鍛造用室狀加熱爐節(jié)能改造

田發(fā)智

（韶關(guān)市中機(jī)重工鍛壓有限公司）

鍛造用室狀加熱爐節(jié)能改造

田發(fā)智

（韶關(guān)市中機(jī)重工鍛壓有限公司）

使用蓄熱式燃燒技術(shù)對(duì)一般燃燒形式的鍛造用室狀加熱爐進(jìn)行改造。通過改造前后的加熱爐熱效率、排煙溫度、NOx排放量、爐溫均勻性等參數(shù)的采集比對(duì)，得出有效的改造措施，促進(jìn)加熱爐的節(jié)能和環(huán)保。

鍛造；室狀加熱爐；蓄熱式燃燒技術(shù)；節(jié)能改造

1 改造前加熱爐技術(shù)性能指標(biāo)

（1）爐型：室式加熱爐；

（2）有效爐底面積：4×4=16m2；

（3）使用溫度：1250℃；

（4）燃料：天然氣；

（5）最大升溫速度：100℃/h；

（6）排煙溫度：680℃；

（7）空氣預(yù)熱溫度：200℃；

（8）最大裝載量：50T；

（9）燒嘴數(shù)量：4套；

（10）燒嘴功率：1100kW×4套；

（11）加熱鋼種：合金結(jié)構(gòu)鋼。

2 改造方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

原1#加熱爐在使用過程中出現(xiàn)升溫速度慢，燃料消耗高，及升溫過程中爐壓高，爐口易串火，置于爐頂?shù)臒齑u和燒嘴容易阻塞和損壞等不足。用蓄熱式燃燒技術(shù)對(duì)2號(hào)加熱爐進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮以下因素：

（1）加熱爐主框架和爐頂爐墻耐火材料不作變動(dòng)。

（2）天然氣供氣壓力保持在6kPa不變。

（3）采用蓄熱式燃燒系統(tǒng)替代頂噴燒嘴。

（4）采用自動(dòng)化控制手段，使燃燒系統(tǒng)換向操作和溫度控制在自動(dòng)控制的范圍內(nèi)。

（5）爐門密封方式改進(jìn)，做到密封嚴(yán)密不漏火，減少散熱損失。

2.2 爐體結(jié)構(gòu)

蓄熱式加熱爐主要有通道式蓄熱式加熱爐，外置式蓄熱式加熱爐和燒嘴式蓄熱式加熱爐。鍛造加熱爐采用第三種。

2.2.1 爐墻和爐頂

原爐墻有230mm保溫磚和348mm耐火磚砌成，爐頂為現(xiàn)場(chǎng)澆筑的高鋁澆注料拱形結(jié)構(gòu)。爐頂座落在爐墻上。由于內(nèi)爐墻耐火磚已經(jīng)部分損壞，內(nèi)墻拆修會(huì)影響到爐頂。為了保證加熱爐本身結(jié)構(gòu)的可靠性，在原爐墻內(nèi)澆注250mm厚的耐高溫混凝土澆注料。爐頂4個(gè)燒嘴孔用耐火混凝土灌注。

2.2.2 爐門結(jié)構(gòu)

將原損壞的門墩，門拱拆除，更換為門墩、門拱預(yù)制件，預(yù)制件尺寸為寬460mm，厚700mm，內(nèi)部預(yù)埋不銹鋼鋼筋，安裝時(shí)將鋼筋焊接在立柱上，固定好門墩預(yù)制件。門拱做成整塊預(yù)制件，放置在門墩上，門柱和門拱立面保持平面，固定好位置后將所有縫隙用耐火澆注料澆灌。

爐門外框采用用鋼結(jié)構(gòu)焊接件，內(nèi)襯安裝高溫含鋯耐火纖維模塊，纖維模塊凸出爐門框大于50mm。

原爐門滑輪通過滑道升降運(yùn)行，密封通過爐門自重加斜向滑道完成。密封時(shí)爐門纖維會(huì)和門柱產(chǎn)生一定程度的摩擦，會(huì)出現(xiàn)爐門耐火纖維模塊已損壞增加維護(hù)成本情況?，F(xiàn)改為爐門上下和密封開關(guān)動(dòng)作分離完成，爐門滑輪通過滑道上下運(yùn)行，當(dāng)爐門下落到下限位后限位開關(guān)動(dòng)作反饋信號(hào)至加熱爐PLC，接著PLC發(fā)出信號(hào)給爐門密封氣缸電磁閥，電磁閥控制氣缸動(dòng)作最終完成爐門密封的啟閉工作。

2.2.3 爐底爐口結(jié)構(gòu)

原爐門落在爐底平臺(tái)上，爐門底邊在高溫下被很快燒損，產(chǎn)生串火現(xiàn)象?，F(xiàn)在把爐底爐口改為爐口、爐門墩和門拱在同一個(gè)平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)。使?fàn)t口耐火纖維緊貼在該平面上，防止?fàn)t門框燒損。

2.3 燃燒系統(tǒng)

2.3.1 蓄熱式燒嘴和節(jié)能燃燒技術(shù)

