热扎加热炉情况及改造方案——VKR燃烧

热扎加热炉情况及改造方案是怎么样的？下面上海坜合博小编就给大家来讲解一下吧。

现 有 工 况

① 炉型：步进式板坯加热炉 （共8台套，仅考察其中近期改造部分）

② 轨距：2250mm

③ 标准板坯尺寸（厚mm×宽mm×长mm）：250×1650×10000

④ 炉子尺寸（外形尺寸：长mm×宽mm）：500000×13000

⑤ 炉膛尺寸（外形尺寸：长mm×宽mm）：500000×11700

⑥ 炉墙厚度：500mm

⑦ 烟道中安装有空气换热器：

⑧ 加热炉共有预热段（16只）、第一加热段(10只)、第二加热段（10只）、均热段（30只），

⑨ 烧嘴布置：上层侧烧嘴12只（双侧24）、下层侧烧嘴17只（双侧34只）、均热段顶装平焰烧嘴（30只），合计烧嘴数量：88只。

⑩ 鼓风机铭牌：

⑪ 燃料：混合煤气 热值：2000kcal/Nm3

⑫ 混合煤气压力：10kPa

⑬ 空燃比：1.0（燃气）：2.7（烟气）：1.9（空气）

⑭ 理论空气量：85000÷1.2=70833.33 Nm3/h

⑮ 理论燃气量：70833.33 Nm3/h ÷1.9=44270 Nm3/h

⑯ 平均每只烧嘴的负荷：503 Nm3/h

⑰ 每只烧嘴负荷：100×104 kcal/h （约1000KW）

⑱ 热风温度：450℃

⑲ 煤气预热温度：250℃（波动范围：200~280）

⑳ 烟道设有，空气预热器和煤气预热器。

现状及要求：

目前是外置换热器的双预热直燃式的烧嘴，烟道加装了脱硫、脱硝装置;脱硝在烟道口900°的地方喷入氨水除去Nox，将Nox降到50mg达标后排放，并在排烟道加装热水降温装置后， 进入脱硫塔，用氢氧化钠除硫后直接排放；

烟道上安装了2路列管式换热器可以将热风预热至450度，混合煤气预热至250度左右，总的排烟温度控制在350度左右；

目前主要采用三种烧嘴， 分别为Bloom的蓄热式烧嘴、后改造的分级燃烧长焰烧嘴，以及可调焰烧嘴；

该项目运行良好，炉子的热效率较高；但在实际的使用过程中，随着国家政策及市场济的发展，也发现了一些问题并提出相应的要求如下：

热轧加热炉目前采用通过烟道安装两套独立的换热器加热风及燃料后用传统的烧嘴直接燃烧，一方面换热温度受限，不能做到充分的节能；另一方面燃烧形成的火焰温度高，会生大量的Nox，这样在烟气后期的处理过程中，脱硝的运行费用高；

集中换热必须考滤换热器的承载温度，加之热风的传输距离长，烧嘴本身的特性等 ，这就决定了助燃空气换热后最高为450度左右，即便增加了混合煤气的另一路换热，但是排烟道中增加了冷却风，使得排烟量增加，能耗也增加；

进一步的要求如下：

A：降低脱硝装置运行费用，在现有的运行状态及设备前题下，脱硝设备能低负荷下运行甚至是暂停运行；

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。它是将高温空气喷入炉膛，维持低氧状态，同时将燃料输送到气流中产生燃烧。空气温度预热到800-1000℃以上进入炉膛，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。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。

高温空气燃烧技术正是在人们越来越重视环境与能源问题的背景下产生的。它的发展与节能技术的发展密不可分。在余热不被利用的年代,系统的排气损失、炉壁热损失都很大。随着人类思想的进步,人们越来越意识到人类的资源是有限的,应该节约能源。长久以来,人们曾投入大量人力物力,指望尽可能多的回收排出燃烧室烟气所带走的热并将其用于加热助燃空气。这种高效节能技术的研究一步步获得了成功。而在做到节能的同时，还能兼具环保就是我们先进烧燃技术VKR所致力发展的方向， 也在成立VKR研究的宗旨；

在实际的运用中， 蓄热式换热出现了诸多的问题。比如陶瓷球或是蜂窝体、换向阀的故障率高，维护工作量大。造成省钱不省心的局面；但是间壁式换热器又不能做到将烟气温度换热至很高的温度，达不到最大节能的效果；

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1200度以上的温度换至700°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400-800°C也正好也是三元催化器的温度范围，可以通过三元催化进一步的降低Nox以及H、CO的排放；三级换热器的工作范围在60-350°C之间，采用传热性高的铜铝换热器，进一步实现冷凝排放，可最大限度的实现节能减排；

间壁式换热器也存在其他相关的问题， 比如：A：换热器的压损高，需要更高风压的风机，要求提供高达10-20Kpa的风压；B：烟道易堵，特别是微通道的列管式换热器、炉膛的灰尘极易将其堵塞，造成换热器失效甚至损坏；

