摘要：分析了蓄热式加热炉中蓄热体的选用，空、煤气喷口的设计，换向阀的选择原则等，并介绍了重庆钢铁集团公司中板厂新建3^#蓄热式加热炉的技术参数、燃烧器的布置、排烟方式等。针对该炉投产后换向阀出现的故障，研制了硬密封偏心三通换向球阀，不仅使生产运行稳定，而且经济效益良好。

关键词：蓄热式燃烧技术；加热炉；换向阀

1前言

  重庆钢铁集团公司中板厂拥有3座加热炉，每座炉子有效面积26．448m×4m，每座加热炉最高产量为50t坯／h，年产中板90万t。2003年重钢中板厂制定了3年内达到年产120万t钢板、加热炉能源单耗继续保持同行业第一的总体发展规划。鉴于现有厂房设备和生产的限制，只有采用新技术，大幅提高炉底强度，在增加产量的同时不断降低能耗，才能适应新时期激烈竞争的需要，所以蓄热燃烧技术成为改造的首选。

2蓄热式燃烧技术方案

2．1单蓄热和双蓄热的选择

  重钢中板厂加热炉使用的燃料是焦炉煤气，热值约为16800kJ／m³，属高热值煤气。经计算，把焦炉煤气预热到800℃以上时能耗可降低5％，加上换向阀泄漏和管道余气被引风机抽走，实际能耗降低3％左右。同时带来的弊端是投资比单预热空气上升30％，运行费用上升100％。为此，选择空气单预热分侧分散蓄热燃烧技术，取消烟道换热器，使80％的烟气由蓄热室排出，排放温度≤150℃；其余20％的烟气由炉尾排出。由于预热段长度仍有8m，因此经预热段的吸热，烟气排放温度为500℃左右，与带换热器的常规加热炉排烟温度相当。

2．2蓄热方式的选择

    目前国内采用的蓄热方式为通道式和烧嘴式2种。通道式采用的蓄热体一般为陶瓷小球，炉子外观简洁美观。其缺点是施工难度大、要求高；炉墙内通道易泄漏，运行安全性相对较低；炉墙厚度达1m以上，占地面积相当大。烧嘴式的蓄热室外置或半外置在炉体上，其空、煤气管道和喷口布置与常规烧嘴类似。其缺点是外置蓄热室和附属管道复杂拥挤；优点是炉体施工简便、火焰组织方式选择性大、运行安全、蓄热体可选用蜂窝体。考虑到重钢中板厂现有场地较狭小和对运行可靠性的要求高，采用了烧嘴式蓄热燃烧技术。

2．3蓄热体的选用

  小球与蜂窝体的对比见表1。

    由表l可见，1～7项指标蜂窝体均优于小球。近两年国内投产的蓄热式加热炉，80％以上采用蜂窝体作为蓄热体。综合各种因素，决定采用蜂窝体作为蓄热体。

2．4空、煤气喷口的设计

    蓄热式燃烧技术空、煤气喷口一般都是相对独立的。为了尽量保证完全燃烧，选择与传统燃烧器接近的中间通煤气、四周通空气的烧嘴结构模式，同时考虑喷口的交角和喷射速度差的设计以保证燃烧的顺利进行。

2．5换向阀的选择

    各种换向阀对比如表2所示。

    综合比较后，采用了小三通阀进行分散换向燃烧的方式。

2．6烧嘴煤气快切阀的选择

    当换向阀排烟时，煤气快切阀应关闭；当换向阀鼓风时，煤气快切阀打开，因此要求煤气快切阀动作迅速、密封性能好、运行可靠性高。目前很多厂家采用了快速切断蝶阀，该阀的优点是价格便宜、动作快；但密封性能和运行可靠性低。经论证，重钢中板厂采用了快速切断球阀。其特点是运行平稳，密封良好，寿命长。

