多孔介质燃烧技术在室式加热炉的设计与应用

郭水华,饶文涛

（宝山钢铁股份有限公司研究院,上海  201900）

摘要：介绍多孔介质燃烧技术的工作原理及多孔介质燃烧特性、多孔介质燃烧技术在一座 室式炉上的应用改造方案,重点介绍了多孔介质燃烧器在室式炉上的布置设计、燃烧系统管道 的设计以及多孔介质燃烧控制系统的设计。多孔介质燃烧技术在室式加热炉上的应用效果表 明：多孔介质燃烧技术不仅可以提高炉温均匀性,而且节能效果显著,可以减少燃气消耗 25% 以上。

关键词：多孔介质燃烧技术；室式加热炉；温度均匀性

中图分类号：TG307 文献标志码：B  文章编号：1008－0716（2011）03－0023－04 doi：10．3969/j. issn. 1008－0716．2011．03．005

T hedesignandapp lica t ionof the p orousmedium combust ion technology inachamberrehea t ing furnace

GUOShuihuaand RAOW en tao

(R esearch Inst itu te, B aoshan I ron& Steel C o. , Ltd. , Shanghai 201900，C hina)

A bstract: Theworking p rincip le and characteristics of the porousmedium  combustion technology areintroducedin this pap er. Theapplicationandmodificationschemeof the porous mediumcombustion technology for thechamberfurnaceis p resented. Thearrangement designof the porousmediumburnerfor thechamberfurnace, thedesignof thecombustionsy s tem p ip elineand thecombustioncontrolsy s temarefocusedon. Theapplicationresultsshow that the porousmedium combustion technology cannot only imp rove thefurnace temp eratureuniformity,but alsoachievean obviousenergy-saving effect. Thefuelconsumptioncanbereducedby 25% a t least.

K ey words: porousmedium combustion(PMC) technology;  chamber reheating furnace; temp ertureuniformity

宝钢研究院从 2007年起针对多孔介质燃烧 技术开展了多项研发工作：多孔介质材料工艺制 备技术研究、多孔介质燃烧技术的燃烧试验研究 以及多孔介质燃烧技术的中试试验研究,目前已 经具备了工业化试验的条件。为了更加深入地研 究多孔介质燃烧技术,并且验证该技术在钢铁工 业炉应用的可行性,宝钢研究院从 2009年开始进 行了多孔介质燃烧技术的工业试验研究。本文主 要介绍多孔介质燃烧技术的工业试验研究,即多 孔介质在室式加热炉上的设计与应用。

