D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.041.008 第25卷第4期 北京科技大学学报 Vol.25 No.4 2003年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2003 高温低氧燃烧技术在唐钢高线厂的应用 吴光亮”李士琦”郭汉杰》朱荣》杨湘)李双来) 褚建东) 1)北京科技大学冶金学院，北京1000832)唐钢集团高速线材厂，唐山063000 摘要为了使应用高温低氧燃烧技术的加热炉达到高效节能、低污染物特别是低NO排 放的目的，采用计算机数值模拟优化设计了加热炉的蓄热式燃烧系统，并运用冶金反应工程 学方法开发了成套技术.该技术在唐钢高速线材厂的实际应用表明：在热装钢坯条件下单位 能耗为0.879GJ/t,炉子热效率在67%以上，各蓄热室的排烟温度在160℃以下，NO,排放小于 40×10(体积分数). 关键词高温低氧燃烧：蓄热式燃烧：低NO排放：轧钢加热炉 分类号TF741.5;TM924.4 20世纪80年代末至90年代初，由于蓄热体钢、冷敦钢、低合金钢和弹簧钢.成品轧机的最大 在单位体上的蓄热能力取得突破性进展，给燃烧轧制速度为108m/s,保证轧制速度为90m/s,全线 领域带来了变革性发展的机遇，出现了最新一代 采用无扭轧制，钢坯加热炉原设计为步进梁、步 撚烧技术一高温低氧燃烧技术.90年代中期 进底组合式加热炉，有效炉底面积为214m,加热 日本NKK和工业炉公司在福山第一热轧车间3# 能力80th,燃料为重油，后改为油气混烧，原加 炉上成功应用高温低氧空气燃烧技术开创了该 热炉炉体老化，燃耗较高，唐钢计划重新建造一 技术应用于治金工业炉窑的新纪元，.我国在20 座高效节能、运行可靠、清洁环保的步进粱式煤 世纪90年代后期开始利用该技术改造传统的轧 气轧钢加热炉 钢加热炉，并取得了一定的节能效果，但还很不12设备条件 理想，尤其重点考虑的是节能效果，对环境效益 唐钢高速线材厂步进梁式加热炉为悬臂辊侧进、 还没有真正重视“”.为此，本课题在国家自然基 侧出的装出料方式.炉子有效尺寸为：有效长度 金资助下，与唐山钢铁集团有限公司高速线材厂 12025mm,总长13508mm,有效宽度为12760 合作共同进行了高温低氧燃烧技术在唐钢高速 mm,外宽为13700mm.采用水冷式步进梁. 线材厂的研究与应用. 13工艺条件 燃料为转炉煤气掺杂少量焦炉煤气，热值为 1研究条件 6.280-7.118M/m;燃料供应量(101.3kPa下，下 同)10000-16000m'h;煤气压力2~15kPa;加热钢 1.1工程背景 种为普碳钢、低合金钢、硬线：坯料规格为135 唐山钢铁集团有限公司高速线材厂一车间 mm×135mm×12000mm;实际钢坯入炉温度25~ 是从美国布滋波罗(Birdboro,简称BB)公司引进 600℃，钢坯出炉温度1050-1150℃：要求氧化烧 的具有国际20世纪80年代水平的高速线材生产 损≤0.70% 线.设计能力为35万t/a,使用坯料为135mm×135 mm×12000mm的连铸方坯，产品规格范围为5.5 2研究过程 mm中13mm线材，其中中10mm和12mm线材可 为螺纹钢筋，品种包括普碳钢、优质碳素钢、焊条 2.1计算机数值模拟优化设计 收稿日期2002-11-05吴光亮男，36岁，高级工程师，博士 高温低氧燃烧技术应用的关键是控制炉膛 *国家自然基金资助项目(No.50144005) 内流场分布即控制气流流动与混合，使之产生一
