冷扎辐射管加热改造方案——VKR燃烧器

冷扎辐射管加热改造方案——VKR燃烧器，下面有上海坜合博小编来给大家讲解一下吧。

现 有 工 况

现状及要求：

目前冷轧车间是采用的是 W 型辐射管，加热温度 950°左右，燃料为焦炉煤 气，4000 大卡左右 (含氢量最大到60%) ； 采用单级或双级换热器，Nox 排放 有一定的要求。

炉型： 斯坦因.霍德 热处理炉；

辐射管： W 型辐射管，制造商：久保田，-2Kpa 使用；

燃料种类：焦炉煤气 CO+H2 (其中 H2 最大超过 60%)

燃气压力：

使用温度：Max 950 度，

烧嘴功率： 160KW

当前遇到的问题：

W 型辐射管在我国产最为广泛的使用，具有很多的优点；

1，管道长，表面积大，可承受更大的功率。

2，维护及安装方便；不易破碎；

3，国内保有量大，运行可靠；

缺点如下：

1，造价高， 壁厚材料使用量大，制造成本高；

2，不适用于大于 950°的工况；

3，热损失大，发放不均匀，易裂管并弯曲变型等；

W 型辐射管采购的国内最好的辐射管， 最长使用工部超过 10 年以上；但是 在实际使用过程中，辐射管在火焰根部会出现裂管的现象， 目前统计有超过60% 以上的管裂；

分析辐射管出现管裂的原因如下：

1 ：本身产品加工品质问题：由于是离心浇铸，可能会造加工过程中材质的 混合不好，分布不均匀等，所以每只辐射管的特性有可能不一样；

2 ：热量的聚集产生高温：辐射管内由于烧嘴安装或火焰的形装等原因造成 局部高温产生热胀冷缩， 出来管道破裂，特别是入口端的焊接处破裂；

3 ，燃料中的氢含量高，造成一定程度的氢脆现象，进一步增加了辐射管破 裂的概率；

由于国内W 型管的保有量大， 有长时间可靠运行的大量的案例，且方便维 护及保养等诸多优点，故不考滤更换为其他型式换辐射管；希望在不改变的 W 辐射管的形式下，能做到节能减排技术改造；

进一步的要求如下：

A：分析并减少辐射管的破裂情况的发生；

B：降低 Nox 排放；

B：进一步降低炉子能耗，实现极限节能，减少碳排放；

方 案：

(VKR 先进燃烧技术介绍)

VKR 是德国先进燃烧技术的简称。主要采用无焰燃烧技术 Flox 减排, 以及多级微通道换热技术 Exchanger+节能

高温空气燃烧技术 (High Temperature Air Combustion-HTAC) ， 亦称无焰燃烧技术 Flox 或蓄热式高温空气燃烧技术，是 90 年代以来发达国家开始普遍推广应用的一种全新燃

烧技术。当换热后的空气温度预热到8 5 0℃以上进入带有引射器内管的辐射管内，并卷吸 烟气后燃烧区空气含氧量大大低于普通的空气含 量，氧气含量在2%-15%之间，再直接喷入 燃料后会形成一个均匀的热反应区，不会有火焰的形成。与传统燃烧过程相比，高温空气燃 烧的最大特点是节省燃料，减少二氧化碳和氮氧化物的排放，降低燃烧噪音。

VKR 采用不同材质的多级换热的方式使之完美的解决，其中一级换热采用新型的碳化硅 材质，可以将9 0 0度以上的温度换至4 5 0 °C， 可以将助烧风换热至接近炉膛的温度； 二级换热器采用耐高温的微通道金属列管式换热，工作范围内在2 0 0 － 4 5 00°C 之间； 串联安装使用后可大大降低排烟温度；

