熱扎加熱爐情況及改造方案

 現(xiàn)有工況

① 爐型：步進(jìn)式板坯加熱爐 （共8臺(tái)套，只考察其中近期改造部分）

② 軌距：2250mm

③ 標(biāo)準(zhǔn)板坯尺寸（厚mm×寬mm×長(zhǎng)mm）：250×1650×10000

④ 爐子尺寸（外形尺寸：長(zhǎng)mm×寬mm）：500000×13000

⑤ 爐膛尺寸（外形尺寸：長(zhǎng)mm×寬mm）：500000×11700

⑥ 爐墻厚度：500mm

⑦ 煙道中安裝有空氣換熱器：

⑧ 加熱爐共有預(yù)熱段（16只）、首名加熱段(10只)、第二加熱段（10只）、均熱段（30只），

⑨ 燒嘴布置：上層側(cè)燒嘴12只（雙側(cè)24）、下層側(cè)燒嘴17只（雙側(cè)34只）、均熱段頂裝平焰燒嘴（30只），合計(jì)燒嘴數(shù)量：88只。

① 鼓風(fēng)機(jī)銘牌：

② 燃料：混合煤氣熱值：2000kcal/Nm3

③ 混合煤氣壓力：10kPa

④ 空燃比：1.0（燃?xì)猓?.7（煙氣）：1.9（空氣）

⑤ 理論空氣量：85000÷1.2=70833.33 Nm3/h

⑥ 理論燃?xì)饬浚?0833.33 Nm3/h ÷1.9=44270 Nm3/h

⑦ 平均每只燒嘴的負(fù)荷：503 Nm3/h

⑧ 每只燒嘴負(fù)荷：100×104 kcal/h （約1000KW）

⑨ 熱風(fēng)溫度：450℃

⑩ 煤氣預(yù)熱溫度：250℃（波動(dòng)范圍：200~280）

? 煙道設(shè)有，空氣預(yù)熱器和煤氣預(yù)熱器。

現(xiàn)狀及要求：

目前是外置換熱器的雙預(yù)熱直燃式的燒嘴，煙道加裝了脫硫、脫硝裝置;脫硝在煙道口900°的地方噴入氨水除去Nox，將Nox降到50mg達(dá)標(biāo)后排放，并在排煙道加裝熱水降溫裝置后， 進(jìn)入脫硫塔，用氫氧化鈉除硫后直接排放；

煙道上安裝了2路列管式換熱器可以將熱風(fēng)預(yù)熱至450度，混合煤氣預(yù)熱至250度左右，總的排煙溫度控制在350度左右； 

目前主要采用三種燒嘴，分別為Bloom的蓄熱式燒嘴、后改造的分級(jí)燃燒長(zhǎng)焰燒嘴，以及可調(diào)焰燒嘴；

該項(xiàng)目運(yùn)行良好，爐子的熱效率較高；但在實(shí)際的使用過(guò)程中，隨著國(guó)家政策及市場(chǎng)濟(jì)的發(fā)展，也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題并提出相應(yīng)的要求如下：

熱軋加熱爐目前采用通過(guò)煙道安裝兩套**的換熱器加熱風(fēng)及燃料后用傳統(tǒng)的燒嘴直接燃燒，一方面換熱溫度受限，不能做到充分的節(jié)能；另一方面燃燒形成的火焰溫度高，會(huì)生大量的Nox，這樣在煙氣后期的處理過(guò)程中，脫硝的運(yùn)行費(fèi)用高；

集中換熱必須考濾換熱器的承載溫度，加之熱風(fēng)的傳輸距離長(zhǎng)，燒嘴本身的特性等，這就決定了助燃空氣換熱后比較高為450度左右，即便增加了混合煤氣的另一路換熱，但是排煙道中增加了冷卻風(fēng)，使得排煙量增加，能耗也增加；

 

進(jìn)一步的要求如下：

A：降低脫硝裝置運(yùn)行費(fèi)用，在現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備前題下，脫硝設(shè)備能低負(fù)荷下運(yùn)行甚至是暫停運(yùn)行；

B：進(jìn)一步降低爐子能耗，實(shí)現(xiàn)極限節(jié)能，減少碳排放；

方    案：（VKR先進(jìn)燃燒技術(shù)介紹)

