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加熱爐蓄熱體堵塞原因分析及解決方法
來源:|作者:金瑞 |發布時間:2021-03-26 |次瀏覽
蓄熱體有陶瓷小球、蜂窩體之分。陶瓷小球一般直徑為8～32mm，比表面積600m2/m3，材質有莫來石、高鋁、粘土;蜂窩陶瓷蓄熱體目前廣泛使用的幾何尺寸大多為100mm100mm，蜂窩孔尺寸為4m
蓄熱式加熱爐采用的空氣、煤氣預熱方式和排煙方式，充分利用煙氣中的熱量，通過蓄熱裝置將空氣、煤氣預熱到1000℃左右，排煙溫度降至200℃以下，改變常規加熱爐預熱溫度低、排煙溫度高、熱效率低的難題。蓄熱式加熱爐可以將熱值較低的高爐煤氣作為加熱燃料，燃燒充分、熱效率可達65%以上，節能效果非常顯著，是目前軋鋼廠主要的節能措施和發展方向［1］。
包鋼長材廠1#線加熱爐為2013年改建投產，采
用流行的爐型———空氣、煤氣雙蓄熱燒嘴式加熱爐，發揮了自動化程度高，噸鋼燃耗低，排放污染低的勢，但投產一段時間發現一些工藝技術問題，如換熱效果下降，爐壓大，噸鋼燃耗升高。打開蓄熱燒嘴發現蓄熱體堵塞嚴重，換蓄熱體5個月后這些問題又陸續出現。針對這一問題，進行深入調查研究，采取一系列工藝化和技術改進措施，將蓄熱體換周期延長到12個月以上，現該加熱爐運行狀態良好。
1蓄熱式加熱爐的工作原理
蓄熱燒嘴一般成對工作，空氣、煤氣經過換向器進入一側蓄熱燒嘴，通過蓄熱體時常溫的空氣、煤氣被加熱到1000℃左右進入爐內進行彌漫混合燃燒，產生的高溫煙氣通過另一側蓄熱燒嘴將熱量傳遞到蓄熱體上，煙氣溫度由1100～1200℃降到200℃以下，由引風機排出廠房外。經過40～90s
時間，換向器將蓄熱燒嘴在工作狀態Ⅰ和Ⅱ(圖1)之間自動轉換使一個處于燃燒狀態，而另一個處于排煙狀態，就這樣往復，從而將高溫煙氣中90%的熱量由空氣及煤氣重新帶入爐內，從而達到高效節能的目的［2］。
2蓄熱體
蓄熱體有陶瓷小球、蜂窩體之分。陶瓷小球一般直徑為8～32mm，比表面積600m2/m3，材質有莫來石、高鋁、粘土;蜂窩陶瓷蓄熱體目前廣泛使用的幾何尺寸大多為100mm×100mm，蜂窩孔尺寸為4mm×4mm，壁厚1mm左右，比表面積1000m2/m3。材質主要有剛玉、高鋁、堇青石等(圖2)。
蓄熱體的布置按照氣體流經蓄熱體的方向分為豎流與平流。豎流式存在氣體進入蓄熱室下方集氣箱后由下而上流經蓄熱體，易引起氣流分布不均的缺點，而平流式具有氣體通過蓄熱體時壓力損失小、基本沒有偏流現象的點。
長材廠1#線加熱爐選用的蓄熱式燒嘴是近年來國內較為先進的燃燒設備，蓄熱體孔型為蜂窩正六邊形，按孔徑分為4mm(空氣)和5mm(煤氣)兩種規格，壁厚1mm，材質為剛玉莫來石。蓄熱體在蓄熱裝置內為平流布置，排煙效果好，沿程阻力損失少，蓄熱體蓄熱、放熱均勻平穩，熱效率高。但由于蓄熱體蜂窩孔徑較小，在使用時易造成堵塞，影響加熱爐的正常工作和節能效果。
3蓄熱體堵塞原因分析
蓄熱體堵塞物從現場實際檢查發現有泥狀混合物、粉塵板結塊、氧化鐵皮板結塊、耐火材料粉塵板
結塊，煤氣雜質混合物等，原因分析如下。
