工业炉 Vol.29No.4第29卷第4期
加热炉汽化冷却的改造与应用
刘志强1,韩 政2,何希立2,李新林2
(1.山东省冶金设计院,山东莱芜271104;2.山东莱芜钢铁股份公司,山东莱芜271105)
摘 要:通过对原加热炉无水冷滑轨进行汽化冷却改造,介绍了汽化冷却技术在推钢式加热炉中的设计与应用,改造后取得良好的经济效益,提高了生产效率。
关键词:加热炉;汽化冷却;经济效益
中图分类号:TG307 文献标识码:B 文章编号:1001-6988(2007)0420049203
ApplicationandRebuildingofVapourizationCoolingofHeatingFurnace
LIUZhi2qiang,HANZheng,HEXi2li,LIXin2lin
(1.ShandongMetallurgyDesignInstitute,,2.LaiwuIronandSteelCo.,Ltd,,Abstract:Thispaperintroducesthecoolingtechnologyinpushertypeheatingfurnacebasedons2railfromnon2watercoolingtovapourizationcooling.Thegreatlyistheproducationefficiencyisincreased.
Keywords:;2cooling;economicbenefit
中轧加热炉原为无水冷滑轨推钢式三段连续侧
出料加热炉,炉底面积3.248m×30.624m。1992年10月投入运行以来,历经两次燃烧系统的改造,1997年5月由燃重油改造为油气混烧,2001年3月改为纯烧混合煤气。无水冷滑轨系统一直运行,作出了贡献。近几年随着生产节奏的日益加快和产量的不断提高,无水冷滑轨(金属、非金属)的使用寿命逐步变短(4个月),周期短维修率较高,已不适应车间生产和成本要求。2003年3月,利用20天大修,将双滑道无水冷滑轨改造为双滑道汽化冷却滑轨,投产至今,系统运行稳定,经济效果显著。
1 改造方案
在滑轨改造中提出两种方案:①按常规合理设计纵炉底管为低温进水高温侧出水,抬平滑轨斜坡2%的坡度;②利用现有的滑轨斜坡2%的坡度纵炉底管设计为高温侧进水,低温端出水。
方案①,现加热炉炉体钢结构、装钢机械要全部变动,投资大和工期长,但设计无难度;方案②,仅
收稿日期:2007-02-27
),男,工学硕士,高级工程师,主要从作者简介:刘志强(1962—
事工业炉窑的设计及技术开发工作.
对水冷系统和燃烧系统进行改造,现有的炉体钢结构装钢机械设备可直接使用,投资小,改造时间短,但风险大。经对改造方案②作了细致设计和大量计算工作后,决定采用方案②。
改造内容:双滑道无水冷滑轨改造为双滑道汽化冷却滑轨,预热段炉底基本保持不动采用实体基墙支撑滑道,整个滑道保持尾高头低2%斜度。两道127mm×20mm纵水管,6根270mm×120mm壁厚为20mm单横水管,横水管采用矩形水梁(本厂首次采用),间距为2320mm,为了消除金属滑轨黑印的影响,除采用高70mm的耐热滑块外,还设有1.324m的实炉底均热。
为适应机前辊道交叉布置的需要,将加热炉侧出料改为端出料,增加炉头下滑坡,炉头后缩1624mm。改造后为燃混合煤气三段连续加热炉,主要数据如下:
加热能力(最大):60t/h原料规格:110mm×140mm,150mm×180mm,
180mm×220mm×(2400mm～3000mm)
有效炉底强度:670kg/m2・h有效炉底尺寸:3.00m×29.8m
49
技术改造:加热炉汽化冷却的改造与应用
燃料消耗:1.6GJ/t(冷坯),1.2GJ/t(热坯)燃料种类:高、焦混合煤气,热值:8.3MJ/m3预热空气温度:300～400℃
加热钢种:碳结钢,合金钢,轴承钢,弹簧钢,碳
工钢,合工钢
加热温度:1050～1180℃滑道形式:单排、端出料
推钢机推力:60t,推钢速度:0.1m/s
最大行程:2500mm
改造加热段的供热结构和布局,增加上下加热长度,加强了下加热供热能力,以满足提高生产能力的需要。改造后加热炉共设34个亚高速烧嘴,均热段4个左右均布;前加热段16个,上下左右对称布置每侧8个;后加热段14个,
左右对称布置每侧7个,使炉子产量由40t/h提高到60t/h。