VKR是德國(guó)先進(jìn)燃燒技術(shù)的簡(jiǎn)稱(chēng)。主要采用無(wú)焰燃燒技術(shù)Flox減排,以及多級(jí)微通道換熱技術(shù) Exchanger+節(jié)能

高溫空氣燃燒技術(shù)（High Temperature Air Combustion-HTAC）， 亦稱(chēng)無(wú)焰燃燒技術(shù)Flox或蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)，是90年代以來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始普遍推廣應(yīng)用的一種全新燃燒技術(shù)。它是將高溫空氣噴入爐膛，維持低氧狀態(tài)，同時(shí)將燃料輸送到氣流中產(chǎn)生燃燒?？諝鉁囟阮A(yù)熱到800-1000℃以上進(jìn)入爐膛，并卷吸煙氣后燃燒區(qū)空氣含氧量大程度低于普通的空氣含量，氧氣含量在2%-15%之間。與傳統(tǒng)燃燒過(guò)程相比，高溫空氣燃燒的比較大特點(diǎn)是節(jié)省燃料，減少二氧化碳和氮氧化物的排放，降低燃燒噪音。

高溫空氣燃燒技術(shù)正是在人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)境與能源問(wèn)題的背景下產(chǎn)生的。它的發(fā)展與節(jié)能技術(shù)的發(fā)展密不可分。在余熱不被利用的年代,系統(tǒng)的排氣損失、爐壁熱損失都很大。隨著人類(lèi)思想的進(jìn)步,人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到人類(lèi)的資源是有限的,應(yīng)該節(jié)約能源。長(zhǎng)久以來(lái),人們?cè)度氪罅咳肆ξ锪?指望盡可能多的回收排出燃燒室煙氣所帶走的熱并將其用于加熱助燃空氣。這種高效節(jié)能技術(shù)的研究一步步獲得了成功。而在做到節(jié)能的同時(shí)，還能兼具環(huán)保就是我們先進(jìn)燒燃技術(shù)VKR所致力發(fā)展的方向， 也在成立VKR研究的宗旨；

在實(shí)際的運(yùn)用中，蓄熱式換熱出現(xiàn)了諸多的問(wèn)題。比如陶瓷球或是蜂窩體、換向閥的故障率高，維護(hù)工作量大。造成省錢(qián)不省心的局面；但是間壁式換熱器又不能做到將煙氣溫度換熱至很高的溫度，達(dá)不到比較大節(jié)能的效果； 

VKR用不同材質(zhì)的多級(jí)換熱的方式使之完美的解決，其中一級(jí)換熱采用新型的碳化硅材質(zhì)，可以將1200度以上的溫度換至700°C可以將助燒風(fēng)換熱至接近爐膛的溫度；二級(jí)換熱器采用耐高溫的微通道金屬列管式換熱，工作范圍內(nèi)在400-800°C也正好也是三元催化器的溫度范圍，可以通過(guò)三元催化進(jìn)一步的降低Nox以及H、CO的排放；三級(jí)換熱器的工作范圍在60-350°C之間，采用傳熱性高的銅鋁換熱器，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)冷凝排放，可比較大限度的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排；

間壁式換熱器也存在其他相關(guān)的問(wèn)題，比如：A：換熱器的壓損高，需要更高風(fēng)壓的風(fēng)機(jī)，要求提供高達(dá)10-20Kpa的風(fēng)壓；B：煙道易堵，特別是微通道的列管式換熱器、爐膛的灰塵極易將其堵塞，造成換熱器失效甚至損壞；

解決的辦法是：采用小型化，分散式的節(jié)能、高效的高壓風(fēng)機(jī)，如EBM AMTAK的風(fēng)機(jī)， 一般應(yīng)用于造紙行業(yè)或是冷凝鍋爐，并在排煙管道增加負(fù)壓風(fēng)機(jī)抽吸。由于排煙溫度大程度降低， 使之直接采用普通的風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽吸具有可行性，以此來(lái)解決換熱器壓損高的問(wèn)題，又不至于增加能耗；