第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 证 七 恤 匕 一 之曰 高捆吐 低氧燃烧技术在唐钢高线厂 的应用 吴 光 亮 ” 李士 琦 ” 郭汉 杰 ” 朱 荣 ” 杨 湘 ” 李双来 劝 褚建 东劝 北京科技大学冶金学院 ，北 京 唐钢 集团高速线材厂 ， 唐 山 摘 要 为 了使应 用高温低氧燃烧技术 的加 热炉达 到 高效节 能 、 低污 染 物特别是 低 认排 放 的 目的 ， 采用计算机数值模拟优化设计 了加热炉 的蓄热 式燃烧 系统 ， 并运用 冶 金 反应工 程 学 方法 开 发 了成 套技术 该技术在 唐钢 高速线材厂 的 实 际应 用 表 明 在热 装钢 坯 条件 下 单位 能耗为 八 ， 炉子 热 效率在 以上 ， 各 蓄 热 室 的排烟 温度在 ℃ 以下 ， 众排放 小于 一气体积分数 关键词 高温低 氧燃烧 蓄 热 式燃烧 低 认排放 轧钢 加 热 炉 分 类号 吓 世 纪 年代 末 至 年代 初 ， 由于 蓄 热体 在单位 体上 的蓄热 能力取得 突破 性进展 ， 给燃烧 领域 带来 了变 革性 发展 的机遇 ， 出现 了最 新 一代 燃烧技术— 高温低 氧燃烧 技术 年代 中期 日本 和 工 业 炉 公 司在福 山第 一 热 轧 车 间 炉 上 成 功应 用 高温 低 氧空 气 燃 烧 技 术 开 创 了该 技术应 用 于 冶金 工 业 炉 窑 的新 纪 元 口， 我 国在 世 纪 年代 后 期 开始 利用 该 技 术改造传 统 的轧 钢 加热 炉 ， 并取 得 了一 定 的节 能 效 果 ， 但还 很 不 理 想 ， 尤其重 点考虑 的是节 能效果 ， 对 环 境效益 还 没有真正 重视 问 为此 ， 本课题在 国家 自然基 金 资助 下 ， 与唐 山钢 铁集 团有 限公 司高速 线材厂 合 作 共 同进行 了高温低 氧 燃 烧 技 术 在 唐钢 高速 线材 厂 的研 究 与 应 用 研 究条件 工 程 背景 唐 山钢 铁 集 团有 限 公 司 高速 线 材厂 一 车 间 是 从美 国布滋波 罗 ， 简称 公 司 引进 的具有 国际 世 纪 年代 水平 的高速 线材 生产 线 设计 能力 为 万 血 ， 使 用 坯料 为 ‘ 。 的连铸 方 坯 ， 产 品规 格 范 围为怀 曲呻 线材 ， 其 中拟 和 拟。〔。 线 材可 为螺纹钢 筋 品种包 括普碳钢 、 优质碳 素钢 、 焊 条 收稿 日期 吴光亮 男 ， 岁 ， 高级 工程师 ， 博士 国家 自然荃金资助 项 目 钢 、 冷敦钢 、 低合金钢和 弹簧钢 成 品轧机 的最 大 轧制 速 度 为 面 ， 保证 轧制速度 为 时 ， 全 线 采 用 无 扭 轧制 钢 坯 加 热 炉 原 设 计 为 步进 梁 、 步 进 底 组合 式加 热 炉 ， 有效 炉底 面 积 为 耐 ，加 热 能 力 比 ， 燃 料 为重 油 ， 后 改 为 油气 混烧 ， 原加 热炉 炉 体老化 ， 燃耗 较 高 唐 钢 计 划 重 新建造 一 座 高效节 能 、 运 行 可 靠 、 清 洁 环 保 的步进 梁 式煤 气 轧 钢 加 热 炉 设 备条件 唐钢 高速 线材厂 步进梁 式加 热 炉 为悬 臂辊侧 进 、 侧 出 的装 出料 方式 炉 子有 效尺 寸为 有效长度 。， 总 长 几， 有 效 宽度 为 ， 外 宽 为 采 用 水 冷 式步 进 梁 工 艺 条件 燃 料 为转 炉 煤气 掺 杂 少 量 焦 炉 煤气 ， 热 值 为 一 」 燃料 供应 量 廿 下 ， 下 同 ，瓜 煤气 压 力 一 甘 加热 钢 种 为普 碳钢 、 低 合 金钢 、 硬 线 坯 料 规 格 为 实 际钢 坯 入 炉 温 度 一 ℃ ， 钢 坯 出炉 温 度 小巧℃ 要 求氧 化烧 损 簇 研 究过 程 计 算机 数 值 模 拟优 化 设 计 高 温 低 氧 燃 烧 技 术 应 用 的 关 键 是 控 制 炉 膛 内流场分布 即控制气 流 流动 与混合 ， 使之产生 一 ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．２００３．０４．００８