的炉底管段造成过大的流通阻力(体积增大—实际流速增大—阻力与流速的平方成正比),一旦阻力过大将造成循环受阻,导致循环停滞烧坏水管。因此设计中为了保证循环的正常流动(适当的循环倍率),防止汽水分层的产生,循环流速就要保证大于一定的值———临界循环流速。临界循环流速经验计算公式如下[3]:
WLJ=3.28×10
-6
0.420.75
(m/s)×P0.25・qn・d
式中:P—蒸汽压力(按汽包压力),MPa(绝对)
qn—管子内径计算的热强度,kJ/m・sd—管子内径,mm
2
为了防止水平管中沉积泥渣,在额定热负荷下,应力求循环速度不小于s。
,,。
,两纵水管各分一组为1和2组,横水管结构相差不大,选以温度高和管线最长的一组为代表组3组,计算结果见表1～4。
表1 部分脱落,汽包压力P=0.6MPa,
炉内水管计算蒸发量4.11t/h
回路
123
2 汽化冷却布置
中2,1组2组回路;6,2根串为一组单设上升;炉头水冷横梁和炉底水冷斜坡各为一组。汽包设计工作压力0.8MPa,汽包Φ1200mm×8000mm(不包括封头高),布置在加热炉侧面,汽化冷却软化水用量(蒸气产量):2～4t/h,标高为+8.000mm(汽包中心标高),循环高度7.32m。汽化冷却布置简图如图1所示。
循环流量热负荷循环流速临界流速回路循环
/m・s-10.5890.5890.842
/kg・s-1/kJ・s-1・m-2/m・s-13.8473.16944.18
108.42108.4293.816
0.7210.5942.71
倍率
11.029.07199.11
表2 部分脱落,汽包压力P=0.9MPa,
炉内水管计算蒸发量3.81t/h
回路
123
循环流量热负荷循环流速临界流速回路循环
/m・s-10.6510.6510.931
/kg・s-1/kJ・s-1・m-2/m・s-18.3167.70647.85
108.42108.4293.816
1.5601.4452.94
倍率
23.19521.494210.07
图1 汽化冷却简图
部分脱落,汽包绝对压力P=0.3MPa时,纵水
管循环流速通不过。
表3 绝热完好,汽包压力P=0.9MPa,
炉内水管计算蒸发量3.11t/h
回路
123
3 汽化回路的循环校验
汽化冷却装置的安全运行是改造的重点,它直
接影响加热炉的生产和安全。而这次改造的设计又为非常规设计,是循环水先经过炉底管受热强度最大的高温段,汽化水汽的混合物过早的产生,对随后50
循环流量热负荷循环流速临界流速回路循环
/m・s-10.5880.5880.841
/kg・s-1/kJ・s-1・m-2/m・s-111.24810.91955.95
85.0085.0073.55
2.1092.0483.437
倍率
38.90837.77313.3
第29卷 第4期 2007年7月
表4 绝热完好,汽包压力P=0.6MPa,
炉内水管计算蒸发量3.09t/h
回路
123
循环流量热负荷循环流速临界流速回路循环
/m・s-10.5310.5310.760
求,取得了良好的经济效益和社会效益。
目前生产状况正常,汽化冷却系统的蒸汽产量平均约3t/h,汽包压力工作在表压0.4～0.5MPa,炉内水管包扎在施工时,由于使用的是库存的水管包扎砖,焊接到水管壁上,这种结构目前已被浇注料整体复合浇注结构所代替,实践也证明这种结构脱落比较严重,寿命较短。使用半年高温段脱落率就接近40%(蒸汽产量超过4t/h),不得不进行包扎修补。另一方面,经历了这样的考验,也验证了汽化冷却系统的可靠性能,设计改造是成功的。
参考文献:
[1] 王秉铨工业炉设计手册[M].北京:机械工业出版社,1996.[2] 钢铁厂工业炉设计参数资料编写组.钢铁厂工业炉设计参考资
/kg・s-1/kJ・s-1・m-2/m・s-17.977.5054.42
85.0085.0073.55
1.4941.4073.343
倍率
28.2926.63312.87
绝热完好,汽包绝对压力P=0.3MPa时,循环
流速通不过。
4 结束语
通过加热炉改造,3年多来汽化冷却系统一直运行稳定可靠,使用操作简单,减轻了工人的劳动强度,实现了加热炉合理燃烧,提高了生产效率,加热质量明显改善,减轻了环境污染,满足了生产控制要
料[M].北京:[3].[J].工业炉,2001,
23(-21.
