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加熱爐蓄熱體堵塞原因分析及解決方法

來源:|作者:金瑞 |發(fā)布時間:2021-03-26 |次瀏覽
蓄熱體有陶瓷小球、蜂窩體之分。陶瓷小球一般直徑為8~32mm,比表面積600m2/m3,材質(zhì)有莫來石、高鋁、粘土;蜂窩陶瓷蓄熱體目前廣泛使用的幾何尺寸大多為100mm100mm,蜂窩孔尺寸為4m
蓄熱式加熱爐采用的空氣、煤氣預熱方式和排煙方式,充分利用煙氣中的熱量,通過蓄熱裝置將空氣、煤氣預熱到1000℃左右,排煙溫度降至200℃以下,改變常規(guī)加熱爐預熱溫度低、排煙溫度高、熱效率低的難題。蓄熱式加熱爐可以將熱值較低的高爐煤氣作為加熱燃料,燃燒充分、熱效率可達65%以上,節(jié)能效果非常顯著,是目前軋鋼廠主要的節(jié)能措施和發(fā)展方向[1]。
包鋼長材廠1#線加熱爐為2013年改建投產(chǎn),采
用流行的爐型———空氣、煤氣雙蓄熱燒嘴式加熱爐,發(fā)揮了自動化程度高,噸鋼燃耗低,排放污染低的勢,但投產(chǎn)一段時間發(fā)現(xiàn)一些工藝技術(shù)問題,如換熱效果下降,爐壓大,噸鋼燃耗升高。打開蓄熱燒嘴發(fā)現(xiàn)蓄熱體堵塞嚴重,換蓄熱體5個月后這些問題又陸續(xù)出現(xiàn)。針對這一問題,進行深入調(diào)查研究,采取一系列工藝化和技術(shù)改進措施,將蓄熱體換周期延長到12個月以上,現(xiàn)該加熱爐運行狀態(tài)良好。
1蓄熱式加熱爐的工作原理
蓄熱燒嘴一般成對工作,空氣、煤氣經(jīng)過換向器進入一側(cè)蓄熱燒嘴,通過蓄熱體時常溫的空氣、煤氣被加熱到1000℃左右進入爐內(nèi)進行彌漫混合燃燒,產(chǎn)生的高溫煙氣通過另一側(cè)蓄熱燒嘴將熱量傳遞到蓄熱體上,煙氣溫度由1100~1200℃降到200℃以下,由引風機排出廠房外。經(jīng)過40~90s
時間,換向器將蓄熱燒嘴在工作狀態(tài)Ⅰ和Ⅱ(圖1)之間自動轉(zhuǎn)換使一個處于燃燒狀態(tài),而另一個處于排煙狀態(tài),就這樣往復,從而將高溫煙氣中90%的熱量由空氣及煤氣重新帶入爐內(nèi),從而達到高效節(jié)能的目的[2]。
蓄熱式加熱爐工作原理圖
2蓄熱體
蓄熱體有陶瓷小球、蜂窩體之分。陶瓷小球一般直徑為8~32mm,比表面積600m2/m3,材質(zhì)有莫來石、高鋁、粘土;蜂窩陶瓷蓄熱體目前廣泛使用的幾何尺寸大多為100mm×100mm,蜂窩孔尺寸為4mm×4mm,壁厚1mm左右,比表面積1000m2/m3。材質(zhì)主要有剛玉、高鋁、堇青石等(圖2)。
常見蓄熱體形態(tài)
蓄熱體的布置按照氣體流經(jīng)蓄熱體的方向分為豎流與平流。豎流式存在氣體進入蓄熱室下方集氣箱后由下而上流經(jīng)蓄熱體,易引起氣流分布不均的缺點,而平流式具有氣體通過蓄熱體時壓力損失小、基本沒有偏流現(xiàn)象的點。
長材廠1#線加熱爐選用的蓄熱式燒嘴是近年來國內(nèi)較為先進的燃燒設備,蓄熱體孔型為蜂窩正六邊形,按孔徑分為4mm(空氣)和5mm(煤氣)兩種規(guī)格,壁厚1mm,材質(zhì)為剛玉莫來石。蓄熱體在蓄熱裝置內(nèi)為平流布置,排煙效果好,沿程阻力損失少,蓄熱體蓄熱、放熱均勻平穩(wěn),熱效率高。但由于蓄熱體蜂窩孔徑較小,在使用時易造成堵塞,影響加熱爐的正常工作和節(jié)能效果。
3蓄熱體堵塞原因分析
蓄熱體堵塞物從現(xiàn)場實際檢查發(fā)現(xiàn)有泥狀混合物、粉塵板結(jié)塊、氧化鐵皮板結(jié)塊、耐火材料粉塵板
結(jié)塊,煤氣雜質(zhì)混合物等,原因分析如下。