解决的办法是：采用小型化，分散式的节能、高效的高压风机，如EBM AMTAK的风机， 一般应用于造纸行业或是冷凝锅炉，并在排烟管道增加负压风机抽吸。由于排烟温度大大降低， 使之直接采用普通的风机进行抽吸具有可行性，以此来解决换热器压损高的问题，又不至于增加能耗；

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

1，采用VKR无焰燃烧技术，改造目前正在使用的调焰烧嘴，在高温加热状态下膛内的温度超过850°C时，启动无焰燃烧转换开关（自动或是手动方式），炉膛内的火焰明显消失，噪音明显降低，无高温区的形成，整个炉膛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；

2，利用现在的调节阀门， 可调节燃气量及风量的大小，控制炉内的氧含量，调节空燃比例为10.3-10.5:1，烟气量可减少20%左右，因气中的氧含量可以至2%以下，一方面减少了烟气量实现节能，另一方面可降低板坯的烧损率；　

3，脉冲燃烧方式可大辐度的调节温度；除对烧嘴进行改装以外，整个系统以及控制方式及阀件均不改变，最大限度的利旧保持原来的系统；

4，需要在低温状态或恢复到普通模式燃烧，只需启动一键式的转换开关恢复到原来的普通模式用于烘炉或是非高温模式的运行；最大限度的降低改造风险；

5，可实现现场热装方式，无需停炉即可更换烧嘴改装元件，改装后的烧嘴不影响现有的全功能，只是增加了在需要时可屏蔽预混燃料的功能，直接可以将燃料送入炉膛。可手动或气动切换燃烧状态；

如下图示：

调焰烧嘴及改装

多级长焰烧嘴及改装

上图为VKR技术改造后的烧嘴示意图

方案：不改变现在的烧嘴结构，仅通过技术操作及增加可转换的配件。在高温模式工作时燃料可直接进入炉膛，形成无焰燃烧。

燃　　烧：正常加热工作阶段的燃嘴同现在的烧嘴功能及技术参数完全一样，只相当增加一个用专燃料喷射的管，燃料管采用碳化硅材质制作，能耐1700°C以上的高温， 可置于焰芯的中间长时间工作；由于在加热阶段空气已经被预热至450度；燃料已被预热至250度，可以通过手动切换方式将预热后的燃烧以一定的压力、速度通入炉膛，形成卷吸及扩散，使燃烧保持低氧（2%-10%之间）接触的状态，形成无焰燃烧，并使整个炉膛形成一个整体的辐射热体。整个炉膛看不到火焰，无局部高温区，氮氧化物无法大量生成，Nox排放降低；如下图所示B。　

烘炉预热启动阶可以手动或气动切换至目前烧嘴的状态进行正常的预混燃烧方式，采用嘴前预混的方式可以有效的加长火焰，提高流速以及点火效率；有焰模式的燃烧方式，有蓝色长火焰。混合煤气通过原来的燃料通道通入；如上图A。在有焰状态，由于工作的时间短不考核Nox的含量；且低温状态可以通过过量的空气系数比1:15-20左右来降低Nox的相对含量；

温度及炉膛气氛调节：采用脉冲方式（ON/OFF)调节工作时的温度，控制风量大小调节炉膛气氛；（由于是无焰模式工作，所以不考滤火焰的长度，避免了选择长焰及短焰烧嘴的问题，以不用考热风对流的问题，全部都在高温模式下辐射加热）

安全及控制：烧嘴燃烧安全控制在有焰及低温模式下；按现在的操作模式不变；（参见步进梁式加热炉仪控说明书）

炉膛温度高于850度后，手动切换（或做成气动方式，可实现自动切换）无焰模式燃烧状成下燃烧安全控制器关闭，交由PLC做脉冲控制；燃料是通过新设计的管路直接通入炉膛；

燃料热值及炉膛气氛调节； 由于是混合煤气，燃料热值会有一定的波动性，在烟气上加装氧探头来控制空/燃比例调节会有滞后；我们建议采用热值分析仪，通过实时测量燃料的热值来调节燃料的供应量，使之形成稳定的炉膛气氛，这样就能达更精准的空/燃比，并控制烧损率的目的；

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动行方式，只是在不影响现在的设备及运行机制上，对烧嘴头部分进行改动；使之能实现无焰燃烧，并且能随时切换恢复至现在的状态；

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；本项目炉温均在1200°以上，且炉膛空间大，更有利于无焰燃烧的形成；

B：不改变现在的集中换热方式，排烟等：烟道除了脱硝，后面还有脱硫装置，而且安装了2套热器。且除了助燃空气外，也增加了燃料的预热；加之混合煤气的价格低，已经具备了很高的热效率；故不考滤降低烟温的方式来节能。

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８５０°之前）是无法实现低Nox排放的；

燃料热值及压力的不稳定：

混合燃料容易出现压力以及热值的不稳定，造成燃烧不好，无焰模式失效等问题；

A: 要求统一增压，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：上海坜合博 VKR先进燃烧技术

2023 年 07月