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行业新闻

工业炉发展与生物质燃烧机的应用

工业炉发展与生物质燃烧机的应用

摘要:简要叙述了工业炉发展取得的成就,并指出,工业炉采用生物质燃烧机系统是20世纪工业炉技术进步的一项重大成就重点介绍了俄罗斯和乌克兰等国在生物质燃烧机方面的研究成果及应用特色

    生物质燃烧机f或完整地称为生物质燃烧机系统)由于其独特的优越性和技术的不断完善,已越来越被重视和推广应甩我国一些单位,如北京科技大学、东北大学等对生物质燃烧机己进行了大量的研究工作,采用生物质燃烧机的工业炉f包括引进设备和技术1也己在一些工厂建成运转在这方面,国外的工作是从20世纪80年代开始的,时间较早,有较多的成果和经验,作者曾对此进行过报导和评述[1-2 1至今。国内有关国外情况的报导和引用大多来自西方国家的信息;然而,我们了解到,在俄罗斯和独联体国家一些热工方面的重要单位。在蓄热式燃烧器方面也进行了许多研究开发I作。这项技术在工业炉上也已应甩因此,进一步了解这些国家的研究成果和经验无疑将是有益的。

    本文着重介绍俄罗斯和乌克兰等国有关蓄热式燃烧器的研究和应用成果【3司!对一般性的问题,诸如生物质燃烧机的工作原理、工作特性.

    工业炉在冶金机械、建材等工业部门中常为主要的且为大型的设备,而在总体上,特别是燃料炉,又为非标准设备。人们经常不断地改进、更新工业炉的结构,改善工业炉的控制和操作,采用新技术以提高工业炉的整体水平。到20世纪末,我国和其他主要工业国家,为了提高工业炉产品质量,提高机械化自动化水平,节约资源和能源,改善劳动条件和减少大气污染,现代化工业炉的设计建造,已经有了较明确的方向和较成熟的技术例如,在冶金厂中,型材和板材轧制前的加热,步进式炉得到了肯定的发展:在管材和轮箍轧制前的加热炉方面,环形炉为最能满足要求的选择在步进炉中。步进梁式加热炉的耐热钢滑道和双层绝热水管支撑系统不断改进,效果明显例如莫斯科高温研究历提出把含铬合金滑道改为含钴合金滑道,不仅成本降低,而且使用寿命延长,一般情况下初始厚度为120 mm的滑道可使用弘5年。炉子内衬材料的发展方向也己明确,这就是采用各种形状的耐火纤维制品,其使用温度己可高达1  200 0C。

    在工业炉发展的历程中。节约能源几乎是一个永恒的主题,始终受到最普遍的关注工业炉生产的能源消耗量受许多方面因素的影响,但是节约能源的主要途径对燃料炉而言,是最大限度地利用炉子

排出烟气的余热(废热l利用的方法通常有三种,即预热入炉前的料坯采用废热锅炉生产蒸汽或热水和预热燃烧需要的空气

    预热空气可采用换热器和蓄热室换热器有很大发展,已可将空气预热至600℃。蓄热室可将空气预热至更高的温度,达1 000℃以上但过去以格子砖为蓄热体的蓄热室,体积庞大,造价昂贵,在工业炉上难以广泛采用。

    为了提高空气预热温度,以大幅度地节约能源。并实现高温空气燃烧技术。人们对蓄热室进行了大量的研究工作。现在,一种新型的以球体陶土材料为热体的蓄热室己开发成为体积十分紧凑的结构。并在此基础上开发出生物质燃烧机系统由于热容量较小,蓄热放热的换向时间仅为20- 30 s或至多卜2 min,蓄热室下部的排烟温度不超过200- 250℃,这样,废热的回收率可达9cVo,炉子的燃料节约率可达50%~60%。