(1)爐膛壓力控制不當、調(diào)節(jié)滯后。爐膛壓力對加熱爐運行十分重要,爐壓過小會造成煙氣中粉塵增多,特別是停軋檢修時,沒有采取正確的調(diào)整方法,沒有及時關(guān)小各段排煙總閥及排煙風機的控制閥門,造成抽力相對、爐膛壓力長時間過低,將爐內(nèi)大顆粒粉塵尤其是氧化鐵皮粉末吸入蓄熱體,與蓄熱體形成低熔點化合物后,再與廢氣中的灰塵結(jié)合,造成堵蓄熱體堵塞,見圖3(a)。
(2)排煙溫度控制不合理。排煙溫度過低,造成煙氣中的水蒸汽通過蓄熱體后液化留存于蓄熱箱內(nèi)與煙氣中的粉塵混合形成泥滴,一部分沉積在蓄熱體外側(cè)下部,逐漸增多,另一部分在換向時進入蓄熱體因溫度升高泥滴發(fā)生板結(jié),粘附在蓄熱體上,堵塞蓄熱體;排煙溫度過高,蓄熱體在換向周期內(nèi)不能降到合理溫度,將蓄熱體內(nèi)的低熔點物質(zhì)融化、板結(jié),進而將蓄熱體燒損、破碎,煙氣通過,造成粉塵聚集堵塞蓄熱體,見圖3(b)。
堵塞后的蜂窩蓄熱體
(3)爐內(nèi)燃燒時空燃比控制不合理??杖急瓤刂撇缓侠?,造成煤氣不能完全燃燒,特別是煤氣熱值或壓力波動時調(diào)整不及時或調(diào)整錯誤,爐內(nèi)未燃燒的煤氣進入蓄熱體內(nèi)燃燒,燃燒產(chǎn)物直接凝結(jié)在蓄熱體壁上,并將蓄熱體內(nèi)的低熔點化合物燒化,將蓄熱體燒損、破碎,堵塞蓄熱體。
(4)煤氣內(nèi)雜質(zhì)過多。包鋼長材廠1#線加熱爐使用的為髙、焦混合煤氣。其中焦爐煤氣因成分復雜,凈化后仍然含有焦油、苯、含硫化合物、水蒸汽等雜質(zhì),在進入蓄熱裝置時沉積在蓄熱體上,經(jīng)過換向過程,可燃成分燃燒將產(chǎn)物與不可燃成分燒結(jié)在蓄熱體上,堵塞蓄熱體[3]。
(5)蓄熱體安裝、縫隙封堵不規(guī)范。蓄熱體安裝時,安裝錯誤造成“斷路”使煙氣排放通道,粉塵聚集堵塞蓄熱體;蓄熱體組合時,選擇尺寸錯誤造成蓄熱體之間出現(xiàn)大量縫隙,形成局部“突擴管”煙氣通過時產(chǎn)生渦流,局部阻力,煙氣流速放緩,造成粉塵顆粒沉積,堵塞蓄熱體。蓄熱體安裝后,上部縫隙封堵不嚴密,從而縫隙變成微煙道,煙氣有從阻力小的通道通過的特性,因此一定量煙氣從上部縫隙處竄出,易燒壞燒嘴箱體結(jié)構(gòu),致使蓄熱體排煙不均勻,蓄熱體上部煙氣速度快,而蓄熱體下部煙氣速度慢,較大的粉塵顆粒易沉積與蓄熱體粘連,造成蓄熱體堵塞。
(6)加熱爐檢修后爐膛雜物多。加熱爐檢修后,爐膛清理不,尤其是石棉氈等含有纖維的保溫材料沒有清理干凈,爐溫升高后將其燒成粉狀,蓄熱燒嘴工作時,吸入蓄熱體的纖維粉末變成了過濾網(wǎng),不斷地阻擋粉塵,后造成蓄熱體完全堵塞。
4蓄熱體堵塞的危害
蓄熱體是空氣、煤氣進入爐內(nèi)燃燒和爐內(nèi)煙氣排出爐外的通道,也是實現(xiàn)常溫空氣、煤氣與高溫煙氣進行熱交換的媒介,因此蓄熱體堵塞后直接影響加熱爐正常工作,降低加熱爐熱效率。
(1)蓄熱體堵塞后,爐壓調(diào)節(jié)困難,正常生產(chǎn)時爐壓經(jīng)常為50Pa以上。爐壓過大時將有大量高溫爐氣溢出爐外,惡化勞動環(huán)境,縮短加熱爐壽命。當爐壓為+10Pa時,100mm直徑的孔洞逸氣熱損失為380000kJ/h。爐內(nèi)大量本應供給鋼坯的熱量溢出損失,造成燃料用量的增加,噸鋼燃耗居高不下[4]。
(2)蓄熱體堵塞后,換熱面積減少,煙氣換熱量減小,外排熱量增加,熱效率下降,排煙溫度高,經(jīng)常報警,控制困難,蓄熱裝置時常因溫度報警自我保護而停止工作,影響加熱爐的正常生產(chǎn)。
(3)蓄熱體堵塞后,換熱面積減少,空氣、煤氣獲得的熱量減少,無法達到預熱溫度,加熱爐升溫困難,被迫需要高熱值的焦爐煤氣,進一步堵塞蓄熱體形成惡性。
5蓄熱體堵塞解決方法
5.1化操作