320 北京科技大学学报 2003年第4期 种所需要的热和燃烧产物的再循环.通过计算机 用同段两侧单独换向及各段延时换向控制.（①采 对加热炉炉膛内流场进行数学模拟研究是了解 用组合式低氨化物喷口设计， 并掌握加热炉炉膛内流场分布即气流流动与混 合情况的简便而有效的手段.本研究过程包括数 3工业应用效果及简单分析 学模型的建立、模型的求解、对计算结果的分析 3.1工业生产的在线测试 及优化设计研究，由炉内局部气流速度矢量图侧 为了考察蓄热式燃烧系统在实际生产中应 可知：气流在炉气入口附近形成大量小旋涡，沿 用效果，在整个车间正常生产情况下，对整个炉 气流速度主方向逐渐合并形成一些大漩涡，这是 子系统进行了在线测试，其中包括热平衡测试和 由于炉气的回流所引起的.这种回流造成喷入炉 污染物排放测试.测试内容包括加热能力、炉子 内的高温燃料和高温空气卷吸炉内的烟气，有利 热效率、吨钢燃料消耗、钢坯氧化烧损及污染物 于形成燃烧区的低氧气氛，可实现高温低氧燃烧 排放量等项目的测试， 技术在加热炉上的工程化应用，达到低污染物特 测试工具及其主要用途为：英国产MS)烟 别是低NO,的排放的目的. 气成分、温度等在线检测仪，主要用于测量烟气 计算机数值模拟结果表明：()采用高温低 中氮氧化物及硫化物的含量，同时也测量烟气的 氧技术设计的蓄热式加热炉其炉内气流形成了 其他成分与温度，红外线测温仪，用于测量炉子 与传统加热炉有截然不同的流场，气流流动的主 外壁温度、蓄热箱外壁等的温度及验证仪表室显 流方向由原来的沿炉长方向变成宽度方向，更好 示的烟气温度.热电偶（利用炉子上现有的热电 的保证了每根钢坯在长度方向上的均匀性，提高 偶)测量炉子各段温度、烟气温度、空气与煤气预 钢坯的加热质量.(2)影响炉内流场的主要因素是 热温度等；接触式热电偶，测定钢坯表面温度；水 喷口的几何形状、布置位置及倾角和蓄热箱与连 银温度计（量程100℃），测量冷却水进出口水温 接通道的内部结构等.(3)适度改变喷口的结构和 度.在测试周期内每30min取一个煤气样，送唐 安装位置可以十分有效的改进炉内流场的分布， 钢煤气检测仪中心，对煤气成分进行分析，燃气 并可以获得低氧浓度区，同时改变换向控制也可 燃烧测量仪，用于测量烟气成分(CO,CO2,N2,O). 得到类似结果.以上述模拟计算结果为依据进行 能计量冷却水质量的盛水容器，用于测量冷却水 蓄热式燃烧系统优化设计. 流量.游标卡尺，用于测量氧化铁皮厚度. 2,2运用冶金反应工程学方法进行技术开发 测试方法：在加热炉和轧线正常生产情况 根据计算机模拟计算得到有关数据，并运用 下，采用加热炉热平衡测试的基本方法进行测 治金反应工程学方法开发了如下技术例.(a)采用 试. 二位三通换向阀进行自由组合式换向控制.b)抗 3.2测试结果 渣浸、热稳定性好、换热效率高及使用寿命长的 (1)热平衡测试结果 小球蓄热体.()外置蓄热室、同段同侧上下分别 热平衡测试结果如表14所示 集中换热.(d钢坯表面还原气氛保护加热，(e)采 表1测试周期内煤气有关参数 Table 1 Relational parameters of coal gas in the testing period 周期起始时间 2002-09-17-21:35:0 起始煤气累计值m 678990平均流量/(m3.h-) 10248 周期结束时间 2002-09-18-01:30:0 周期结束煤气累计值/m638000吨钢煤气单耗/(m',t) 128.9 煤气温度/℃ 45 理论烟气量/(m·m) 1.99 煤气种类 混合 煤气压力kPa 9.0 理论干空气量/(m3,m) 1.23 煤气应用基热值/M们m)6.826 表2煤气成分（体积分数） Table 2 Composition of col gas % 煤气 CO C02 9 CH H, N2 C.H. H.O 干基 51.2 16.1 2.6 1.4 1.5 26.5 0.7 湿基 46.1 14.5 2.3 1.3 1.4 23.9 0.6 9.9
北 京 科 技 种 所 需 要 的热 和 燃烧 产物 的再 循 环 通 过 计 算机 对 加 热 炉 炉 膛 内流 场 进 行 数 学 模 拟 研 究 是 了解 并 掌握 加 热 炉 炉 膛 内流 场 分 布 即 气 流 流 动 与 混 合情 况 的简便而 有 效 的手 段 本研 究过程包括 数 学模型 的建 立 、 模 型 的求 解 、 对 计 算 结 果 的分 析 及 优 化 设 计研 究 由炉 内局 部 气 流速度 矢 量 图 ，， 可 知 气流 在 炉 气 入 口 附近 形 成 大量 小旋 涡 ， 沿 气 流速度 主 方 向逐渐合 并形 成 一 些 大漩涡 ， 这 是 由于 炉 气 的 回流 所 引起 的 这种 回流造成 喷 入炉 内的高温燃料和 高温 空气 卷 吸 炉 内的烟气 ， 有利 于形 成燃烧 区 的低 氧 气 氛 ， 可 实现 高温 低 氧燃烧 技术在 加热 炉 上 的工 程 化应 用 ， 达 到低 污 染物特 别 是低 认 的排 放 的 目的 计 算机数值模 拟 结 果 表 明 ，， 采 用 高温低 氧技术 设 计 的蓄 热 式加 热 炉 其 炉 内气 流 形 成 了 与传 统加 热炉 有截 然不 同的流场 ， 气流流 动 的主 流 方 向 由原来 的沿 炉长方 向变 成 宽度 方 向 ， 更好 的保 证 了每根钢 坯 在 长度方 向上 的均 匀 性 ， 提 高 钢 坯 的加热 质量 影 响炉 内流场 的主 要 因素 是 喷 口 的几 何 形状 、 布 置位 置及 倾 角和 蓄热 箱 与 连 接通道 的 内部 结构 等 适度 改变 喷 口 的结 构和 安装位 置 可 以十分 有 效 的改进 炉 内流场 的分布 ， 并可 以获得低 氧浓度 区 ， 同时 改变 换 向控 制 也 可 得 到类似 结 果 以上述模拟 计 算 结 果 为依据进行 蓄热 式燃烧 系统 优 化 设计 运 用 冶 金反 应 工 程 学方 法 进 行技 术 开 发 根 据 计 算机模 拟 计 算 得 到 有 关 数 据 ， 并运用 冶 金 反 应 工 程 学 方 法 开 发 了如 下 技 术 采用 二位 三通换 向阀进行 自由组合 式 换 向控制 伪抗 渣 浸 、 热稳 定性 好 、 换 热 效 率 高及 使 用 寿 命 长 的 小球蓄 热 体 外 置 蓄 热 室 、 同段 同侧 上 下 分 别 集 中换 热 钢 坯 表 面 还 原 气 氛 保 护 加 热 采 大 学 学 报 年 第 期 用 同段 两侧 单独 换 向及 各段 延 时换 向控 制 采 用 组 合 式低 氮 化 物 喷 口 设 计 工 业 应 用 效 果 及 简单分 析 工 业 生 产 的在 线 测 试 为 了考 察 蓄 热 式燃烧 系统 在实 际 生 产 中应 用 效 果 ， 在 整 个车 间正 常 生 产 情况 下 ， 对 整 个炉 子 系统进 行 了在 线测试 ， 其 中包 括热平 衡测 试和 污 染 物 排 放 测 试 测 试 内容 包 括 加 热 能力 、 炉 子 热 效 率 、 吨 钢 燃 料 消耗 、 钢 坯 氧 化烧 损 及 污 染 物 排 放量 等项 目的测试 测 试 工 具 及 其 主 要 用 途 为 英 国产 伽烟 气 成 分 、 温 度 等 在 线 检 测 仪 ， 主 要用 于 测 量烟 气 中氮氧 化 物及硫化 物 的含量 ， 同时也 测量烟气 的 其 他 成 分 与温度 红 外 线 测 温 仪 ， 用 于 测 量 炉 子 外 壁温度 、 蓄 热 箱 外 壁 等 的温度 及 验 证 仪表 室 显 示 的烟 气温 度 热 电偶 利 用 炉 子 上现有 的热 电 偶测 量 炉 子 各段温度 、 烟气 温度 、 空气 与煤气 预 热温度 等 接 触 式热 电偶 ， 测 定钢 坯表 面温度 水 银 温 度 计 量 程 ℃ ， 测 量冷却 水 进 出 口 水温 度 在 测 试 周 期 内每 取 一 个 煤气 样 ， 送 唐 钢 煤气 检 测 仪 中心 ， 对 煤气 成 分 进 行 分 析 燃 气 燃烧 测量 仪 ， 用 于 测量烟 气成 分 ， ，凡 ， 能计 量冷 却 水质量 的盛 水 容器 ， 用 于 测量冷却水 流 量 游 标卡 尺 ， 用 于 测 量氧 化铁皮 厚度 测 试 方 法 在 加 热 炉 和 轧 线 正 常 生 产 情 况 下 ， 采 用 加 热 炉 热 平 衡 测 试 的基 本 方 法 进 行 测 试 测 试 结 果 热 平 衡 测 试 结果 热 平 衡 测 试 结 果 如 表 一所 示 表 测 试周 期 内煤气 有关参数 】 】 ， 周 期起始时 间 习一 起 始 煤气 累计 值加 平均 流量找功 」 一 今 周 期 结束 时 间 刁一 刁卜 周 期 结束煤气 累 计 值 ， 吨 钢 煤气 单 耗戏 · 一 今 煤气温度℃ 理 论烟气量汉 · 一 今 煤气种类 混 合 煤气压力瓜 理论 干 空 气量耐 · 一 煤气 应用 基 热 值代 一 今 表 煤气 成 分 体积 分 数 煤气 干 基 湿 基 丈， ，‘ 凡 而 月 凡