1 多孔介质燃烧系统设计

1．1 多孔介质燃烧工作原理

传统的燃气燃烧一般主要是以自由火焰为特

征的空间燃烧,多孔介质燃烧则是在惰性多孔介

质材料内,即在限定的小空间内燃烧。多孔介质

材料主要有陶瓷球颗粒填充床多孔介质与泡沫陶

瓷多孔介质。本文研究泡沫陶瓷多孔介质,其内

燃烧示意图如图 1所示。预混气从下向上流动,

先流经图中 A区,A区主要是用来阻止火焰回传

和分布气流,预混气穿过 A区后进入 C区燃烧,

燃烧后的烟气从 C区上面排出。

（2）为了便于多孔介质烧嘴的布置及安装, 将原有炉子的拱顶结构拆除,改为平顶,采用全纤  维耐火材料吊顶结构。

图 1 泡沫陶瓷多孔介质燃烧示意图

F ig. 1 Schematicdiagram of thefoam

ceramic porousmedium combustion

传统的燃气燃烧方式的火焰面附近温度梯度

大,局部高温区会生成 NOx ; 而且燃烧反应的完成

需要有较大的空间,使燃烧设备体积庞大,其应用

受到空间限制；配套的换热器主要以烟气辐射和

对流进行热交换,传热系数小,热效率较低；受燃

烧稳定性的限制,燃烧器负荷调节比较小。

多孔介质燃烧是一种新型的燃烧技术,换热

以高温固体介质的辐射为主,大大提高了传热效

率。克服了自由燃烧技术的不足,具有燃烧速率

高、燃烧稳定性好、负荷调节比大、容积热强度大、

燃烧器体积小、燃气适应性好、烟气中污染物排放

量特别低、燃烧极限变宽、可燃用热值很低的燃气

等优点。

1．2 多孔介质燃烧系统的设计

1．2．1 室式加热炉应用多孔介质燃烧技术情况

室式加热炉原有的炉顶为拱顶结构,在炉顶

安装了 2只天然气平焰烧嘴,出钢温度 1000~

1250℃ ,天然气热值 32．65MJ/m3。

1．2．2 多孔介质燃烧管道及炉体改造方案设计

在尽量少改动原有结构的原则下,室式炉改

造方案如下。

气流量的自动调节。

2 应用效果及经济效应分析 2．1 炉温均匀性

在完成新型多孔介质烧嘴安装改造后,按照 GB/T9452－ 2003的要求,对加热炉进行 9点测 温的炉温均匀性测试。同时按照工艺保温,保温 时炉温设定值为 960℃ ,在保温结束前 30min进 行数据采集和记录。从图 5中可以看出 9个测点 的炉温均在 960℃上下,偏差范围基本在 10℃左 右,炉子温度均匀,很好地满足了生产工艺要求。

图 4 室式加热炉检测控制流程图

F ig. 4 F lowchart of thedetectionandcontrolof thefurnace

室式加热炉主要检测控制项目如下：

（1）炉温检测。采用热电偶采集现场温度数

据,温度记录仪显示记录温度数据。热电偶安装

位置如图 4中炉温 1～3检测所示。

（2）炉压检测。采用微差压变送器检测现场

数据,数字压力显示表显示压力数据。系统配置

1个微差压变送器安装在炉顶中央,如图 4中炉

压检测所示。

（3）空气、煤气压力检测。空气、煤气的压力

对实现稳定燃烧十分重要。系统配置 2个压力变

送器分别检测空气、煤气压力。

（4）空气、煤气流量检测。空气、煤气流量检

测对实现煤气的充分燃烧十分重要。系统配置 1

个孔板流量计检测空气流量,一个涡街流量计测

量煤气的流量。

（5）煤气流量控制调节。采用手动、自动结

合的方式。在煤气总管上安装一个手动闸阀,可

以实现煤气流量的手动调节。另外安装一个快速

切断阀,在特殊情况下可以快速切断煤气；安装一

个流量调节阀,实现煤气流量的自动调节。

（6）空气控制调节。采用手动与自动结合的

方式。在空气总管上安装一个手动闸阀,实现空

气流量的手动调节；安装一个流量调节阀,实现煤

比较改造前后天然气消耗数据,可以明显看  出：多孔介质烧嘴改造后天然气节气量为 25％以  上。另外,未改造前为了使炉膛温度均匀,烘炉时  间长达 4h以上；而采用多孔介质烧嘴改造后炉  膛均匀性良好,炉子从常温升温到 960℃ 只需  2h,大大缩短了炉膛升温时间,减少了能源消耗, 提高了生产效率。

分析原因,可能有两点：①应用多孔介质燃烧 技术后,辐射传热加强；②应用多孔介质燃烧技术 后,通过对炉膛内部结构的优化,即降低炉膛高 度、缩小炉膛宽度、用玻璃纤维内衬替代原有炉衬 等措施,大大提高了炉膛的紧凑性。

3 结论

本次多孔介质燃烧技术在室式加热炉上的应 用为国内首次多孔介质燃烧技术在工业炉上的应 用,从应用效果看,可以得到如下结论：

（1）多孔介质燃烧技术节能效果显著,可以 达到 25％以上；

（2）通过合理的设计多孔介质燃烧器喷口形 状及布置多孔介质燃烧器位置,可以使炉温均匀 性得到显著提高；

（3）应用多孔介质燃烧技术可以使加热炉的 设计更加紧凑,烘炉时间减少,加热速率提高,能 源消耗减少。

参  考  文  献

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（收稿日期：2010－11－01）