VKR先進(jìn)燃燒技術(shù)中心為：

無(wú)焰燃燒LowFlox 降低氮氧化物排放，低于50mg。

多級(jí)換熱ExChange+ 降低排煙溫度節(jié)能

1，采用VKR無(wú)焰燃燒技術(shù)，改造目前正在使用的調(diào)焰燒嘴，在高溫加熱狀態(tài)下膛內(nèi)的溫度超過(guò)850°C時(shí)，啟動(dòng)無(wú)焰燃燒轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（自動(dòng)或是手動(dòng)方式），爐膛內(nèi)的火焰明顯消失，噪音明顯降低，無(wú)高溫區(qū)的形成，整個(gè)爐膛形成一個(gè)彌散式的燃燒狀態(tài)，不易產(chǎn)生Nox實(shí)現(xiàn)排放達(dá)到50mg以下的指標(biāo)；

2，利用現(xiàn)在的調(diào)節(jié)閥門(mén)，可調(diào)節(jié)燃?xì)饬考帮L(fēng)量的大小，控制爐內(nèi)的氧含量，調(diào)節(jié)空燃比例為10.3-10.5:1，煙氣量可減少20%左右，因氣中的氧含量可以至2%以下，一方面減少了煙氣量實(shí)現(xiàn)節(jié)能，另一方面可降低板坯的燒損率；

3，脈沖燃燒方式可大輻度的調(diào)節(jié)溫度；除對(duì)燒嘴進(jìn)行改裝以外，整個(gè)系統(tǒng)以及控制方式及閥件均不改變，比較大限度的利舊保持原來(lái)的系統(tǒng)；

4，需要在低溫狀態(tài)或恢復(fù)到普通模式燃燒，只需啟動(dòng)一鍵式的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)恢復(fù)到原來(lái)的普通模式用于烘爐或是非高溫模式的運(yùn)行；比較大限度的降低改造風(fēng)險(xiǎn)；

5，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)熱裝方式，無(wú)需停爐即可更換燒嘴改裝元件，改裝后的燒嘴不影響現(xiàn)有的全功能，只是增加了在需要時(shí)可屏蔽預(yù)混燃料的功能，直接可以將燃料送入爐膛。可手動(dòng)或氣動(dòng)切換燃燒狀態(tài)；

如下圖示：

調(diào)焰燒嘴及改裝

多級(jí)長(zhǎng)焰燒嘴及改裝

上圖為VKR技術(shù)改造后的燒嘴示意圖

方案：不改變現(xiàn)在的燒嘴結(jié)構(gòu)，只通過(guò)技術(shù)操作及增加可轉(zhuǎn)換的配件。在高溫模式工作時(shí)燃料可直接進(jìn)入爐膛，形成無(wú)焰燃燒。

燃燒：正常加熱工作階段的燃嘴同現(xiàn)在的燒嘴功能及技術(shù)參數(shù)完全一樣，只相當(dāng)增加一個(gè)用專(zhuān)燃料噴射的管，燃料管采用碳化硅材質(zhì)制作，能耐1700°C以上的高溫， 可置于焰芯的中間長(zhǎng)時(shí)間工作；由于在加熱階段空氣已經(jīng)被預(yù)熱至450度；燃料已被預(yù)熱至250度，可以通過(guò)手動(dòng)切換方式將預(yù)熱后的燃燒以一定的壓力、速度通入爐膛，              形成卷吸及擴(kuò)散，使燃燒保持低氧（2%-10%之間）接觸的狀態(tài)，形成無(wú)焰燃燒，并使整個(gè)爐膛形成一個(gè)整體的輻射熱體。整個(gè)爐膛看不到火焰，無(wú)局部高溫區(qū)，氮氧化物無(wú)法大量生成，Nox排放降低；如下圖所示B。 

烘爐或啟動(dòng)狀態(tài)（有焰模式燃燒A）                                                                                      加熱狀態(tài)（無(wú)焰模式燃燒B）

烘爐預(yù)熱啟動(dòng)階可以手動(dòng)或氣動(dòng)切換至目前燒嘴的狀態(tài)進(jìn)行正常的預(yù)混燃燒方式，采用嘴前預(yù)混的方式可以有效的加長(zhǎng)火焰，提高流速以及點(diǎn)火效率；有焰模式的燃燒方式，有藍(lán)色長(zhǎng)火焰?；旌厦簹馔ㄟ^(guò)原來(lái)的燃料通道通入；

如上圖A。在有焰狀態(tài)，由于工作的時(shí)間短不考核Nox的含量；且低溫狀態(tài)可以通過(guò)過(guò)量的空氣系數(shù)比1:15-20左右來(lái)降低Nox的相對(duì)含量；  

