吕 波（黑龙江省龙钢鑫达股份有限公司，黑龙江 伊春 153000）
摘& 要：蓄热是燃烧技术也叫蓄热是换热燃烧技术，是一项古来的换热方式。本文简述蓄热式燃烧技术的工作原理及其在轧钢加热炉的应用，为蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉上的更好应用提供参考。
关键词：蓄热式燃烧技术；轧钢加热炉；应用
&&&&&&& 蓄热式燃烧：采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换空气或气体燃料与烟气，使之流经蓄热体，能够在最大程度上回收高温烟气的显热，排烟温度可降到180℃以下，可将助燃介质或气体燃料预热到1000℃以上，形成与传统火焰不同的新型火焰类型，并通过换向燃烧使炉内温度分布更趋均匀。
&&&&&&& 蓄热式燃烧技术，确切地应称为蓄热式换热燃烧技术。这是一项古老的换热方式，十九世纪中期就在平炉和高炉上采用延续至今。轧钢系统的初轧钢锭加热炉以蓄热式均热炉最为节能，并且采用的就是低热值的高炉煤气为燃料。终因其蓄热室占用车间面积大，换向时间长，操作复杂，逐渐被中心换热均热炉和上部单侧烧嘴均热炉所取代。此后，蓄热式换热技术远离了轧钢系统的加热炉。蓄热式换热技术，属不稳态传热，利用耐火材料作载体，交替地被废气热量加热。再将蓄热体蓄存的热量加热空气或煤气，使空气和煤气获得高温预热，达到废热回收的效能。
&&&&&&& 1 蓄热式燃烧技术的工作原理
&&&&&&& 蓄热式燃烧技术是利用蓄热室热交换原理，排烟时，高温烟气通过蓄热体储存热能；供气时，蓄热体释放热能，把助燃空气和煤气预热到一定的温度；从而大幅度降低加热炉燃料消耗，是提高加热炉热效率、节能、环保的新技术。
&&&&&&& 2 蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉上的应用
&&&&&&& 江阴兴澄特种钢铁有限公司是一家年产600万吨的特殊钢生产企业。二十一世纪以来，为了降低生产成本，公司新建了多座炼铁高炉。针对高炉煤气的排放所产生的环境污染及能源上的巨大浪费，公司从2002年开始，开始在轧钢加热炉上尝试使用高炉煤气作为燃料，利用蓄热式燃烧技术，对助燃空气和高炉煤气进行双蓄热，取得了巨大的成功。目前，公司滨江厂区内的五条轧钢生产线共9座加热炉，全部采用高炉煤气为燃料的蓄热式燃烧技术对钢坯进行加热，彻底取代了燃煤、燃油及天然气，取得了巨大的社会效益和经济效益。
&&&&&&& 3 蓄热式燃烧技术使用过程中的各种问题及处理
&&&&&&& 蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉的大量使用是本世纪才开始，缺少必要的理论指导。江阴兴澄特种钢铁有限公司在蓄热式燃烧技术的探索和使用过程中也出现了不少问题，通过公司热能工程技术人员的不屑努力，均得到了有效的解决。
&&&&&&& 3.1炉膛压力的控制。
&&&&&&& 加热炉在运行过程中必须维持一个进出炉膛的气体的体积平衡，体积平衡了，加热炉的炉膛压力才能维持在一个合适的水平。江阴兴澄特种钢铁有限公司在蓄热式燃烧技术使用的前期，炉膛压力问题一直困扰着热能工程技术人员，特别是在蓄热体使用的后期。炉膛压力过高，直接导致了炉体串火、烧坏炉体、烧坏设备、浪费能源、污染环境等问题。
&&&&&&& 蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉上的应用讲究的是一个蓄热和排烟的能量平衡。由于排烟温度的限制，在排烟能力一定的情况下，只有通过提高蓄热能力来实现。提高蓄热能力可以通过提高蓄热体的蓄热能力和增加蓄热体的安装量来实现。3500炉卷蓄热式加热炉设计蓄热体安装量为81m3，炉膛压力控制在10~50Pa，炉压自动控制功能实现。
&&&&&&& 3.2温度均匀性的控制。
&&&&&&& 通常的蓄热式加热炉都是采用单侧燃烧的方式，当一侧供气燃烧时另外一侧则排烟，然后按照一个设定的换向周期进行变换，最终实现钢坯的加热。受到外网供气压力、管线压损、烧嘴流速、烧嘴喷角、燃烧控制等方面的影响，燃气在炉内燃烧时，火焰的长度不足，直接导致了炉宽方向上钢坯温度的不均匀，影响轧制。