.北京:水力电力出版社,1986.
(上接第48页)
续表2
名称
鞍钢活性石灰厂2#窑常州碳酸钙厂1#窑常州碳酸钙厂2#窑安阳钢铁公司4#窑马钢三钢1#窑
容积/m3
[**************]
特点焦烧竖窑煤烧竖窑煤烧竖窑焦烧竖窑焦烧竖窑
修补后的寿命
2006.05—至今2006.03—至今2006.03—至今2006.07—至今2006.07—至今
一次用料/t同砖砌相比节省费用/万元
仍在运行仍在运行仍在运行仍在运行仍在运行
[1**********]0
100//40/
喷补施工和砌砖施工相比,具有修复周期短,节省检修费用的明显优势,有省工、省料、
省时、安全的4大优点。以一座250m3竖窑大修为例,见表3。
表3 喷补与砌砖施工的比较
项目砌砖喷补
时间/d
207～10
喷补后,由于整体性强,减少了小块砌砖的若干砖缝,隔热保温性能提高,可节约能源,降低焦比,据资料统计,生产1t石灰,可节约焦炭10～15kg。
工时/d
10～158～10
费用/万元
80～10040～50
安全程度砖、人混装料、人分离
3 结论
通过几年来的不断改进和创新,石灰竖窑喷补技术已发展成一套完整的综合技术。该喷补工程从供料、施工到烘窑已成为一条龙的交钥匙工程,在推广应用中,显现出可观的经济效益和社会效益。
从表3中可看出施工费用可节约50%,若加上工期缩短、提前生产,带来的效益就更可观。
51
工业炉 Vol.29No.4第29卷第4期
加热炉汽化冷却的改造与应用
刘志强1,韩 政2,何希立2,李新林2
(1.山东省冶金设计院,山东莱芜271104;2.山东莱芜钢铁股份公司,山东莱芜271105)
摘 要:通过对原加热炉无水冷滑轨进行汽化冷却改造,介绍了汽化冷却技术在推钢式加热炉中的设计与应用,改造后取得良好的经济效益,提高了生产效率。
关键词:加热炉;汽化冷却;经济效益
中图分类号:TG307 文献标识码:B 文章编号:1001-6988(2007)0420049203
ApplicationandRebuildingofVapourizationCoolingofHeatingFurnace
LIUZhi2qiang,HANZheng,HEXi2li,LIXin2lin
(1.ShandongMetallurgyDesignInstitute,,2.LaiwuIronandSteelCo.,Ltd,,Abstract:Thispaperintroducesthecoolingtechnologyinpushertypeheatingfurnacebasedons2railfromnon2watercoolingtovapourizationcooling.Thegreatlyistheproducationefficiencyisincreased.
Keywords:;2cooling;economicbenefit
中轧加热炉原为无水冷滑轨推钢式三段连续侧
出料加热炉,炉底面积3.248m×30.624m。1992年10月投入运行以来,历经两次燃烧系统的改造,1997年5月由燃重油改造为油气混烧,2001年3月改为纯烧混合煤气。无水冷滑轨系统一直运行,作出了贡献。近几年随着生产节奏的日益加快和产量的不断提高,无水冷滑轨(金属、非金属)的使用寿命逐步变短(4个月),周期短维修率较高,已不适应车间生产和成本要求。2003年3月,利用20天大修,将双滑道无水冷滑轨改造为双滑道汽化冷却滑轨,投产至今,系统运行稳定,经济效果显著。
1 改造方案
在滑轨改造中提出两种方案:①按常规合理设计纵炉底管为低温进水高温侧出水,抬平滑轨斜坡2%的坡度;②利用现有的滑轨斜坡2%的坡度纵炉底管设计为高温侧进水,低温端出水。
方案①,现加热炉炉体钢结构、装钢机械要全部变动,投资大和工期长,但设计无难度;方案②,仅
收稿日期:2007-02-27
),男,工学硕士,高级工程师,主要从作者简介:刘志强(1962—
事工业炉窑的设计及技术开发工作.
