蜂窝体在蓄热式加热炉中的应用和影响分析

刘　锐，刘玉彪

（1.上海嘉德环境能源科技有限公司，上海200011；2.陕西龙门钢铁有限公司轧钢厂，陕西韩城715405）



蜂窝体在蓄热式加热炉中的应用和影响分析

刘锐1，刘玉彪2

（1.上海嘉德环境能源科技有限公司，上海200011；2.陕西龙门钢铁有限公司轧钢厂，陕西韩城715405）

介绍了蜂窝状蓄热体的特点，分析了蜂窝状蓄热体在蓄热式加热炉应用中的影响因素和使用效果，提出了改进的措施，并说明了其对加热炉生产效率的影响。

蓄热式加热炉；蜂窝状蓄热体；使用周期

蓄热式燃烧技术是从19世纪中期开始出现，应用于热风炉、焦炉等规格大且温度高的炉窑中。到20世纪80年代初随着技术的进步，发展到玻璃融化、铝熔化、钢坯加热等各种工业炉窑。推动蓄热式燃烧技术进步的主要方面包括蓄热体应用的发展，蓄热体由格子砖发展到小球状或蜂窝体状，使炉窑的蓄、换热效率大大提高，缩小了蓄热室体积，能源回收利用效果更加显著。随着采用蜂窝状蓄热体（以下简称蜂窝体）的蓄热式燃烧技术在轧钢加热炉中应用越来越多，更彰显了蜂窝体在蓄热式燃烧系统的设计、使用、维护和稳定性方面的优越性。

1　蜂窝体结构的特点

通过在蓄热式轧钢加热炉中对蜂窝体和小球蓄热体的应用实践对比来看，采用蜂窝体结构作为蓄热体的优点有：

（1）体积相等的蓄热体，蜂窝体的比表面积大于陶瓷小球，因此在需要同等传热面积前提下蜂窝体装载量小，蓄热室的体积小。以常用的外形100 mm× 100 mm×100 mm，矩形孔3 mm×3 mm，壁厚1 mm的蜂窝体和直径Φ15的陶瓷小球比表面积做对比，蜂窝体比表面积约为750 m2/m3，而Φ15的陶瓷小球比表面积约为213 m2/m3，蜂窝体的比表面积是小球的3.5倍。

（2）蜂窝体孔壁厚小于小球蓄热体直径，因此蜂窝体的透热性好，吸热和放热速度快，蜂窝体壁厚一般采用0.5～1.0 mm。换热时间短，换热效率高，燃控系统的换向周期一般设定在30～60 s，蓄热后排烟温度在150～180℃。蜂窝状蓄热体和小球状蓄热体对比见图1。

（3）燃料气体在装载蜂窝体的蓄热室内流通通道规则，属于直流通，蜂窝体通道孔为正方形和正六边形，并且蜂窝体安装后保证蜂窝孔朝向炉内，气流延统一方向进入加热炉。而在小球蓄热体的蓄热室内气体流动方向不规则，气体阻力损失大，并且容易堵塞。

图1　蜂窝、小球蓄热体示意图

（4）由于小球蓄热体的体积小并且球体形状可以滚动，小球在蓄热室内稳定性差，容易流动发生漏球、跑偏现象，而蜂窝体的制作形状是正方体（常用外形尺寸，长×宽×厚：200/150/100 mm×100 mm×100 mm），体积大并且不会产生流动性，相对于小球蓄热体便于维护和更换［1］。

2　影响蜂窝体使用效果原因分析及解决措施

在蓄热式加热炉中，蓄热体的蓄热效果和寿命周期影响加热炉的生产效率和运行成本。在加热炉长期生产中会造成蜂窝体出现软化变形、破裂、堵塞和侵蚀等问题（见图2），蜂窝体出现以上损坏后将直接影响其蓄热能力、燃料介质供应、烟气排放、燃料气体及烟气在蓄热式内的流通状况等。通过总结分析得出造成蜂窝体损坏的主要原因有：

图2　蜂窝体软化、堵塞、碎裂示意图

（1）燃料杂质的影响因素。燃料气体杂质主要指煤气中的粉尘、灰分、水分等，这些杂质粘结在一起会造成蜂窝孔堵塞，蜂窝孔尺寸越小堵塞越快；同时有害粉尘的存在也造成蜂窝体腐蚀，影响其使用寿命。

对此需要燃料气体供应或使用单位对燃料做有效的除尘和除水等净化处理，保证燃料介质洁净度，避免此方面原因加速蜂窝体的损坏，降低蜂窝体的使用寿命。

（2）蜂窝体制造材质的影响因素。由于蜂窝体是长期工作在急冷急热（换向周期大约为30～60 s）和带有腐蚀性气分侵蚀的环境中，易出现破碎、收缩变形等问题。除对蜂窝体孔壁厚度、孔径大小设计符合要求外，其材质要有很高的抗热震性、抗渣性、耐高温和抗腐蚀能力。应根据不同的工作温度和燃料成分选用合适的蜂窝体材料，目前选用做为蜂窝体的材料有堇青石质、莫来石质、粘土质、刚玉质、锆英石质、钍酸铝质等［2］。