&&&&&&& 江阴兴澄特种钢铁有限公司在高炉煤气压力较低的情况下，通过优化烧嘴设计、采用数字化脉冲控制技术等方法很好解决了沿炉宽方向上钢坯的温度均匀性问题，温差由开始的50℃左右到现在的20℃左右。
&&&&&&& 3.3排烟温度超温的控制。
&&&&&&& 为了确保空煤气的蓄热效果和保护换向阀，一般烧嘴后烟气的温度要求在120~180℃。但在实际生产中，由于管路的阻力、各种阀门的破损、蓄热体的使用寿命等因素，每一个烧嘴后的烟气温度高低不一，从而出现排烟温度个别超高的现象。
&&&&&&& 从实际生产的情况来看，定期对管路、换向阀、手阀及蓄热体进行维护，确保其正常工作，同时，在炉膛压力许可的情况下，尽可能降低排烟风机的频率，降低排烟风机差压，可以降低烟气通过蓄热体时的流速，从而使蓄热更充分，最终达到降低排烟温度的目的，效果明显。
&&&&&&& 3.4换向阀使用及检修维护。
&&&&&&& 换向阀是蓄热式加热炉正常运行的关键设备，换向阀的好坏直接影响加热质量和加热炉产能。江阴兴澄特种钢铁有限公司3500炉卷蓄热式加热炉采用分散换向的控制方式，换向阀置于加热炉炉顶，共计168个，加热炉换向频率为60秒。
&&&&&&& 为了保证换向阀的正常使用，必须做到以下几点：
&&&&&&& 首先，在仪表压缩空气总管和各段支管上加气动三联件，保证仪表压缩空气的清洁使电磁阀能正常动作，同时，对气缸进行加油润滑。
&&&&&&& 其次，定期对气缸及换向阀阀体进行加油。
&&&&&&& 再次，控制排烟温度，从燃烧控制程序上确保超温即换向或停烧的办法，保证气缸及换向阀阀体的密封垫和缓冲垫的完好。
&&&&&&& 4 结论
&&&&&&& 由于蓄热体是周期性地加热、放热，为了保证炉膛加热的连续性，蓄热体必须成对设置。同时，要有换向装置完成蓄热体交替加热、放热。到了二十世纪八十年代，解决了蓄热体的小型化和换向时间缩短到以分秒计，才使这项古老的换热技术得以在轧钢系统的连续式加热炉（含步进式加热炉）上重现废热回收的优势，即将空、煤气双预热到1000℃左右，排出废气温度在150℃以下，使废热回收率达到极限值。并且，出现研究高温空气燃烧理论与实践的新领域。
&&&&&&& 4.1轧钢加热炉使用高炉煤气作为燃料，是一项节能、环保的新技术，能产生巨大的社会效益和经济效益。蓄热式燃烧技术具有广阔的市场前景。
&&&&&&& 4.2加热炉采用蓄热式燃烧控制，具有温度均匀性好、热效率高、无局部高温区、氧化烧损低等优点。
&&&&&&& 4.3蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉上的使用缺少必要的理论指导，特别是在烧嘴设计、炉压控制、换向阀制作与控制、蓄热体的制作等方面，需要热能工程技术人员不断的在实际生产中进行总结，不断提高。
&&&&&&& 4.4蓄热式燃烧技术在工业生产中的应用符合国家产业技术政策关于鼓励企业发展循环经济的要求，具有广阔的市场前景。
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蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉的应用
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文献综述 3
1.2国内外发展趋势 4
1.3步进梁式加热炉步进的原理[6] 6
1.4步进式加热炉工艺介绍[7] 8
1.5现代步进梁式加热炉特点[8] 10
1.6加热炉的节能途径 11
1.6.1汽化冷却 11
1.6.2余热回收利用 12
1.6.3改进工业炉的炉体结构[10] 14
1.6.4改进步进式加热炉的控制[11] 16
1.7天然气的特性 17
1.7.1天然气加热炉的优势 17
1.7.2天然气特征和性质 18
1.7.3天然气的燃烧特性 18
1.7.4天然气加热炉应用实例 19
1.8本章总结 19
设计方案 20
设计原始数据 20
设计方案 21
炉型的选择 21
装出料方式 21
供热方式 21
烧嘴的布置与选型 21
2.2.5排烟方式 22
2.2.6 换热器结构 22
2.2.7炉子主要部位砌筑材料和厚度 22
2.2.8 步进机械 23
2.2.9 炉体的钢结构 23
2.2.10水梁绝热 23
2.2.11热风管道的绝热包扎 23
3．热工计算 25
3.1 原始技术数据 25