    在苏联最早研究蓄热式高温预热技术的是全苏冶金热工研究所。他们在20世纪60年代便开始研究紧凑型的格子砖式蓄热室,后改为研究球体式之后,苏联科学院高温研究所和钢铁设计院等单位相继开始研究,除俄罗斯外,现在乌克兰科学院煤气研究所和乌克兰冶金学院等单位在生物质燃烧机系统的研究和虚用方面也取得了成果o现在,世界许多国家都在不同用途的各种炉型上采用蓄热式燃烧系统,取得了显著的经济效益和社会效益

    工业炉历史发展表明。工业炉采用蓄热式燃烧器系统。是20世纪工业炉技术进步的一项重大成就

3试验研究

    俄罗斯冶金热工研究所开发的生物质燃烧机。烧嘴煤气喷口为多喷口型。喷口的直径和数目由供热能力确定煤气与空气呈交角混合。煤气流路用耐热钢制造。空气流路为砖砌通道烧嘴的点火小烧嘴同时作为值班烧嘴烧嘴简图见图1

    该烧嘴曾在一热态试验炉上进行了试验试验炉所用蓄热室内的蓄热体为高铝陶土小球,并分为三层:最下层100 mm高度内的小球直径为20mm;之上300 mm高度内为直径10 mm的小球;最上层200 mm高度内为直径25 mm的小球,该结构可以使装置整体体积最小,高度最小。试验结果如下:煤气(天然气)流量89.3 m3 /h;煤气压力40 kPa;空气消耗量15 80ff13/h:空气压力50k Pa;当炉膛温度为1 100c时,烟气进入蓄热室的温度为900℃,出口温度为70℃。空气预热温度为700℃。

    对蓄热室除了进行试验外,尚建立了数学模型。进行了数字计算计算条件为:小球直径20 mm;天然气流量20- 150 ffl3/1i;空气消耗系数1.05-3.Q炉温800-1 250℃。计算结果表明:

    f1)蓄热室断面尺寸的影咆当蓄热体料层高度为0.6 m,入口烟气温度为1 250℃,出口烟气温度为200- 340℃。空气预热温度为1050-1 160℃.在上述条件下。在不同的煤气流量下,料层最适宜的断面面积为0. 34 mz再增大断面,对减少阻力损失的作用越来越小。

    (2)换向时间的影响。在上述蓄热体料层尺寸条件下,将换向时间由5 min缩短为1min,空气预热温度的波动可由250℃减为50℃,平均烟气出口温度由322℃减为293℃,而阻力损失变化不大。

    (3)高度的影响。断面为Q 34 1TI2的蓄热室,若小球料层高度由0.6 m增加为1.0 m。则空气预热温度可提高70℃,烟气出口温度可降低65- 75℃.阻力损失则增加40%。

    4)炉膛温度的影响。当炉膛温度由1 250℃降为800℃时,在空气流量为1  500 ffl3/h的情况下。料层阻力由3. 07阵为2.24 kPa,烟气出口温度由304℃降为200℃。

    为了验证生物质燃烧机系统的节能效果,乌克兰冶金学院等单位对一试验炉进行了热平衡测试试验炉长5 930 mm,宽1 170 mm,高1050 mm,一对烧嘴,换向时间为1 mir;i蓄热体为高铝陶土小球,直径2吐5 mm:填料层高度500 mm用天然气加热,煤气消耗量保持为22.4 m3瓜试验中,烟气综述出炉温度为1 050℃。进入蓄热室料层时为840℃:空气预热温度平均为690℃。

4应用特色

4 1用于工作不稳定的炉子

  对各种形式加热炉工作的分析表明。一些加热炉的工作制度是不稳定的。其原因有如加热品种的改变、轧机故障待轧料坯供应中断能源供应中断等众所周知。炉子的生产率对单位燃料消耗量有明显的影响,那么工作不稳定性的影响将更为显著

    前已指出。为了提高燃料利用率,应最大限度地回收炉子废气带走的热量回收的方法在工业实践中主要有三种:预热料坯、采用余热锅炉和预热燃烧用的空气。分析表明,当炉子工作不稳定时,用废热预热料坯的余热利用效率将大为降低采用余热锅炉时,尽管锅炉的热量利用率比较高,可达707/0,但是当停炉时,蒸汽生产不稳定,从而降低了蒸汽的使用效果当预热空气时。不论是炉子正常工作或不稳定工作,空气预热都将使燃料消耗明显降低,比前面两种方法都较为有效。

