劉　銳，劉玉彪

（1.上海嘉德環(huán)境能源科技有限公司，上海200011；2.陜西龍門鋼鐵有限公司軋鋼廠，陜西韓城715405）

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蜂窩體在蓄熱式加熱爐中的應(yīng)用和影響分析

劉銳1，劉玉彪2

（1.上海嘉德環(huán)境能源科技有限公司，上海200011；2.陜西龍門鋼鐵有限公司軋鋼廠，陜西韓城715405）

介紹了蜂窩狀蓄熱體的特點(diǎn)，分析了蜂窩狀蓄熱體在蓄熱式加熱爐應(yīng)用中的影響因素和使用效果，提出了改進(jìn)的措施，并說明了其對(duì)加熱爐生產(chǎn)效率的影響。

蓄熱式加熱爐；蜂窩狀蓄熱體；使用周期

蓄熱式燃燒技術(shù)是從19世紀(jì)中期開始出現(xiàn)，應(yīng)用于熱風(fēng)爐、焦?fàn)t等規(guī)格大且溫度高的爐窯中。到20世紀(jì)80年代初隨著技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展到玻璃融化、鋁熔化、鋼坯加熱等各種工業(yè)爐窯。推動(dòng)蓄熱式燃燒技術(shù)進(jìn)步的主要方面包括蓄熱體應(yīng)用的發(fā)展，蓄熱體由格子磚發(fā)展到小球狀或蜂窩體狀，使?fàn)t窯的蓄、換熱效率大大提高，縮小了蓄熱室體積，能源回收利用效果更加顯著。隨著采用蜂窩狀蓄熱體（以下簡(jiǎn)稱蜂窩體）的蓄熱式燃燒技術(shù)在軋鋼加熱爐中應(yīng)用越來越多，更彰顯了蜂窩體在蓄熱式燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用、維護(hù)和穩(wěn)定性方面的優(yōu)越性。

1　蜂窩體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

通過在蓄熱式軋鋼加熱爐中對(duì)蜂窩體和小球蓄熱體的應(yīng)用實(shí)踐對(duì)比來看，采用蜂窩體結(jié)構(gòu)作為蓄熱體的優(yōu)點(diǎn)有：

（1）體積相等的蓄熱體，蜂窩體的比表面積大于陶瓷小球，因此在需要同等傳熱面積前提下蜂窩體裝載量小，蓄熱室的體積小。以常用的外形100 mm× 100 mm×100 mm，矩形孔3 mm×3 mm，壁厚1 mm的蜂窩體和直徑Φ15的陶瓷小球比表面積做對(duì)比，蜂窩體比表面積約為750 m2/m3，而Φ15的陶瓷小球比表面積約為213 m2/m3，蜂窩體的比表面積是小球的3.5倍。

（2）蜂窩體孔壁厚小于小球蓄熱體直徑，因此蜂窩體的透熱性好，吸熱和放熱速度快，蜂窩體壁厚一般采用0.5～1.0 mm。換熱時(shí)間短，換熱效率高，燃控系統(tǒng)的換向周期一般設(shè)定在30～60 s，蓄熱后排煙溫度在150～180℃。蜂窩狀蓄熱體和小球狀蓄熱體對(duì)比見圖1。

（3）燃料氣體在裝載蜂窩體的蓄熱室內(nèi)流通通道規(guī)則，屬于直流通，蜂窩體通道孔為正方形和正六邊形，并且蜂窩體安裝后保證蜂窩孔朝向爐內(nèi)，氣流延統(tǒng)一方向進(jìn)入加熱爐。而在小球蓄熱體的蓄熱室內(nèi)氣體流動(dòng)方向不規(guī)則，氣體阻力損失大，并且容易堵塞。

圖1　蜂窩、小球蓄熱體示意圖

（4）由于小球蓄熱體的體積小并且球體形狀可以滾動(dòng)，小球在蓄熱室內(nèi)穩(wěn)定性差，容易流動(dòng)發(fā)生漏球、跑偏現(xiàn)象，而蜂窩體的制作形狀是正方體（常用外形尺寸，長(zhǎng)×寬×厚：200/150/100 mm×100 mm×100 mm），體積大并且不會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)性，相對(duì)于小球蓄熱體便于維護(hù)和更換［1］。