(1)爐膛壓力控制不當、調節滯后。爐膛壓力對加熱爐運行十分重要，爐壓過小會造成煙氣中粉塵增多，特別是停軋檢修時，沒有采取正確的調整方法，沒有及時關小各段排煙總閥及排煙風機的控制閥門，造成抽力相對、爐膛壓力長時間過低，將爐內大顆粒粉塵尤其是氧化鐵皮粉末吸入蓄熱體，與蓄熱體形成低熔點化合物后，再與廢氣中的灰塵結合，造成堵蓄熱體堵塞，見圖3(a)。
(2)排煙溫度控制不合理。排煙溫度過低，造成煙氣中的水蒸汽通過蓄熱體后液化留存于蓄熱箱內與煙氣中的粉塵混合形成泥滴，一部分沉積在蓄熱體外側下部，逐漸增多，另一部分在換向時進入蓄熱體因溫度升高泥滴發生板結，粘附在蓄熱體上，堵塞蓄熱體;排煙溫度過高，蓄熱體在換向周期內不能降到合理溫度，將蓄熱體內的低熔點物質融化、板結，進而將蓄熱體燒損、破碎，煙氣通過，造成粉塵聚集堵塞蓄熱體，見圖3(b)。
(3)爐內燃燒時空燃比控制不合理?？杖急瓤刂撇缓侠?，造成煤氣不能完全燃燒，特別是煤氣熱值或壓力波動時調整不及時或調整錯誤，爐內未燃燒的煤氣進入蓄熱體內燃燒，燃燒產物直接凝結在蓄熱體壁上，并將蓄熱體內的低熔點化合物燒化，將蓄熱體燒損、破碎，堵塞蓄熱體。
(4)煤氣內雜質過多。包鋼長材廠1#線加熱爐使用的為髙、焦混合煤氣。其中焦爐煤氣因成分復雜，凈化后仍然含有焦油、苯、含硫化合物、水蒸汽等雜質，在進入蓄熱裝置時沉積在蓄熱體上，經過換向過程，可燃成分燃燒將產物與不可燃成分燒結在蓄熱體上，堵塞蓄熱體［3］。
(5)蓄熱體安裝、縫隙封堵不規范。蓄熱體安裝時，安裝錯誤造成“斷路”使煙氣排放通道，粉塵聚集堵塞蓄熱體;蓄熱體組合時，選擇尺寸錯誤造成蓄熱體之間出現大量縫隙，形成局部“突擴管”煙氣通過時產生渦流，局部阻力，煙氣流速放緩，造成粉塵顆粒沉積，堵塞蓄熱體。蓄熱體安裝后，上部縫隙封堵不嚴密，從而縫隙變成微煙道，煙氣有從阻力小的通道通過的特性，因此一定量煙氣從上部縫隙處竄出，易燒壞燒嘴箱體結構，致使蓄熱體排煙不均勻，蓄熱體上部煙氣速度快，而蓄熱體下部煙氣速度慢，較大的粉塵顆粒易沉積與蓄熱體粘連，造成蓄熱體堵塞。
(6)加熱爐檢修后爐膛雜物多。加熱爐檢修后，爐膛清理不，尤其是石棉氈等含有纖維的保溫材料沒有清理干凈，爐溫升高后將其燒成粉狀，蓄熱燒嘴工作時，吸入蓄熱體的纖維粉末變成了過濾網，不斷地阻擋粉塵，后造成蓄熱體完全堵塞。
4蓄熱體堵塞的危害
蓄熱體是空氣、煤氣進入爐內燃燒和爐內煙氣排出爐外的通道，也是實現常溫空氣、煤氣與高溫煙氣進行熱交換的媒介，因此蓄熱體堵塞后直接影響加熱爐正常工作，降低加熱爐熱效率。
(1)蓄熱體堵塞后，爐壓調節困難，正常生產時爐壓經常為50Pa以上。爐壓過大時將有大量高溫爐氣溢出爐外，惡化勞動環境，縮短加熱爐壽命。當爐壓為+10Pa時，100mm直徑的孔洞逸氣熱損失為380000kJ/h。爐內大量本應供給鋼坯的熱量溢出損失，造成燃料用量的增加，噸鋼燃耗居高不下［4］。
(2)蓄熱體堵塞后，換熱面積減少，煙氣換熱量減小，外排熱量增加，熱效率下降，排煙溫度高，經常報警，控制困難，蓄熱裝置時常因溫度報警自我保護而停止工作，影響加熱爐的正常生產。