    然而,采用换热器预热空气时,废热回收率比较低,仅为3%~50%,远远低于余热锅炉为了提高空气预热的废热回收率,采用生物质燃烧机系统是最有效的手段在该系鲩中,蓄热室内的废热回收率可达80%~9CV/o:即使估计到某些蓄热室可能有达ly/c的热量(包括烟气损失,其回收率仍可达70%左右。接近于余热锅炉的回收率

    因此,对于工作不稳定的加热炉采用蓄热式燃烧器系统可使燃料消耗量大幅度降低。是较优化的选择。但是另一方面,由于这类炉子常常是生产任务不饱满,因而投资的回收期比较长因此。应尽可能降低蓄热式燃烧系统的造价。主要是氧化铝小球的费用。且对蓄热室的尺寸、小球的材质和尺寸,以及蓄热室的操作参数,均应进行优化设i

4.2用于室式炉

    1993年俄罗斯冶金热工研究所将蓄热式燃烧器用于加热钛合金扁钢的抽底式室式加热炉,加热温度1 250℃。该炉是在炉子后墙中设置两个垂直道。向上通入一对蓄热室,下面联接一对蓄热式烧嘴火焰出口(烟气入口)用高级耐火材料制成,蓄热室放在炉顶上。蓄热体料层高度为0.8 m。断面尺寸为0. 694 mz,是按煤气最大流量为3 000 ffl3/h进行设计魄换向装置为自己研制的空气烟气联动四通阀(+/L械传动),有很好的密封性烧嘴内的煤气喷头用耐热钢制造,呈环状收缩形,周围布置12个小孔,孔径6 mm,向中心倾角1 50,煤气喷出速度为80 m/点火娆嘴装在煤气烧嘴之内,并同时起到值班烧嘴的作用。该燃烧器燃烧状况良好,火焰稳定,在空气过剩系数为1.争1.3的条件下。火焰长度达2m以上o该炉的空气预热温度很高,仅低于烟气温度

 4 3用于辐射管加热

    采用U形辐射管加热的炉子,过去由于燃烧器装在辐射管一端而可能造成温度分布不均匀,影响使用效果改用生物质燃烧机时。可将一对燃烧器分别装于辐射管的两端,如图2所示这样。由于换向操作。可使辐射管内达到较均匀的温度分布。

4 4用于提高炉温均匀性

    一般而言,当采用高温预热空气燃烧时,由于理论燃烧温度的提高,火焰中的温度分布将会趋于更不均匀。当采用生物质燃烧机时,尽管成对的燃烧器换向操作有利于炉温均匀化。但火焰中温度分布不均匀的影响依然会存在o因此对采用生物质燃烧机的炉子,为保证达到理想的炉温均匀性,还应选择适宜的燃烧条件和火焰结构。特别是对于大型室式加热炉。为提高加热质量和加热速度。这一点更为重要

    在这方面。乌克兰冶金学院的研究提出的建议具有指导意义他们对一采用生物质燃烧机的大钢锭加热炉进行了数值计算o该炉为长方形炉膛,炉子两端各装一台生物质燃烧机。炉内两侧各装5个钢锭,共两排10个钢锭。钢锭直径0. 45 m,重11.9 t计算中确定影响炉长方向上温度分布的燃烧条件主要有:

    (1)火焰出口后,在火焰中继续燃烧的燃料份额(Ki);

5今后工作

    关于生物质燃烧机系统今后的研究开发工作提出如下建议:

    (1)形成生物质燃烧机的设计系列;

    (2)研究减少N Ox排放量的途径;

    (3)完善换向装置;

    4采用新的更好的材料

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点击次数:  更新时间:2018-02-04 20:16:34  【打印此页】  【关闭