VoL25 No.4 吴光亮等：高温低氧燃烧技术在唐钢高线厂的应用 ◆321· 表3测试周期内炉子运行主要工艺参数 Table 3 Process parameters of the heating furnace in the testing period 加一温度/℃ 951· 均热段温度/℃1156 空气预热温度/℃942 空燃比 1.3 加二温度/℃ 1078 煤气预热温度/℃1000 助燃风量(m.h)13322 煤气量/mh) 10248 空气压力kPa 2.9 均热烟温/℃ 167 一段烟温/℃ 118 周期产量/支 195 煤气压力kPa 9.0 炉压kPa -20-50 二段烟温/℃ 189周期平均出钢量/th)79.5 钢种 Q235 单重kg 1631 周期钢坯量作 318 规格 135mm×135mm×1180mm 产品规格/mm 6.5 入炉钢坯温度/℃ 489 事故时间min 25 出炉钢坯温度/℃ 1108 轧机作业率 钢坯热装率% 100 出炉铁皮厚度mm 0.999 入炉钢坯氧化铁皮厚度/mm0.341 钢坯氧化烧损率/%0.660 表4测试周期内炉子热平衡表 Table 4 Heat equalibrium of the heating furnace in the testing period 收入项 支出项 项目 热值/QMU)比例% 项目 热值M小·t)比例% Q1煤气燃烧化学热 879.87 75.66 Q1钢坯带走物理热 756.59 65.05 Q2钢坯带入物理热 242.87 20.88 Q2蓄热室烟气带走物理热 40.01 3.44 Q3钢坯氧化热 37.28 3.21 Q3蓄热室烟气带走化学热 0.00 0.00 Q4煤气带入的物理热 2.98 0.25 Q4炉体表面散热 56.15 4.83 Q'5氧化铁皮带走物理热 8.51 0.73 Q'6循环冷却水带走物理热 138.47 11.91 Q门换向损失煤气的化学热 19.58 1.68 Q8炉子逸气带走物理热 116.30 10.00 △Q差值 27.39 2.36 ΣQ 1163.0 100.00 ΣQ 1163.0 100.0 (2)污染物排放测试结果.污染物是指燃烧过 定燃烧产物烟气中有害物的含量来判定燃烧系 程中产生的有害物质特别是NO,SO,等，通过测 统是否清洁环保.表5为烟气主要成分表 表5烟气主要成分（体积分数） Table 5 Mostly ingredient of exhaust gas /% 空气过 蓄热室 温度/℃ C02 02 co N NO, S02 利系数 空气蓄热室18.8 0.2 0.0 81.0 39.93×104 6.0×10-4 97 1.04 煤气蓄热室 24.8 0.0 2.8 74.9 39.91×10+ 6.6×10- 160 1.04 平均 21.8 0.1 1.4 77.9 39.92×104 6.3×104 129 1.04 表5中空气蓄热室或煤气蓄热室的烟气成分 空气与煤气的预热温度均在900℃以上，各蓄热 均为在测试周期内测试8次的平均值 箱的排烟温度均在200℃以内.因此炉子运行状 3.3效果分析及优化设计 况良好， 通过测试数据可以计算出炉子的主要技术 表6炉子主要技术经济指标 经济指标如表6. Table 6 Mostly index of technology economy 从炉子的运行情况来看，各段加热温度稳 平均产 生产周期 炉底强 供热强 定，即加热一段温度为(95130)℃，加热二段温度 量/h)产量th少 度kgmh度/(GJh) 为(1078±28)℃，均热段温度为(1156+25)℃，钢坯 79.5 88.8 519.2 69.95 出炉温度在(1108±15)℃.平均产量为79.5th,扣 单位热耗(GJ·t)单位燃耗(m3t)热效率%加热炉等级 除轧机事故停产25min,生产周期产量88.8th. 0.879 128.9 67.21 特等炉