对水冷系统和燃烧系统进行改造,现有的炉体钢结构装钢机械设备可直接使用,投资小,改造时间短,但风险大。经对改造方案②作了细致设计和大量计算工作后,决定采用方案②。
改造内容:双滑道无水冷滑轨改造为双滑道汽化冷却滑轨,预热段炉底基本保持不动采用实体基墙支撑滑道,整个滑道保持尾高头低2%斜度。两道127mm×20mm纵水管,6根270mm×120mm壁厚为20mm单横水管,横水管采用矩形水梁(本厂首次采用),间距为2320mm,为了消除金属滑轨黑印的影响,除采用高70mm的耐热滑块外,还设有1.324m的实炉底均热。
为适应机前辊道交叉布置的需要,将加热炉侧出料改为端出料,增加炉头下滑坡,炉头后缩1624mm。改造后为燃混合煤气三段连续加热炉,主要数据如下:
加热能力(最大):60t/h原料规格:110mm×140mm,150mm×180mm,
180mm×220mm×(2400mm～3000mm)
有效炉底强度:670kg/m2・h有效炉底尺寸:3.00m×29.8m
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技术改造:加热炉汽化冷却的改造与应用
燃料消耗:1.6GJ/t(冷坯),1.2GJ/t(热坯)燃料种类:高、焦混合煤气,热值:8.3MJ/m3预热空气温度:300～400℃
加热钢种:碳结钢,合金钢,轴承钢,弹簧钢,碳
工钢,合工钢
加热温度:1050～1180℃滑道形式:单排、端出料
推钢机推力:60t,推钢速度:0.1m/s
最大行程:2500mm
改造加热段的供热结构和布局,增加上下加热长度,加强了下加热供热能力,以满足提高生产能力的需要。改造后加热炉共设34个亚高速烧嘴,均热段4个左右均布;前加热段16个,上下左右对称布置每侧8个;后加热段14个,
左右对称布置每侧7个,使炉子产量由40t/h提高到60t/h。
的炉底管段造成过大的流通阻力(体积增大—实际流速增大—阻力与流速的平方成正比),一旦阻力过大将造成循环受阻,导致循环停滞烧坏水管。因此设计中为了保证循环的正常流动(适当的循环倍率),防止汽水分层的产生,循环流速就要保证大于一定的值———临界循环流速。临界循环流速经验计算公式如下[3]:
WLJ=3.28×10
-6
0.420.75
(m/s)×P0.25・qn・d
式中:P—蒸汽压力(按汽包压力),MPa(绝对)
qn—管子内径计算的热强度,kJ/m・sd—管子内径,mm
2
为了防止水平管中沉积泥渣,在额定热负荷下,应力求循环速度不小于s。
,,。
,两纵水管各分一组为1和2组,横水管结构相差不大,选以温度高和管线最长的一组为代表组3组,计算结果见表1～4。
表1 部分脱落,汽包压力P=0.6MPa,
炉内水管计算蒸发量4.11t/h
回路
123
2 汽化冷却布置
中2,1组2组回路;6,2根串为一组单设上升;炉头水冷横梁和炉底水冷斜坡各为一组。汽包设计工作压力0.8MPa,汽包Φ1200mm×8000mm(不包括封头高),布置在加热炉侧面,汽化冷却软化水用量(蒸气产量):2～4t/h,标高为+8.000mm(汽包中心标高),循环高度7.32m。汽化冷却布置简图如图1所示。
循环流量热负荷循环流速临界流速回路循环
/m・s-10.5890.5890.842
/kg・s-1/kJ・s-1・m-2/m・s-13.8473.16944.18
108.42108.4293.816
0.7210.5942.71
倍率
11.029.07199.11
表2 部分脱落,汽包压力P=0.9MPa,
炉内水管计算蒸发量3.81t/h
回路
123
循环流量热负荷循环流速临界流速回路循环
/m・s-10.6510.6510.931
/kg・s-1/kJ・s-1・m-2/m・s-18.3167.70647.85
108.42108.4293.816
1.5601.4452.94
倍率