(1)生產(chǎn)操作時,嚴格貫徹熱工制度,及時調(diào)整排煙閥門的開啟度,特別是停軋檢修時,在減少空氣、煤氣用量的同時要將各段的排煙閥門關(guān)小,必要時要將排煙風機的控制閥關(guān)小,減小排煙風機的相對抽力,使加熱爐爐壓保持在30~35Pa之間,阻止爐內(nèi)大顆粒粉塵及氧化鐵皮顆粒吸入蓄熱體,同時還能避免冷空氣進入爐內(nèi)增加鋼坯燒損。
(2)正常生產(chǎn)時,合理的控制蓄熱箱的排煙溫度,具體操作方法:①根據(jù)各個排煙管道上熱電偶的溫度,調(diào)整每組蓄熱箱的排煙檢修閥,保證各組蓄熱箱排煙溫度差值在10℃以內(nèi)。②根據(jù)各段空氣、煤氣的配比統(tǒng)一調(diào)節(jié)各分段排煙閥門,將排煙溫度控制在(140±10)℃范圍內(nèi),這樣就避免調(diào)節(jié)排煙總閥時,蓄熱箱之間排煙溫度相差過大,出現(xiàn)個別蓄熱箱排煙溫度過低或過高的情況。③日常巡檢時要經(jīng)常用測溫槍現(xiàn)場測量蓄熱箱的實際溫度,發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整排煙檢修閥,保證排煙溫度均勻、準確。
(3)工作中根據(jù)實際情況選擇合理的空燃比,
保證爐內(nèi)煤氣能夠完全燃燒,并注意煤氣壓力和熱值情況,發(fā)現(xiàn)煤氣壓力、熱值出現(xiàn)波動應及時調(diào)節(jié)空氣、煤氣用量及各段排煙總閥,嚴禁單調(diào)空氣或單調(diào)煤氣。煤氣壓力及熱值升高時:首先調(diào)節(jié)排煙總閥,將爐壓控制在25Pa左右,然后依次調(diào)節(jié)煤氣閥、空氣閥,后再將爐壓調(diào)節(jié)到30~35Pa之間,在調(diào)節(jié)空氣、煤氣配比時多余的煤氣進入蓄熱體內(nèi)燃燒。煤氣壓力及熱值降低時:首先調(diào)節(jié)排煙總閥,將爐壓控制在40Pa左右,然后依次調(diào)節(jié)空氣閥、煤氣閥,后再將爐壓調(diào)節(jié)到30~35Pa之間,在調(diào)節(jié)空氣、煤氣配比時爐內(nèi)煙氣量減少過多,造成排煙
風機抽力相對,將大顆粒粉塵吸入蓄熱體。
5.2技術(shù)改進措施
(1)改造蓄熱體前的過濾網(wǎng),選擇過濾效果好、壽命長的不銹鋼網(wǎng)。
(2)在滿足軋制要求的同時按照熱工制度,選擇低熱值的混合煤氣,盡量減少焦爐煤氣使用量,既能減少煤氣中雜質(zhì)帶入量,又能降低噸鋼燃耗,提高經(jīng)濟效益。
(3)加熱爐操作培訓時增加蓄熱體安裝標準、安裝規(guī)范的內(nèi)容,并把親自動手選擇正確蓄熱體尺
寸、正確組合蓄熱體作為學習重點,做到能夠正確安裝和及時發(fā)現(xiàn)安裝過程中出現(xiàn)的各種錯誤。
(4)檢修前對檢修單位具體負責安裝工作的帶班人員進行詳細的技術(shù)交底和安裝要求說明;檢修時安排技術(shù)好,素質(zhì)高的質(zhì)量檢查員全程進行監(jiān)督、指導,使蓄熱體安裝緊密、無錯誤,上部縫隙層層封堵密實、無遺漏,微煙道、“斷路”、局部“突擴管”現(xiàn)象出現(xiàn);檢修結(jié)束后,將爐內(nèi)雜物特別是含纖維的保溫材料要清理,對噴口磚周圍等重點部位要將灑落的耐火材料清掃干凈,減少蓄熱體的粉塵吸入量。
6結(jié)束語
通過操作化及加熱爐熱工制度的嚴格執(zhí)行,目前包鋼長材廠1#線加熱爐運行狀態(tài)良好,正常生產(chǎn)時噸鋼燃耗控制在1.05GJ/t以下。采用技術(shù)改進措施,提高加熱爐檢修、維護質(zhì)量,蓄熱體換周期延長到12個月以上,檢修時也有一部分蓄熱體沒有堵塞,只需換外側(cè)的兩層蓄熱體即可,有效降低了加熱爐維護成本,提高了生產(chǎn)效率,了工人勞動強度,取得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。