一 吴光 亮等 高温低 氧燃烧技术在唐钢 高线厂 的应用 表 测 试 周 期 内炉子 运 行主要工 艺参数 招 往。 妞 加 一温度℃ · 均热 段温度℃ 空 气 预 热 温度℃ 空燃 比 加 二 温度℃ 煤气预 热温度℃ 助 燃风量戏 · 一 ， 煤气量戊 · 一 ， 空 气压力瓜 均热烟温℃ 一 段烟温℃ 周期产量支 煤气 压 力 炉压瓜 一 卜 二 段烟温℃ 周 期平均 出钢 量一 ， 钢 种 单重吨 周 期钢 坯量 规 格 产 品规 格 中 ， 入 炉钢 坯温度℃ 事故 时间 出炉钢 坯温度℃ 轧机作业率 一 钢 坯 热 装率肠 出炉铁皮 厚 度 入 炉钢 坯氧化铁皮 厚度 钢 坯氧化烧损 率舰 表 测 试周 期 内炉子 热平衡表 几 血 收 入 项 支 出 项 项 目 热值伽 一 比 例肌 项 目 热值叹 一 今 比 例肠 煤气燃烧化学 热 钢 坯 带入物理 热 钢 坯氧化热 煤气带入 的物理热 ， 卜 艺 ，钢 坯带走物 理热 ’蓄热 室烟气 带走物理热 ’蓄热 室烟气带走化 学热 炉体表面散热 写 氧化 铁皮带走物 理热 ’循环冷却 水 带走物理热 勺 换 向损 失煤气 的化 学 热 ’炉子 逸气带走物理 热 △差值 艺 ， 污 染物排放测 试 结果 污 染物 是 指燃烧 过 程 中产 生 的有 害物 质特别 是 ， 等 ， 通 过 测 定燃烧 产 物 烟 气 中有 害物 的含 量 来 判 定燃 烧 系 统 是 否 清 洁 环 保 表 为烟 气主 要 成 分 表 表 烟 气 主 要 成分体积 分 数 介 温度℃ 蓄热 室 一飞可一一一可一一一瓦厂一 一下丁 一而二一一而厂一 空气蓄热 室 、 一‘ 、 一‘ 煤气 蓄 热 室 平均 空 气过 剩 系数 表 中空气 蓄热 室 或煤气 蓄热 室 的烟 气成 分 均 为在测试 周 期 内测试 次 的平 均值 效 果 分 析 及 优 化 设 计 通 过 测 试 数据 可 以计 算 出炉 子 的 主 要 技 术 经 济指 标如 表 从 炉 子 的运 行 情 况 来 看 ， 各 段 加 热 温度 稳 定 ， 即加 热 一 段温度 为 土℃ ， 加热 二 段温度 为士， ， 均 热段温度 为士 ， 钢 坯 出炉温度在 肚℃ 平 均产量 为 比 ， 扣 除轧机事故停产 ， 生产周 期产量 你 空气 与煤气 的预 热温 度 均 在 ℃ 以上 ， 各 蓄 热 箱 的排烟 温 度 均 在 ℃ 以 内 因此 炉子运 行状 况 良好 表 炉 子 主 要技 术经 济 指 标 介 恤 平 均产 量 · 一 生产周 期 产量 · 一 今 炉底 强 度汉 一、 一 今 供热 强 度 · 一 今 单位热耗 · 一 单位燃耗汉 · 一 热 效率机 加热炉等级 特等炉
◆322· 北京科技大学学报 2003年第4期 从炉子热平衡来看，钢坯带走的有效物理热 (2)加热炉的主要技术经济指标均超过了特 占总给热量的65.05%，炉子热效率为67.21%，大 等工业炉的标准.热装钢坯时，单位能耗为0.879 大超过特等炉标准.提供给炉子的主要热来源是 GJ,炉子热效率为67.21%，生产周期内产量为 煤气燃烧的化学热，占总供热的75.66%：而热送 88.8th,各蓄热箱的排烟温度均160℃以下. 钢坯供热次之，占总供热的20.88%，两项合计占 (3)燃烧产物中有害成分NO,SO2,C0等的 总供热的96.54%.损失的热量中以步进梁冷却水 排放均在10-级（体积分数），平均在40×106以下. 带走热量最多，占总供热的1191%；炉子逸气损 表明预热后的高温燃料是在低氧浓度区域内燃 失热次之，占总热量的10.0%：烟气带走的物理热 烧的，即实现了高温空气燃烧、NO的极限排放. 仅占总供热的3.44%.这说明蓄热式燃烧系统回 收烟气余热效果很好，同时也验证了因煤气压力 参考文献 波动带来的炉压波动，使得炉子逸气损失热偏 1蔡九菊，饶荣水，于庆波，等.填充球蓄热室阻力特性 高 的实验研究[).钢铁，1998,33(6：57 从污染物排放控制来看，燃烧产物中有害成 2许维成，林揆新.