23.19521.494210.07
图1 汽化冷却简图
部分脱落,汽包绝对压力P=0.3MPa时,纵水
管循环流速通不过。
表3 绝热完好,汽包压力P=0.9MPa,
炉内水管计算蒸发量3.11t/h
回路
123
3 汽化回路的循环校验
汽化冷却装置的安全运行是改造的重点,它直
接影响加热炉的生产和安全。而这次改造的设计又为非常规设计,是循环水先经过炉底管受热强度最大的高温段,汽化水汽的混合物过早的产生,对随后50
循环流量热负荷循环流速临界流速回路循环
/m・s-10.5880.5880.841
/kg・s-1/kJ・s-1・m-2/m・s-111.24810.91955.95
85.0085.0073.55
2.1092.0483.437
倍率
38.90837.77313.3
第29卷 第4期 2007年7月
表4 绝热完好,汽包压力P=0.6MPa,
炉内水管计算蒸发量3.09t/h
回路
123
循环流量热负荷循环流速临界流速回路循环
/m・s-10.5310.5310.760
求,取得了良好的经济效益和社会效益。
目前生产状况正常,汽化冷却系统的蒸汽产量平均约3t/h,汽包压力工作在表压0.4～0.5MPa,炉内水管包扎在施工时,由于使用的是库存的水管包扎砖,焊接到水管壁上,这种结构目前已被浇注料整体复合浇注结构所代替,实践也证明这种结构脱落比较严重,寿命较短。使用半年高温段脱落率就接近40%(蒸汽产量超过4t/h),不得不进行包扎修补。另一方面,经历了这样的考验,也验证了汽化冷却系统的可靠性能,设计改造是成功的。
参考文献:
[1] 王秉铨工业炉设计手册[M].北京:机械工业出版社,1996.[2] 钢铁厂工业炉设计参数资料编写组.钢铁厂工业炉设计参考资
/kg・s-1/kJ・s-1・m-2/m・s-17.977.5054.42
85.0085.0073.55
1.4941.4073.343
倍率
28.2926.63312.87
绝热完好,汽包绝对压力P=0.3MPa时,循环
流速通不过。
4 结束语
通过加热炉改造,3年多来汽化冷却系统一直运行稳定可靠,使用操作简单,减轻了工人的劳动强度,实现了加热炉合理燃烧,提高了生产效率,加热质量明显改善,减轻了环境污染,满足了生产控制要
料[M].北京:[3].[J].工业炉,2001,
23(-21.
.北京:水力电力出版社,1986.
(上接第48页)
续表2
名称
鞍钢活性石灰厂2#窑常州碳酸钙厂1#窑常州碳酸钙厂2#窑安阳钢铁公司4#窑马钢三钢1#窑
容积/m3
[**************]
特点焦烧竖窑煤烧竖窑煤烧竖窑焦烧竖窑焦烧竖窑
修补后的寿命
2006.05—至今2006.03—至今2006.03—至今2006.07—至今2006.07—至今
一次用料/t同砖砌相比节省费用/万元
仍在运行仍在运行仍在运行仍在运行仍在运行
[1**********]0
100//40/
喷补施工和砌砖施工相比,具有修复周期短,节省检修费用的明显优势,有省工、省料、
省时、安全的4大优点。以一座250m3竖窑大修为例,见表3。
表3 喷补与砌砖施工的比较
项目砌砖喷补
时间/d
207～10
喷补后,由于整体性强,减少了小块砌砖的若干砖缝,隔热保温性能提高,可节约能源,降低焦比,据资料统计,生产1t石灰,可节约焦炭10～15kg。
工时/d
10～158～10
费用/万元
80～10040～50
安全程度砖、人混装料、人分离
3 结论
通过几年来的不断改进和创新,石灰竖窑喷补技术已发展成一套完整的综合技术。该喷补工程从供料、施工到烘窑已成为一条龙的交钥匙工程,在推广应用中,显现出可观的经济效益和社会效益。
从表3中可看出施工费用可节约50%,若加上工期缩短、提前生产,带来的效益就更可观。
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