3蓄热式加热炉技术参数

3．1主要技术参数

    重钢中板厂3#蓄热式加热炉生产的主要钢种为普碳钢、低合金钢及部分合金钢，其有关参数见表3。

3．2燃烧器的布置及供热分配

    燃烧器的布置及供热分配比例见表4。

3．3排烟方式

  排烟方式有以下2种：

  (1)自然排烟(约占20％)，烟囱高度65m，烟囱上口直径Φ2500mm。

    (2)强制排烟(约占80％)，烟囱高度20m、烟囱直径中1220mm。

4蓄热燃烧技术换向阀故障分析及新型换向阀的研制

    加热炉投产后的几个月，换向阀故障率很高，严重影响蓄热式加热炉的正常运行。

4．1主要故障分析

    (1)机械故障。采用的小三通换向阀阀板为翻板式，阀板绕轴作90⁰左右弧线摆动。密封圈在阀板不断摆动打击下很容易损坏。密封圈损坏后，阀板与密封座出现金属撞击，发出很大的噪声，并导致阀板转轴、摇臂、汽缸和阀座机械性损伤。这类故障占换向阀故障的80％左右。如果换为三通蝶阀，虽在运行的稳定性上有所改进，但机械撞击、漏气故障、卡阻故障依然存在，不能彻底解决问题。

    (2)密封圈故障。密封圈除在机械撞击下易损坏外，由于长期在120～200℃环境下工作，

特别是在温度波动和换向阀故障时，介质温度高达300℃以上，密封圈将完全烧损。曾试用过高温密封圈，但效果不明显。

    (3)电磁阀和行程开关故障。原有换向阀的电磁阀紧靠炉壳，温度在800℃以上。在高温下电磁阀和行程开关元件极易受损出现故障。同时，由于阀板旋转或左右摆动产生的撞击又会使行程开关的触点产生偏移，从而发出故障信号导致换向阀停止运行。

4．2新型换向阀的研制

    要使蓄热燃烧技术发挥出巨大的节能潜力，换向阀的稳定、持续、安全运行问题必须解决，也即换向阀必须是免维护设计。从上述分析可知，阀板作90⁰左右弧线摆动产生的机械撞击是换向阀故障的主要来源。如果阀体柔和运行且不需与密封座进行面对面的压靠，那么机械撞击导致的一系列问题则不存在。因此决定自行开发一种新型换向阀。通过对比分析，发现球阀不仅密封性好，而且运行平稳，无撞击，符合对阀体预期要求。进而发现，半球阀与L型通道球阀相比重量轻、扭矩小、气流阻力小。所以决定选用半球阀。考虑到密封圈易烧损，巧妙设计了一种硬密封装置，从而解决了硬密封圈的良好密封问题。为了保证该阀在长期频繁转动中依然具有良好的密封和运行的可靠性，对阀座、球芯、转轴、轴承的材质和几何尺寸进行了若干特殊处理。设计中电磁阀和行程开关放在靠检修通道一侧，既降低了环境温度，又利于检修维护。重钢将这种换向阀称为硬密封偏心三通换向球阀，并在很短时间内制造出2台试验样机在炉子上使用。开始应用效果很好，以后曾出现卡阻现象。但通过不断改进，杜绝了因半球阀体热膨胀导致的卡阻和半球阀过转卡阻现象。目前新换向球阀全部替代了原有小三通换向阀，使运行平稳无噪声、无机械损伤、无卡阻且密封性大大提高，实现了设计初期的免维护要求。其结构简图如图l所示。

       硬密封偏心三通换向球阀的材质为碳钢、不锈钢组合，经特殊处理并用四氟乙烯石棉及其他作填料，其通径为Φ250mm，公称压力为0．6MPa，阀心为偏心半球阀，采用浮动夹紧式阀座、双活塞执行机构，可调比例100：l，额定转角为60⁰，使用温度约为500℃，允许泄露量小于0．0l％。

5  结语

    经不断探索、改进，重钢中板厂3^#蓄热式加热炉可免维护运行，能源消耗指标明显优于1^#、2^#传统加热炉。2005年上半年，传统加热炉单耗为1．51GJ／t，而蓄热式加热炉单耗为1．194GJ／t，节能21％。另外，吨钢节煤约7．56元，全年产钢40万t，可增益302．4万元。