(3)蓄熱體堵塞后，換熱面積減少，空氣、煤氣獲得的熱量減少，無法達到預熱溫度，加熱爐升溫困難，被迫需要高熱值的焦爐煤氣，進一步堵塞蓄熱體形成惡性。
5蓄熱體堵塞解決方法
5．1化操作
(1)生產操作時，嚴格貫徹熱工制度，及時調整排煙閥門的開啟度，特別是停軋檢修時，在減少空氣、煤氣用量的同時要將各段的排煙閥門關小，必要時要將排煙風機的控制閥關小，減小排煙風機的相對抽力，使加熱爐爐壓保持在30～35Pa之間，阻止爐內大顆粒粉塵及氧化鐵皮顆粒吸入蓄熱體，同時還能避免冷空氣進入爐內增加鋼坯燒損。
(2)正常生產時，合理的控制蓄熱箱的排煙溫度，具體操作方法:①根據各個排煙管道上熱電偶的溫度，調整每組蓄熱箱的排煙檢修閥，保證各組蓄熱箱排煙溫度差值在10℃以內。②根據各段空氣、煤氣的配比統一調節各分段排煙閥門，將排煙溫度控制在(140±10)℃范圍內，這樣就避免調節排煙總閥時，蓄熱箱之間排煙溫度相差過大，出現個別蓄熱箱排煙溫度過低或過高的情況。③日常巡檢時要經常用測溫槍現場測量蓄熱箱的實際溫度，發現問題及時調整排煙檢修閥，保證排煙溫度均勻、準確。
(3)工作中根據實際情況選擇合理的空燃比，
保證爐內煤氣能夠完全燃燒，并注意煤氣壓力和熱值情況，發現煤氣壓力、熱值出現波動應及時調節空氣、煤氣用量及各段排煙總閥，嚴禁單調空氣或單調煤氣。煤氣壓力及熱值升高時:首先調節排煙總閥，將爐壓控制在25Pa左右，然后依次調節煤氣閥、空氣閥，后再將爐壓調節到30～35Pa之間，在調節空氣、煤氣配比時多余的煤氣進入蓄熱體內燃燒。煤氣壓力及熱值降低時:首先調節排煙總閥，將爐壓控制在40Pa左右，然后依次調節空氣閥、煤氣閥，后再將爐壓調節到30～35Pa之間，在調節空氣、煤氣配比時爐內煙氣量減少過多，造成排煙
風機抽力相對，將大顆粒粉塵吸入蓄熱體。
5．2技術改進措施
(1)改造蓄熱體前的過濾網，選擇過濾效果好、壽命長的不銹鋼網。
(2)在滿足軋制要求的同時按照熱工制度，選擇低熱值的混合煤氣，盡量減少焦爐煤氣使用量，既能減少煤氣中雜質帶入量，又能降低噸鋼燃耗，提高經濟效益。
(3)加熱爐操作培訓時增加蓄熱體安裝標準、安裝規范的內容，并把親自動手選擇正確蓄熱體尺
寸、正確組合蓄熱體作為學習重點，做到能夠正確安裝和及時發現安裝過程中出現的各種錯誤。
(4)檢修前對檢修單位具體負責安裝工作的帶班人員進行詳細的技術交底和安裝要求說明;檢修時安排技術好，素質高的質量檢查員全程進行監督、指導，使蓄熱體安裝緊密、無錯誤，上部縫隙層層封堵密實、無遺漏，微煙道、“斷路”、局部“突擴管”現象出現;檢修結束后，將爐內雜物特別是含纖維的保溫材料要清理，對噴口磚周圍等重點部位要將灑落的耐火材料清掃干凈，減少蓄熱體的粉塵吸入量。
6結束語
通過操作化及加熱爐熱工制度的嚴格執行，目前包鋼長材廠1#線加熱爐運行狀態良好，正常生產時噸鋼燃耗控制在1.05GJ/t以下。采用技術改進措施，提高加熱爐檢修、維護質量，蓄熱體換周期延長到12個月以上，檢修時也有一部分蓄熱體沒有堵塞，只需換外側的兩層蓄熱體即可，有效降低了加熱爐維護成本，提高了生產效率，了工人勞動強度，取得了可觀的經濟效益和社會效益。