2　影響蜂窩體使用效果原因分析及解決措施

在蓄熱式加熱爐中，蓄熱體的蓄熱效果和壽命周期影響加熱爐的生產(chǎn)效率和運(yùn)行成本。在加熱爐長(zhǎng)期生產(chǎn)中會(huì)造成蜂窩體出現(xiàn)軟化變形、破裂、堵塞和侵蝕等問題（見圖2），蜂窩體出現(xiàn)以上損壞后將直接影響其蓄熱能力、燃料介質(zhì)供應(yīng)、煙氣排放、燃料氣體及煙氣在蓄熱式內(nèi)的流通狀況等。通過總結(jié)分析得出造成蜂窩體損壞的主要原因有：

圖2　蜂窩體軟化、堵塞、碎裂示意圖

（1）燃料雜質(zhì)的影響因素。燃料氣體雜質(zhì)主要指煤氣中的粉塵、灰分、水分等，這些雜質(zhì)粘結(jié)在一起會(huì)造成蜂窩孔堵塞，蜂窩孔尺寸越小堵塞越快；同時(shí)有害粉塵的存在也造成蜂窩體腐蝕，影響其使用壽命。

對(duì)此需要燃料氣體供應(yīng)或使用單位對(duì)燃料做有效的除塵和除水等凈化處理，保證燃料介質(zhì)潔凈度，避免此方面原因加速蜂窩體的損壞，降低蜂窩體的使用壽命。

（2）蜂窩體制造材質(zhì)的影響因素。由于蜂窩體是長(zhǎng)期工作在急冷急熱（換向周期大約為30～60 s）和帶有腐蝕性氣分侵蝕的環(huán)境中，易出現(xiàn)破碎、收縮變形等問題。除對(duì)蜂窩體孔壁厚度、孔徑大小設(shè)計(jì)符合要求外，其材質(zhì)要有很高的抗熱震性、抗渣性、耐高溫和抗腐蝕能力。應(yīng)根據(jù)不同的工作溫度和燃料成分選用合適的蜂窩體材料，目前選用做為蜂窩體的材料有堇青石質(zhì)、莫來石質(zhì)、粘土質(zhì)、剛玉質(zhì)、鋯英石質(zhì)、釷酸鋁質(zhì)等［2］。

（3）生產(chǎn)職工操作水平的影響因素。當(dāng)生產(chǎn)人員對(duì)加熱爐操作規(guī)程和生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝要求掌握不當(dāng)、責(zé)任心不強(qiáng)時(shí)，如出現(xiàn)換向周期設(shè)定不合理，蓄熱箱及煙氣排放溫度超高、爐內(nèi)氣氛控制不符合工藝要求等，這類因素都會(huì)造成蜂窩蓄熱體的加速損壞。

對(duì)生產(chǎn)人員上崗培訓(xùn)要嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行，禁止野蠻操作和不按照規(guī)程操作。使加熱爐在正常工況、工藝紀(jì)律下生產(chǎn)，這樣不僅可以提高蜂窩體的使用效果而且也保護(hù)加熱爐本體及其他附屬設(shè)備的正常使用，延長(zhǎng)爐子壽命。

（4）燃料介質(zhì)二次燃燒的影響因素。當(dāng)煤氣和空氣混合不充分，會(huì)導(dǎo)致燃料不完全燃燒，在加熱爐排煙側(cè)當(dāng)殘存的空氣和煤氣進(jìn)入蓄熱室內(nèi)混合會(huì)導(dǎo)致二次燃燒，由此產(chǎn)生的局部高溫很容易使蜂窩體燒熔變形，破壞蓄熱體的使用。

此問題首先需要設(shè)計(jì)單位將空、煤氣燒嘴噴口的介質(zhì)流速、交叉角度及間距設(shè)計(jì)在最佳范圍，使空、煤氣進(jìn)入爐膛內(nèi)可以快速混合燃燒，同時(shí)要求生產(chǎn)人員在調(diào)節(jié)空、煤氣燒嘴及管道閥門開度時(shí)配比合理，避免人為因素造成燃料不完全燃燒；煤氣、空氣的供應(yīng)壓力和成分熱值穩(wěn)定，更有利于燃燒狀況的控制調(diào)節(jié)。

