行二次利用。当前高炉煤气再利用主要方向为发电、充作能源，其中作为高效蓄热式加热炉能源是高炉煤气最佳二次利用途径。
一、高效蓄热燃烧的工作原理
高炉煤气是钢铁生产流程前置炼铁过程的重要副产物，预热后的空气与焦炭、铁矿石燃烧过程中产生的一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氢气、氮气结合体，其中一氧化碳和甲烷、氢气可燃，但一氧化碳含量仅占单位高炉煤气的25%，甲烷和氢气的含量较小可以忽略不计，二氧化碳和氮气有阻燃效果，二氧化碳含量约为15%，氮气含量约为55%，因此高炉煤气的发热值有限，仅为1400~1500℃，较燃料发热值有一定距离，需要经过预热后才可满足作为燃料进行二次利用的要求，且高炉煤气中灰尘含量不可忽视，利用过程中容易因灰尘造成空气阻力增大和加热炉风口堵塞。一个燃烧单元至少由一对烧嘴、蓄热体和一套气体切换阀和相关控制系统组成。烧嘴和蓄热体成对出现，在一个烧嘴的助燃空气通过蓄热体燃烧供热时，另一个烧嘴充当排烟角色，同时加热蓄热体。当这个蓄热体充分加热后，切换系统动作使系统反向运行。蓄热器中的蜂窝蓄热体单位体积的蓄热量较大，蓄热体的耐用强度较好，堵塞及破碎后便于更换。正常工作的换热对换向阀（烟气和空气的切换装置）要求较高，其可靠性和耐久性都很重要，假设每150s 换向一次，则一年要换20 多万次，现在国内外较通用的是四腔四通换向阀。
二、高炉煤气在高效蓄热式加热炉的应用
1.采用了新型的蓄热式加热燃烧技术。一般来说，加热合金钢对炉温的要求相对较高。在合金钢坯中心温度达到500 ～ 550 ℃以前要求缓慢加热，避免钢坯因内外温差过大而出现温度应力产生的裂纹，当达到500 ～ 550 ℃以后则要求快速加热，缩短加热时间，以减少氧化烧损和表面脱碳。加热炉按炉长方向划分为预热段、加热段和均热段三个部分。预热段不设置烧嘴，炉顶压低充分利用炉内热量，加热段采用普通的亚高速烧嘴，而在炉温要求较高的均热段采用煤气、空气双预热的蓄热式燃烧器。新型蓄热式燃烧技术为加热炉烧单一高炉煤气提供了一条切实可行的新途径，通过蓄热室可以把空气和煤气双双预热到1000 ℃以上。实践证明，只要把空气单预热到1000℃，就相当于把空气预热到550 ℃同时把煤气预热到450℃的效果；而煤气单预热到1000 ℃就超过空气预热到550 ℃加煤气450℃的效果；煤气单预热到1050℃，就能基本满足炉温的要求；煤气和空气都预热到800 ℃以上时，其理论燃烧温度超出实际需要值100 ℃。在实际使用中加热炉采用蓄热室分别预热空气和煤气，使空气和煤气温度双双达到800 ℃以上是非常容易实现的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆所采用的蓄热式燃烧器主要特点如下：（1）其结构形式类似于一般烧嘴，能直接安装在炉子侧墙上，并保持原炉墙厚度，而不要像墙内通道式蓄热炉那样将炉墙加厚至1m 多。（2）煤气蓄热式燃烧器与空气蓄热式燃烧器在炉外分开布置，使空气与煤气通道截然分开，完全避免了煤气与空气互串的危险。（3）蓄热式燃烧器中采用蜂窝蓄热体，它具有表面积大、耐高温、耐急冷急热性好、导热性能好、更换容易等优点。高效蓄热式加热炉内部结构更加简单，采用了整体性浇注的铸造方式，使得蜂窝蓄热体的装入与卸出都非常方便。（4）每个燃烧器前的煤气和空气连接管上都装有手动调节阀，从而使得各个燃烧器能按需要进行调节。
2.加热段采用普通烧嘴。对炉温要求较低的加热段采用普通烧嘴，通过设置在烟道中的金属换热器对空气和煤气进行双预热。加热段采用普通烧嘴可以较容易地将加热段调整为适合要求的炉温，实现钢坯要求的加热温度和相应的炉子产量。为了顺利实现蓄热式燃烧器的换热功能，四腔四通换向阀，是专门供工业炉窑空气、煤气与烟气系统集中换向使用的。阀采用立式双列布置，共四通道，采用液压或气压驱动，上部通道为空气（煤气）入口，下部通道为烟气出口，左右通道分别接蓄热室。阀瓣与阀座采用平面密封，阀座上镶有耐温耐腐蚀特种密封材料，具有一定密封补偿性能，上下阀瓣采用柔性连接，因此密封可靠。左右两组阀通过一连杆由液压缸（或气缸）驱动同时动作，对角两密封面可通过调整连接杆及驱动杆上的螺纹达到同时可靠密封。两只驱动油缸一次动作只使用其中一只，并只使用无杆腔，两缸交替动作，可使两边作用力及动作速度相同。换向阀何时换向由整个燃烧系统要求决定，可以通过时间控制，也可以通过温度控制。在均热段设两个四腔四通换向阀分别对空气-废气系统和煤气-废气系统进行定时换向，每150s 切换一次。换向装置由一套专门的控制系统进行控制，可以实现自动定时换向和手动换向，换向系统的各设备按逻辑程序动作，并进行自动安全保护。为确保换向安全，煤气系统四通阀的进口煤气管道上安装有与四通阀有联动关系的煤气关断蝶阀。
3.高炉煤气在高效蓄热式加热炉中应用效率更高，但仍然存在一定的问题，例如高效蓄热式加热炉经过热量交换最大程度利用高炉煤气热值后，自烟囱出口排出的烟气温度较低（低于130℃），实际操作中容易出现低温烟气于烟囱出口结露腐蚀烟囱的问题；在使用高炉煤气的加热炉上采用蓄热式燃烧技术，因能够将常规燃烧加热炉无法利用的高炉煤气进行利用，尽管同样存在投资增加、维护成本和维护量增加，但因利用了常规燃烧加热炉无法使用的高炉煤气，其经济效益显而易见，这也是当前蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉上的最大优势。高炉煤气的烟气中含有的大量灰尘容易对频繁动作的部件构成磨损，换向阀换向频繁容易出现问题从而影响正常生产，高效蓄热式加热炉必须经换向阀换向才能正常工作。
结束语：高炉煤气这种低热值煤气也能迅速充分燃烧，火焰相当均匀，高温炉气均匀充满整个炉膛，炉温和钢温差距缩小，钢坯加热十分均匀，黑印和氧化烧损都大大减少。无论从加热工艺、设备可靠性和运行安全性上都能够达到预期效果，尤其是热效率高、加热质量好、运行成本低，各项指标都有大幅度提高。高炉煤气单蓄热烧嘴在板坯加热炉上的应用，大大降低了板坯加热炉的氧化烧损和能耗，取得了显著的经济效益和社会效益，对提高金属收得率、提高钢材表面质量作出了重要贡献。
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论文作者:杜志刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：蓄热论文; 煤气论文; 高炉论文; 加热炉论文; 空气论文; 高效论文; 炉温论文; 《基层建设》2019年第32期论文;