（3）生产职工操作水平的影响因素。当生产人员对加热炉操作规程和生产产品的工艺要求掌握不当、责任心不强时，如出现换向周期设定不合理，蓄热箱及烟气排放温度超高、炉内气氛控制不符合工艺要求等，这类因素都会造成蜂窝蓄热体的加速损坏。

对生产人员上岗培训要严格按照生产工艺要求进行，禁止野蛮操作和不按照规程操作。使加热炉在正常工况、工艺纪律下生产，这样不仅可以提高蜂窝体的使用效果而且也保护加热炉本体及其他附属设备的正常使用，延长炉子寿命。

（4）燃料介质二次燃烧的影响因素。当煤气和空气混合不充分，会导致燃料不完全燃烧，在加热炉排烟侧当残存的空气和煤气进入蓄热室内混合会导致二次燃烧，由此产生的局部高温很容易使蜂窝体烧熔变形，破坏蓄热体的使用。

此问题首先需要设计单位将空、煤气烧嘴喷口的介质流速、交叉角度及间距设计在最佳范围，使空、煤气进入炉膛内可以快速混合燃烧，同时要求生产人员在调节空、煤气烧嘴及管道阀门开度时配比合理，避免人为因素造成燃料不完全燃烧；煤气、空气的供应压力和成分热值稳定，更有利于燃烧状况的控制调节。

3　蜂窝体蓄热能力及使用周期对加热炉生产的影响

蜂窝体使用效果直接影响到加热炉的生产效率和运行成本，这两点可从其使用期间的蓄热能力及使用寿命方面进行综合参考。

（1）蜂窝体烧损破坏或者蜂窝孔堵塞造成蓄热能力不佳，影响到加热炉烟气余热回收的利用效果、钢坯加热质量和加热时间。①蜂窝孔破坏和堵塞的蜂窝体蓄热能力不足，造成燃料达不到设计的预热温度，排烟温度高；也造成燃料供应和烟气排放不畅，生产时炉压高、炉体冒火，影响加热炉正常炉况、恶化炉区环境。②煤气的预热温度达不到设计要求，其燃烧温度也达不到加热炉设计要求，造成钢坯加热时间长，煤气消耗量提高，钢坯氧化烧损加重、降低成材率，炉内氧化铁皮积渣加速，缩短加热炉的清渣周期，降低了加热炉生产能力。

表1列举陕西龙门钢铁有限公司轧钢厂棒一车间加热炉每更换新蜂窝体后（以12个月更换周期为例），在其不同使用阶段加热炉各项指标数据：

表1　棒一车间加热炉炉况数据统计

（2）在满足加热炉蓄热能力的前提下，蜂窝体的更换周期越长，对加热炉的利益就越大。①可以节省加热炉蜂窝体备件储备，即节约加热炉备件成本；②延长更换蓄热体的周期，可以减少因炉况不佳或加热生产能力不足而必须更换蓄热体的停炉时间。

从相关冶金企业了解到不同质量蜂窝体的使用周期参差不齐，质量优劣对加热炉及整条轧线生产的影响非常大。表2列举了陕西龙门钢铁有限公司轧钢厂棒一车间和高线车间两条生产线蓄热式加热炉以往使用过的蜂窝体的数据。

表2　加热炉更换蜂窝体数据统计

由表2可以看出优质蜂窝体的使用周期是低品质蜂窝体近2倍，在一个正常生产周期内减少一次蜂窝体更换，既节约蜂窝体备件消耗，降低加热炉运行成本，同时也减少更换蓄热体的停炉检修，减少因此耽误生产线生产，同时节省人力、物力的消耗，降低生产成本。

4　结语

蜂窝体在蓄热式加热炉中的应用使蓄热式燃烧技术进一步提高，更加高效地回收烟气的余热，降低排烟温度，改善燃烧条件、提高了燃料利用率和加热炉的热效率。蓄热式燃烧技术进一步创新研发对提高企业效益、保护社会生态环境、节约能源利用有更深远的意义。

［1］王秉铨.工业炉设计手册［M］.3版.北京：机械工业出版社，2010.

［2］王华，王胜林，饶文涛.高性能复合相变蓄热材料的制备与蓄热燃烧技术［M］.北京：冶金工业出版社，2006.

［3］张建军，邹得球，肖睿，等.自蓄热式高温空气燃烧技术的开发［J］.工业炉，2009（4）：6-9.

［4］杨茂平，戴红.蓄热式加热炉的燃烧系统的设计研究［J］.工业炉，2010（1）：28-30.

Application and Impact Analysis of Honeycomb Regenerator in the Regenerative Heating Furnace

LIU Rui1，LIU Yubiao2
（1.Shanghai Cadre Environment Energy Science and Technology Co.，Ltd，Shanghai 200011，China；2.Rolling Mill，Shaanxi Longmen Iron&Steel Co.，Ltd，Hancheng 715405，China）

The characteristics of the honeycomb，regenerator are introduced，and the influence factors and application effect of honeycomb regenerator in regenerative heating furnace are analyzed.The improving measures are put forward，and the impact on production efficiency of heating furnace is explained.

regenerative heating furnace；honeycomb regenerator；service cycle

TG307

B

1001-6988（2016）02-0007-03

2016-01-07

刘锐（1981—），男，工程师，主要从事工业炉项目管理工作.