3　蜂窩體蓄熱能力及使用周期對(duì)加熱爐生產(chǎn)的影響

蜂窩體使用效果直接影響到加熱爐的生產(chǎn)效率和運(yùn)行成本，這兩點(diǎn)可從其使用期間的蓄熱能力及使用壽命方面進(jìn)行綜合參考。

（1）蜂窩體燒損破壞或者蜂窩孔堵塞造成蓄熱能力不佳，影響到加熱爐煙氣余熱回收的利用效果、鋼坯加熱質(zhì)量和加熱時(shí)間。①蜂窩孔破壞和堵塞的蜂窩體蓄熱能力不足，造成燃料達(dá)不到設(shè)計(jì)的預(yù)熱溫度，排煙溫度高；也造成燃料供應(yīng)和煙氣排放不暢，生產(chǎn)時(shí)爐壓高、爐體冒火，影響加熱爐正常爐況、惡化爐區(qū)環(huán)境。②煤氣的預(yù)熱溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，其燃燒溫度也達(dá)不到加熱爐設(shè)計(jì)要求，造成鋼坯加熱時(shí)間長(zhǎng)，煤氣消耗量提高，鋼坯氧化燒損加重、降低成材率，爐內(nèi)氧化鐵皮積渣加速，縮短加熱爐的清渣周期，降低了加熱爐生產(chǎn)能力。

表1列舉陜西龍門鋼鐵有限公司軋鋼廠棒一車間加熱爐每更換新蜂窩體后（以12個(gè)月更換周期為例），在其不同使用階段加熱爐各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)：

表1　棒一車間加熱爐爐況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

（2）在滿足加熱爐蓄熱能力的前提下，蜂窩體的更換周期越長(zhǎng)，對(duì)加熱爐的利益就越大。①可以節(jié)省加熱爐蜂窩體備件儲(chǔ)備，即節(jié)約加熱爐備件成本；②延長(zhǎng)更換蓄熱體的周期，可以減少因爐況不佳或加熱生產(chǎn)能力不足而必須更換蓄熱體的停爐時(shí)間。

從相關(guān)冶金企業(yè)了解到不同質(zhì)量蜂窩體的使用周期參差不齊，質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)加熱爐及整條軋線生產(chǎn)的影響非常大。表2列舉了陜西龍門鋼鐵有限公司軋鋼廠棒一車間和高線車間兩條生產(chǎn)線蓄熱式加熱爐以往使用過的蜂窩體的數(shù)據(jù)。

表2　加熱爐更換蜂窩體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表2可以看出優(yōu)質(zhì)蜂窩體的使用周期是低品質(zhì)蜂窩體近2倍，在一個(gè)正常生產(chǎn)周期內(nèi)減少一次蜂窩體更換，既節(jié)約蜂窩體備件消耗，降低加熱爐運(yùn)行成本，同時(shí)也減少更換蓄熱體的停爐檢修，減少因此耽誤生產(chǎn)線生產(chǎn)，同時(shí)節(jié)省人力、物力的消耗，降低生產(chǎn)成本。

4　結(jié)語

蜂窩體在蓄熱式加熱爐中的應(yīng)用使蓄熱式燃燒技術(shù)進(jìn)一步提高，更加高效地回收煙氣的余熱，降低排煙溫度，改善燃燒條件、提高了燃料利用率和加熱爐的熱效率。蓄熱式燃燒技術(shù)進(jìn)一步創(chuàng)新研發(fā)對(duì)提高企業(yè)效益、保護(hù)社會(huì)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約能源利用有更深遠(yuǎn)的意義。

［1］王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［2］王華，王勝林，饒文濤.高性能復(fù)合相變蓄熱材料的制備與蓄熱燃燒技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［3］張建軍，鄒得球，肖睿，等.自蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)的開發(fā)［J］.工業(yè)爐，2009（4）：6-9.

［4］楊茂平，戴紅.蓄熱式加熱爐的燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究［J］.工業(yè)爐，2010（1）：28-30.

Application and Impact Analysis of Honeycomb Regenerator in the Regenerative Heating Furnace

LIU Rui1，LIU Yubiao2
（1.Shanghai Cadre Environment Energy Science and Technology Co.，Ltd，Shanghai 200011，China；2.Rolling Mill，Shaanxi Longmen Iron&Steel Co.，Ltd，Hancheng 715405，China）

The characteristics of the honeycomb，regenerator are introduced，and the influence factors and application effect of honeycomb regenerator in regenerative heating furnace are analyzed.The improving measures are put forward，and the impact on production efficiency of heating furnace is explained.

regenerative heating furnace；honeycomb regenerator；service cycle

TG307

B

1001-6988（2016）02-0007-03

2016-01-07

劉銳（1981—），男，工程師，主要從事工業(yè)爐項(xiàng)目管理工作.