蓄热式技术在加热炉上的应用[ 工业加热，2001,23(459 分NO.,SO2,C0等的排放均在10级（体积分数）， 3 Hongfeng Bi,Ajay L Agrawal.Study of autoignition of 平均在40×10-以下，表明预热后的高温燃料是 natural gas in diesel environments using computational 在低氧浓度区域内燃烧的，即实现了高温空气燃 fluid dynamics with detailed chemical kinetics [J].Com- 烧、NO,的极限排放. bust Flame,1998,11(3):25 尽管从炉子的主要技术经济指标来看，炉子 4童年庆，袁玉琢.蓄热式燃烧技术在步进加热炉上 的各项指标均大大超过特等炉标准，但炉子存在 的应用[0.工业加热，2002,24(2：39 一些问题需要完善改进，其中蓄热式燃烧系统的 5于庆波，案勒，蔡九菊，等.蓄热式燃烧技术的应用与 进一步优化设计是今后不断完善和提高高温空 发展.节能，1998,8：3 气燃烧技术在轧钢加热炉上应用水平的关键所 6蔡九菊，于娟，于庆波，等陶瓷球蓄热室传热特性的 研究[).钢铁，1999,34(2)55 在 7吴光亮，朱荣，李士琦，等.高温低氧空气燃烧HTAC) 技术在我国冶金炉窑中的应用[).工业加热，2002 4结论 24(4):6 8杨湘，程素森，郭汉杰，等，蓄热式加热炉流场的数 (1)采用高温低氧燃烧技术设计的蓄热燃烧 值模拟[).北京科技大学学报，2003,25(2：135 系统可满足唐山钢铁集团公司高速线材厂一车 9吴光亮，朱荣，刘润藻，等.高温低氧燃烧HTAC)中的 间轧制生产的要求，达到了加热炉高效节能、运 反应工程问题，[).包头钢铁学院学报，2002,21(3： 行可靠、清洁环保之目的 203 Application of the High-Temperature Low-Oxygen Combustion Technology in Tanggang High-Speed Wire Mill WU Guangliang',LI Shigi,GUO Hanjie,ZHU Rong",YANG Xiang",LI Shuanglai,CHU Jiandong 1)Metallurgical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Tanshan Iron and Steel Co Ltd, Tangshan 063000,China ABSTRACT In order to achieve high efficiency,energy saving and low contamination emission for a reheating furnace with the high-temperature low-oxygen combustion technology,a regenerative combustion system of the fur- nace was designed by the way of numerical simulation,and a set of patent technologies was developed by the theory of metallurgical reaction engineering.A applied result of the patent technologies in Tanggang High-Speed Wire Mill indicated that the energy consume is 0.879 GJ/t,the thermal efficiency of the furnace exceeds 67%,the temperature of emission exhaust gas from the regenerator is below 160C,and the NO,content in exhaust gas is less than 40x 10-in volumic fraction. KEY WORDS high-temperature air combustion;regenerative combustion system;low NO,emission;heating fur- nace of rolling steel