3.1.1 天然气干成分 25
3.1.2 空气预热温度
t空 450℃ 25
3．2 热工计算 25
3.2.1 燃料燃烧计算 25
3.2.2 炉膛热交换计算 27
3.2.3 炉长及加热时间的确定 30
3.2.4 炉膛热平衡与燃料消耗计算 33
天然气烧嘴的选用 42
3.2.6 空气换热器设计计算 43
3.2.7 空气管路阻力损失计算及鼓风机选择 50
3.2.8 天然气管路阻力损失计算 55
3.2.9 烟道阻力损失及烟囱计算 55
参考资料 62
翻译及原文 63
汉语翻译 63
步进式加热炉前置控制 63
英语原文 69
加热炉是工业窑的一大类别，是指被加热的物料在炉内基本不发生物态变化和化学反应的炉子。对于冶金行业来说，加热炉是指金属压力加工前的加热和金属制品及半成品的热处理等用炉。加热炉是一个复杂的热工设备，它由以下几个基本部分构成：炉膛、燃料系统、供风系统、排烟系
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蓄热燃烧技术在轧钢连续加热炉应用的合理性与适用性上毕业论文
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轧钢加热炉对耐火材料的技术要求
　　轧钢加热炉的炉顶形式分拱顶和平顶两种。拱顶用耐火砖砌筑，一般内层是232mm或300mm厚的耐火砖层，外铺保温层，这种型式只在炉膛宽度小于3m的小炉子上使用。大型炉子都采取平炉顶。早先的平顶是用异形耐火砖吊挂，但自从不定形耐火材料推广使用以来，轧钢加热炉的炉顶就几乎全部使用耐火浇注料或耐火可塑料制作了，典型的耐火浇注料炉顶结构有两种。&&
　　一种为整体浇注结构，施工时，先支好模板，并把锚固转固定到炉顶钢结构上，然后浇注耐火层，注意留好膨胀缝；耐火层上面的保温层使用轻质浇注料。第二种为预制块结构，这种结构出现于不定形耐火材料使用的初期，其优点是便于施工与检修，但用料多，炉顶保温不好，已逐步被整体浇注结构所替代。&&
　　耐火材料在蓄热式加热炉上的应用，90年代后期以来，加热炉用快干浇注料、快干自流浇注料和快干抗渣浇注料。这类材料既保证了低水泥、超低水泥和无水泥浇注料的优良使用性能，还可以快速施工，特别是可以快速烘烤，使整体浇注料的炉体在3～5天以内完成烘烤，而快干抗渣浇注料除了上述特点外，还具有优良的抗氧化铁皮侵蚀特性。
　　蓄热式加热炉是近年来发展起来的一种新式加热炉。蓄热式加热炉最大的特点是高效节能，平均节能率在现有的基础上再提高30％，而且降低了污染物排放量，尤其是NOx排放量，因此，这类加热炉受到了冶金行业的极大重视。&&
　　蓄热式加热炉主要有通道式加热炉、外置式蓄热式加热炉和烧嘴式加热炉三种。同一般的加热炉相比，蓄热式加热炉的燃烧方式、换热方式、换热介质等方面都发生了重大的变化，炉型结构也发生了变化。&&
　　自流浇注料是一种不需要震动即可自行流动成型、找平和脱气的低水泥或超低水泥耐火浇注料。针对不同使用部位选用适合的原料和粒度级配，采用复合超微粉和高效分散剂，以获得较好的施工性能和高温使用性能。自流浇注料适用于施工部位狭窄和形状复杂的部位，如轧钢加热炉炉底水管的包扎、结构特殊的蓄热式加热炉的炉墙，某些需要局部修补和填塞的部位使用自流浇注料也比较方便。&&
　　通道式加热炉的炉体内有许多相互隔离的蓄热室和很多纵横交错的煤气管道或空气管道，用传统的振动成型浇注料浇注的蓄热室，由于普通耐火浇注料的级配不尽合理，又多用水泥结合，存在着中温强度下降、线收缩大、体积稳定性差等不足，经过一段时间的使用后容易出现开裂，使得蓄热室在运行过程中跑风漏气，影响换热节能效果，特别是煤气蓄热室一旦漏气还会给生产带来安全隐患。普通浇注料在施工过程中使用振动设备来使材料产生流动，以达到所要求的填充效果，但是在蓄热室炉墙这种空间狭窄、形状复杂的部位（炉墙为多层结构，分层施工，每层厚度仅100mm左右），振动设备无法使用，用自流浇注料便很好地解决了这一问题。
　　水冷管包扎采用快干自流浇注料。水冷管包扎部位由于材料厚度小，一般在40～60mm，若采用浇注料，很难振动充分，从而影响材料的整体性和强度，采用快干自流浇注料，不仅材料可以自行充填致密，材料的整体和强度能保证，而且易于施工和烘烤。
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