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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(yù)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(yù)熱到1000℃左右，排煙溫度降至200℃以下，改變常規(guī)加熱爐預(yù)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(dá)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(yán)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(jìn)行深入調(diào)查研究，采取一系列工藝化和技術(shù)改進(jìn)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(jìn)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(jìn)入爐內(nèi)進(jìn)行彌漫混合燃燒，產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^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(fēng)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(fù)，從而將高溫?zé)煔庵?0%的熱量由空氣及煤氣重新帶入爐內(nèi)，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的［2］。
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)。
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(jìn)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(jìn)的燃燒設(shè)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(dāng)、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(fēng)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(jìn)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(jìn)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)。
(3)爐內(nèi)燃燒時空燃比控制不合理?？杖急瓤刂撇缓侠恚斐擅簹獠荒芡耆紵?，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(jìn)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?fàn)t煤氣因成分復(fù)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(jìn)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(kuò)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(yán)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(jìn)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?zé)煔膺M(jìn)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(dāng)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(yīng)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(hù)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(dá)到預(yù)熱溫度，加熱爐升溫困難，被迫需要高熱值的焦?fàn)t煤氣，進(jìn)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(yán)格貫徹?zé)峁ぶ贫龋皶r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(fēng)機的控制閥關(guān)小，減小排煙風(fēng)機的相對抽力，使加熱爐爐壓保持在30～35Pa之間，阻止?fàn)t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(jìn)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(zhǔn)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(yīng)及時調(diào)節(jié)空氣、煤氣用量及各段排煙總閥，嚴(yán)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(jìn)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(fēng)機抽力相對，將大顆粒粉塵吸入蓄熱體。
5．2技術(shù)改進(jìn)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?fàn)t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(jì)效益。
(3)加熱爐操作培訓(xùn)時增加蓄熱體安裝標(biāo)準(zhǔn)、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(xué)習(xí)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(fù)責(zé)安裝工作的帶班人員進(jìn)行詳細(xì)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(jìn)行監(jiān)督、指導(dǎo)，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(kuò)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(yán)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(jìn)措施，提高加熱爐檢修、維護(hù)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(hù)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(jì)效益和社會效益。