北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 从 炉 子 热 平 衡 来 看 ， 钢 坯 带 走 的有 效物 理 热 占总给 热 量 的 ， 炉 子 热 效率 为 ， 大 大超 过特 等 炉标准 提供给 炉 子 的主 要 热 来源 是 煤气 燃烧 的化 学 热 ， 占总供热 的 而 热 送 钢 坯 供 热 次之 ， 占总供 热 的 ， 两 项 合 计 占 总供 热 的 损 失 的热 量 中以步进梁 冷 却 水 带走 热 量 最 多 ， 占总 供 热 的 炉 子 逸气 损 失热 次之 ， 占总热 量 的 烟 气 带走 的物 理 热 仅 占总 供 热 的 这 说 明蓄 热 式燃 烧 系 统 回 收烟 气 余 热 效 果很 好 ， 同 时也验 证 了因煤 气 压 力 波动 带 来 的 炉 压 波 动 ， 使得 炉 子 逸气 损 失热 偏 高 从 污 染物 排 放控 制 来 看 ， 燃烧产物 中有 害成 分 ， ， 等 的排 放 均 在 “ 级 体积 分 数 ， 平 均 在 一‘ 以下 ， 表 明预 热 后 的高温 燃 料 是 在低氧浓度 区域 内燃烧 的 ， 即实现 了高温 空气 燃 烧 、 泥 的极 限排 放 尽 管从 炉 子 的主 要 技 术 经 济 指 标 来 看 ， 炉 子 的各 项 指标 均 大 大 超 过特 等炉 标准 ， 但 炉 子 存 在 一 些 问题 需 要 完 善 改进 ， 其 中蓄热 式燃烧 系 统 的 进 一 步 优 化 设 计 是 今 后 不 断 完善 和 提 高 高温 空 气 燃 烧 技 术 在 轧 钢 加 热 炉 上 应 用 水 平 的关 键 所 在 加 热 炉 的主 要 技 术 经 济 指 标 均 超过 了特 等 工 业 炉 的标 准 热 装 钢 坯 时 ， 单位 能耗 为 八 ， 炉 子 热 效 率 为 ， 生产 周 期 内产 量 为 亦 ， 各蓄 热箱 的排 烟温 度均 ℃ 以下 燃 烧 产 物 中有 害成 分 名 ， ， 等 的 排 放 均 在 “ 级 体积 分 数 ， 平 均在 ‘ 以下 表 明预 热 后 的 高温燃 料 是 在低 氧 浓 度 区 域 内燃 烧 的 ， 即 实 现 了高温 空气 燃烧 、 的极 限排放 结 论 采用 高温 低 氧 燃烧 技 术 设 计 的蓄 热 燃 烧 系 统 可 满 足 唐 山钢 铁 集 团 公 司 高速 线 材 厂 一 车 间轧 制 生 产 的要 求 ， 达 到 了加 热 炉 高效 节 能 、 运 行 可 靠 、 清 洁 环 保 之 目的 参 考 文 献 蔡九 菊 ， 饶 荣 水 ，于庆 波 ， 等 填 充球蓄 热 室 阻 力特性 的实验 研 究 钢 铁 ， ， 许 维成 ， 林摆 新 蓄 热 式 技术在加 热 炉上 的应用 工 业加 热 ， ， ， 甘 刀 ， ， 童 年 庆 ， 袁玉 琢 蓄 热 式燃烧技 术在步进加热 炉 上 的应 用 业 加 热 ， ， 于 庆 波 ，秦勒 ，蔡 九菊 ， 等 蓄 热 式 燃烧技术 的应 用 与 发展 节 能 ， ， 蔡九菊 ， 于 娟 ， 于庆波 ，等 陶瓷球蓄热 室 传热特性 的 研 究 · 钢铁 ， ， 吴光亮 ，朱荣 ， 李 士琦 ， 等 高温低氧 空气燃烧 技 术在 我 国冶 金 炉 窑 中的应 用 田 工 业加 热 ， ， 杨湘 ， 程素 森 ， 郭 汉 杰 ， 等 蓄 热 式加 热 炉 流 场 的数 值模拟 北京科技大 学 学报 ， ， 吴 光亮 ， 朱荣 ， 刘润 藻 ，等 高温低氧燃烧归 中的 反 应 工 程 问题 ， 包 头钢 铁 学 院学报 ， ， 一 一 妞 一 牙 ’ ， ， 可 ， 万 口心气 罗 ， ， 喇 切屯 ， 盯 ， ， 吐招 ， 毛坦 ， ， 田叭 五坟 一 材 ， 甘 ’ 切 朗 工 加 理卿 八 ， ， ， 一 ‘ 一 叮