溫度及爐膛氣氛調(diào)節(jié)：采用脈沖方式（ON/OFF)調(diào)節(jié)工作時(shí)的溫度，控制風(fēng)量大小調(diào)節(jié)爐膛氣氛；（由于是無(wú)焰模式工作，所以不考濾火焰的長(zhǎng)度，避免了選擇長(zhǎng)焰及短焰燒嘴的問(wèn)題，以不用考熱風(fēng)對(duì)流的問(wèn)題，全部都在高溫模式下輻射加熱；

安全及控制：燒嘴燃燒安全控制在有焰及低溫模式下；按現(xiàn)在的操作模式不變；（參見(jiàn)步進(jìn)梁式加熱爐儀控說(shuō)明書(shū)）

爐膛溫度高于850度后，手動(dòng)切換（或做成氣動(dòng)方式，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換）無(wú)焰模式燃燒狀成下燃燒安全控制器關(guān)閉，交由PLC做脈沖控制；燃料是通過(guò)新設(shè)計(jì)的管路直接通入爐膛；

燃料熱值及爐膛氣氛調(diào)節(jié)；由于是混合煤氣，燃料熱值會(huì)有一定的波動(dòng)性，在煙氣上加裝氧探頭來(lái)控制空/燃比例調(diào)節(jié)會(huì)有滯后；我們建議采用熱值分析儀，通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量燃料的熱值來(lái)調(diào)節(jié)燃料的供應(yīng)量，使之形成穩(wěn)定的爐膛氣氛，這樣就能達(dá)更準(zhǔn)確的空/燃比，并控制燒損率的目的；

目前爐子在安全的運(yùn)行狀態(tài)下，本方案盡量不改變現(xiàn)在的設(shè)備及動(dòng)行方式，只是在不影響現(xiàn)在的設(shè)備及運(yùn)行機(jī)制上，對(duì)燒嘴頭部分進(jìn)行改動(dòng)；使之能實(shí)現(xiàn)無(wú)焰燃燒，并且能隨時(shí)切換恢復(fù)至現(xiàn)在的狀態(tài)；

 A：無(wú)焰燃燒的形成：VKR德國(guó)先進(jìn)的燒嘴技術(shù)，本方案主要就是采用無(wú)焰燃燒技術(shù)降Nox，并通過(guò)減少煙氣量有一定的節(jié)能效果；無(wú)焰燃燒的形成需要多方面的因素結(jié)合才能形成穩(wěn)定的無(wú)焰燃燒；在歐洲及國(guó)內(nèi)的多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)都有成熟的使用案例；本項(xiàng)目爐溫均在1200°以上，且爐膛空間大，更有利于無(wú)焰燃燒的形成；

 B：不改變現(xiàn)在的集中換熱方式，排煙等：煙道除了脫硝，后面還有脫硫裝置，而且安裝了2套熱器。且除了助燃空氣外，也增加了燃料的預(yù)熱；加之混合煤氣的價(jià)格低，已經(jīng)具備了很高的熱效率；故不考濾降低煙溫的方式來(lái)節(jié)能。

 氮氧化物的排放是近年來(lái)國(guó)家要求的重點(diǎn)，降低并達(dá)標(biāo)Nox排放指標(biāo)的方法很多種；其中無(wú)焰燃燒技術(shù)是降Nox排放很有效果的低成本的方式， 但是不能做到全程都是低Nox排放，在正常的有焰模式下（啟爐階段或是爐膛溫度沒(méi)有達(dá)到８５０°之前）是無(wú)法實(shí)現(xiàn)低Nox排放的；

 燃料熱值及壓力的不穩(wěn)定：

A: 要求統(tǒng)一增壓，并調(diào)配好熱值提供穩(wěn)定可靠的燃料來(lái)源。

b: 要求增加熱值分折儀，對(duì)混合煤氣的熱值進(jìn)行測(cè)量，并計(jì)算出實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的熱值后參與到控制系統(tǒng)中，對(duì)輸入燃燒的量進(jìn)行前置調(diào)節(jié)，確保爐內(nèi)氣氛值的穩(wěn)定.

a ：設(shè)備的設(shè)入必須在未來(lái)的成本約中收回收；

b ：選用更可靠的配件來(lái)降低設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用；

c ：標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)及選型降低產(chǎn)品采購(gòu)費(fèi)用；