VKR 先进燃烧技术核心为：

无焰燃烧 LowFlox 降低氮氧化物排放，低于50mg。 多级换热 ExChange+ 降低排烟温度节能

采用VKR 无焰燃烧技术，改造目前正在使用的 RTB160烧嘴，在高温加热 状态下辐射管内部温度超过850°C 时，启动无焰燃。辐射管火焰明显消失， 噪音明显降低，无高温区的形成，整个辐射管内形成一个弥散式的燃烧状态， 不易产生Nox 实现排放达到50mg 以下的指标；

1，换热器改装，将现在的分体式安装在出烟口的一级或二及换热器改装集 成到烧嘴一体；在排烟口加长缩径后的高温烟管路接入烧嘴换热器后再排出。在 不改变辐射管结构及安装方式，将排烟温度降至2 0 0度以下，实现节能2 0 ％ 左右；

2，在 W 型辐射管内加装内管，使火焰更长，并有助于内部烟气循环，使有 焰模式下不易烧坏辐射管，确保辐射管更长的使用时间；无焰模式下由于无高温 区，燃料在整个管内发生反应放热，更能大大的加长了辐射管的使用时间。如下 图示：

上图为 VKR 技术改造后的烧嘴示意图

本方案不改变现在的辐射管及炉体的结构，不改变控制方式及管路阀件等， 仅更换烧嘴及加装内管。为控制风险性，应确保可随时恢复至改装前的装况；

注意事项：

A：由于辐射管的设计使用是在9 5 0度以下， 所以要杜决超温使用的情况发

生；

B ：对于辐射管的弯曲问题，这是由于辐射管的材质及重量本身造成的， 我们 无法改变，只能定期变更一下 1 8 0 °安装方向，抵消由于重才造成的影响；

问题及相关对策：

风险及安全评估：

目前炉子在安全的运行状态下，本方案尽量不改变现在的设备及运行方式，只是在不影响现 在的设备及运行机制上 ，对烧嘴部分进行改动 ，燃嘴前端增加烟气管路调试好后整体出厂， 可方便拆装； 改造后能实现无焰燃烧降 Nox ，排烟温度降至2 5 0°以内 ，节能！如有必要 还能随时恢复至现在的状态；

A：无焰燃烧的形成： VKR 德国先进的烧嘴技术，本方案主要就是采用无焰燃烧技术降 Nox， 并通过减少烟气量有一定的节能效果；无焰燃烧的形成需要多方面的因素结合才能形成稳定 的无焰燃烧；在欧洲及国内的多个现场都有成熟的使用案例；本项目炉温在 9 5 0°左右均，

并增加辐射内部，形成烟气内部循环， 更有利于无焰燃烧的形成；

B ：将现在的换热器集成到燃嘴侧，烟道上从外部加装回烟装置， 装置内部为隔热材料，换 热器采用 VKR 的先进技术，增加二级微通道换热器，可将烟气最终的排烟温度降到 2 5 0 ° 以内；

Nox 的排放不能完全或是全程达标：

氮氧化物的排放是近年来国家要求的重点， 降低并达标 Nox 排放指标的方法很多种 ；其中 无焰燃烧技术是降 Nox 排放最有效的低成本的方式， 但是不能做到全程都是低 Nox 排放， 在正常的有焰模式下 (启炉阶段或是炉膛温度没有达到 8 5 0°之前) 是无法实现低 Nox 排 放的；

燃料热值及压力的不稳定：

焦炉煤气的热值较高 ，燃燃稳定 ，但是由于含氢量高 ，会有火焰传播速度快 ，易爆等特点， 需要对管道及烧嘴作相对应的改进；

A: 要求统一稳压， 并调配好热值提供稳定可靠的燃料来源。

b: 要求增加热值分折仪，对混合煤气的热值进行测量， 并计算出实时准确的热值后参与到 控制系统中，对输入燃烧的量进行前置调节，确保炉内气氛值的稳定.

设备选型标准及投入；

a ：设备的设入必须在未来的成本约中收回收；

b ：选用更可靠的配件来降低设备的维护费用；

c ：标准化的生产及选型降低产品采购费用；

此方案：方案提供:VKR先进燃烧技术

2023年07月代