加熱爐燃燒器采用蓄熱式燒嘴。該燒嘴把燃燒器和空氣預(yù)熱器有機(jī)地結(jié)合到一起。燒嘴成對(duì)配置，切換燃燒。蓄熱式燒嘴的燃料燃燒方式和普通燃燒器不同，燃料在爐膛內(nèi)是邊混合邊燃燒，燃燒空間擴(kuò)散到整個(gè)爐膛面，而且火焰是邊燃燒邊高速旋轉(zhuǎn)，使得爐膛內(nèi)溫度均勻。由于空氣預(yù)熱溫度高，和普通燃燒方式相比，燃料節(jié)約率可達(dá)到30％，氮氧化物排放達(dá)標(biāo)，節(jié)能和環(huán)保效果明顯。

蓄熱式平焰燒嘴：

蓄熱式平焰燒嘴所產(chǎn)生的火焰與一般燒嘴的火焰不同，一般燒嘴產(chǎn)生的是向前直沖的炬形火焰，而平焰燒嘴則使火焰形成后100～200mm，直徑600～2000mm的貼壁圓盤形火焰?；鹧嬉幻嫒紵幻娓咚傩D(zhuǎn)，燃燒的熱空氣能將爐墻或爐頂內(nèi)表面均勻加熱到設(shè)定的溫度，形成輻射能力很強(qiáng)的爐墻和爐頂，有利于物料的均勻加熱和強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱過程，顯著改善加熱質(zhì)量，提高爐子生產(chǎn)效率和降低燃料消耗。

本爐采用蓄熱式平焰燒嘴。采用陶瓷蜂窩蓄熱體，蓄熱式燒嘴布置在爐墻兩側(cè)，每側(cè)各布置2套燒嘴。燒嘴噴出火焰形狀為平面火焰，貼近爐墻表面，形成了特殊的溫度場(chǎng)、熱流場(chǎng)、壓力場(chǎng)，對(duì)提高升溫速度和均勻爐溫以及工件的防氧化起到了很大的作用。

2.3.2 換向裝置

加熱爐換向裝置采用一只四通換向閥，兩側(cè)燒嘴交替燃燒，一側(cè)管道供風(fēng)時(shí)另一側(cè)管道排煙。燃燒換向時(shí)間為60s。當(dāng)換向閥做換向動(dòng)作后，燃燒的燒嘴進(jìn)行排煙蓄熱，排煙的燒嘴進(jìn)行放熱燃燒。

2.3.3 蓄熱室

采用填充球蓄熱室，填充球蓄熱室是一種高溫、高效、緊湊式換熱裝置，它采用球狀蓄熱體，能將助燃空氣預(yù)熱到很高的溫度，達(dá)到低于爐溫200℃的水平，當(dāng)爐溫達(dá)到1200℃時(shí)，空氣預(yù)熱溫度可高達(dá)1000℃，而煙氣排出溫度低于200℃。填充球蓄熱室已被廣泛應(yīng)用于各種熱設(shè)備上，如加熱爐、熱處理爐、熱風(fēng)爐等。

2.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)

該加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)在PLC編程軟件的支持下，對(duì)爐膛溫度，爐膛壓力，燃?xì)夤艿廊細(xì)鈮毫?，排煙溫度等參?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，完成相關(guān)參數(shù)的PID調(diào)節(jié)。

2.4.1 溫度控制系統(tǒng)

空氣閥門和燃?xì)忾y門預(yù)先調(diào)整到恰當(dāng)位置，使得空氣和煤氣形成一定的燃燒比例，在此比例下完全混合燃燒。燃?xì)忾y門和空氣閥門分別有2個(gè)工位，分為大火閥門和小火閥門，當(dāng)加熱爐需要快速升溫時(shí)，開啟大火燃燒，需要保溫時(shí)開啟小火燃燒。溫度到達(dá)時(shí)，空氣和煤氣閥門均關(guān)閉。這樣可以最大程度地減少燃料消耗。當(dāng)PLC預(yù)先設(shè)定好加熱爐升溫曲線時(shí)，爐溫會(huì)按照設(shè)定的曲線運(yùn)行。

2.4.2 爐壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)

爐膛壓力調(diào)節(jié)范圍在20Pa。改造好的加熱爐在熱爐調(diào)試時(shí)預(yù)先調(diào)節(jié)空氣總閥門和煙氣總閥門，兩組閥門的開度分別和大火和小火相對(duì)應(yīng)。實(shí)現(xiàn)供入爐膛和排出爐膛的量的平衡。從而保證爐內(nèi)壓力在零壓附近。多個(gè)燒嘴同時(shí)工作時(shí)，每個(gè)燒嘴的點(diǎn)火起始時(shí)間間隔為1～2s。以避免爐膛壓力的瞬間升高。

3 結(jié)語

該爐經(jīng)過1年的運(yùn)行表明，它具有升溫速度快，氣密性好，噪音低，統(tǒng)計(jì)節(jié)能效果30％?？諝忸A(yù)熱溫度可達(dá)1000℃。改造后的加熱爐具有自動(dòng)化程度高，控制靈活可靠等優(yōu)點(diǎn)，降低了故障停機(jī)率，克服了加熱爐存在的諸多不足，達(dá)到了預(yù)期的效果，也證明了蓄熱式燃燒技術(shù)在鍛造加熱爐上的應(yīng)用是安全可靠的。它也為蓄熱式燃燒技術(shù)在同類加熱爐上推廣應(yīng)用提供了范例。

[1]戚翠芬.加熱爐[M].冶金工業(yè)出版社，2004.

[2]武文斐，陳偉鵬，劉中強(qiáng)，等.冶金加熱爐設(shè)計(jì)與實(shí)例[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

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