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【摘 要】邯钢中板厂宽厚板线加热炉燃烧系统使用的是空、煤气双蓄热式烧嘴。由于回收的烟气温度较高，双蓄热式烧嘴的使用周期较短，容易损坏冒火。结合目前的实际情况，设计新型蓄热式烧嘴和烧嘴砖。通过新老烧嘴的对比，突出了新型热式烧嘴设计特点及现场实际应用的优越性。
【关键词】加热炉 蓄热式烧嘴 烧嘴砖
中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-231-01
蓄热式燃烧技术的高热效率和节能潜力已众所周知。但其节能效率受很多因素制约，其关键是蓄热式烧嘴。其性能的混合好坏直接关系到燃烧效果的好坏，影响到燃烧温度的高低，温度太高，就容易出现烧钢、NOx排放量增加、钢坯的氧化烧损增加、炉子高温区耐火材料的使用寿命降低。
邯钢中板厂宽厚板线目前建有2座连续推钢式蓄热加热炉。中板厂使用的燃烧控制为全脉冲烧嘴，控制温度是通过开闭烧嘴的时间来控制的，每组烧嘴由一个换向阀控制实现自动换向，换向系统由控制仪表按照设定的参数自动控制，通过控制仪表内部的电控板实现对换向阀的自由换向，上烧、中位、下烧之间的相互切换，换向周期为15秒。这种燃烧控制形式使用的烧嘴是蓄热式烧嘴，用引风机吸收烟气，导致烟气腔的回收温度较高，预热蓄热体，然后预热空、煤气，对炉内的钢坯加热。
一、原烧嘴及烧嘴砖在使用中存在的问题
（1）加热炉烧嘴使用时间过长，没有能及时按照周期更换，目前现场的烧嘴有吸风冒火的现象。主要的原因是在烟气回收是时候，高温烟气一直吸风，换向阀不正常换向，个别的烧嘴长时间高温状态下导致烧嘴与炉墙的法兰烧漏。在吸风排烟的时候有空煤气的接触，导致烧嘴的冒火。如下图所示，阴影部分为烧嘴及烧嘴砖与炉墙接触面冒火处。
（2）加热炉在检修停炉时降温较快，导致耐材收缩较大。新更换的烧嘴与原来老的烧嘴砖在安装时候，有些较大的烧嘴砖耐材掉落的地方无法填充实，必然有缝隙存在。当炉内的压力较大的时候会出现冒火现象。
（3）烧嘴的安装质量低，安装烧嘴之后，会有空煤气法兰与膨胀节接口处连接不紧。生产之后现场的工况环境很差，温度较高，法兰接口处易坏，产生轻微冒火的现象。
（4）因烧嘴与烧嘴砖是彼此独立的两部分，浇注炉墙前需分别加以固定，目的是防止两部分的结合面在浇注时错位出现结合间隙。经过长期使用后烧嘴、烧嘴砖与炉墙接合面出现裂缝一直是烧嘴周围冒火的主要原因，曾经尝试使用原来的备用烧嘴砖将冒火严重的烧嘴砖更换下来，但由于热胀冷缩及炉墙有变形的原因，备用烧嘴砖与炉墙尺寸不符，无法正常安装。
二、新型烧嘴及烧嘴砖设计原理及使用优点
（1）蓄热式加热炉一项重要的特点是节能环保污染小，但是由于蓄热的特点，导致其烧嘴必然要承受周期行的高温交换。如果出现换向阀故障导致长时间不换向，蓄热式烧嘴长期在高温的状态下，反复这样必然烧损，导致冒火甚至漏煤气着火。新型蓄热式烧嘴的结构形式见下图。可以看出，空、煤气腔完全隔离出来，烧嘴内置不锈钢喷射管，四周被空气包围，切断了空、煤气在烧嘴内接触的机会。更换时只需更换内部喷射管即可，不需整体更换，减少了对烧嘴砖的撞击，从而减少了备件费用，延长了新型烧嘴的使用寿命。
（2）新型蓄热式烧嘴各部分耐火材料的的材质。新型蓄热式烧嘴采用的耐火材料为刚玉质浇注料，这种浇注料耐火度高，抗热振性较强，极冷极热不易开裂，烧嘴能较长时间保持整体不变性。刚玉质浇注料与烧嘴钢结构部分用锚固钩紧密连接，按照设计要求固定的膨胀缝，有效保证了在温度骤变时候的不同材质应力导致烧嘴砖挤压裂开，使得烧嘴冒火，影响烧嘴的使用寿命。进而影响生产的工艺质量。烧嘴内部的蓄热体采用堇青石/莫莱石质蜂窝体，这种材料蓄热能力较强，抗热振性好，使用周期较长，更换也是十分方便。
（3）对备用烧嘴砖进行改型设计。将烧嘴砖在水平、高度方向均减少15mm，使烧嘴砖能够较容易地安装进已经变形的原烧嘴砖孔内。烧嘴砖与炉墙烧嘴砖孔接合面 的处理相当重要，如果处理不当就会造成烧嘴砖与炉墙接合面在长期使用情况下出现膨胀收缩裂缝，从而出现冒火现象。我们采用的方法是在烧嘴砖与烧嘴砖孔间的缝隙，使用具有微正热膨胀系数的塞缝料进行密封，从而消除烧嘴砖与炉墙之间冒火现象。改型后的新型烧嘴砖如下图所示：
三、关键技术创新及施工要点
（1）新型蓄热式烧嘴的应用。在加热炉炉壳以内全部采用刚玉质耐材浇注料，避免了高温烟气在预热烧嘴时将内部材料烧损。在炉墙外侧烧嘴的空气腔冷空气接口与空气主管道相连，当烧嘴回收烟气导致高温的时候，立即打开冷却空气接口送入冷空气。保证烧嘴不会烧损变形，延长烧嘴的使用寿命。
（2）空、煤气炉内预混燃烧夹角的改造设计。新型蓄热式烧嘴重新设计了炉内空、煤气预混燃烧的夹角，上、下烧嘴的夹角都有所改变。改造设计后，使得上烧嘴的火焰扁平，平铺在钢坯上方，这种设计合理优化控制了钢坯内外温差。下烧嘴的火焰比较直长，在纵向方向充满炉膛下空间。
（3）新型烧嘴砖结构尺寸重新设计。委托耐材厂家根据改型烧嘴砖的图纸安排生产，期间，我厂安排技术人员到烧嘴砖生产现场进行监制，确保烧嘴砖的尺寸和质量符合要求。
5、烧嘴砖塞缝料的选型及施工要点。与多家耐材厂家进行技术交流，讨论适用于替换烧嘴砖的综合缝隙填塞料，最终确定了使用具有微正热膨胀系数的塞缝料进行密封。具体施工如下：
1）拆除烧嘴。对没有损坏的烧嘴保护性拆除。拆除时找好烧嘴砖中心，并在炉皮上做好标记。
2）拆除旧的烧嘴砖。拆除时不能同时拆除相邻的烧嘴砖，减少震动，特别是拆除上烧嘴砖时候，严防炉墙、炉顶变形。
3）烧嘴砖拆除后清理炉皮及耐火料。清理干净烧嘴砖孔，把炉皮和炉墙之间脱落的保温层清理干净，并修补烧嘴砖周围变形严重的炉皮。
4）安装新型烧嘴砖。新型烧嘴砖中心线与原烧嘴砖中心线一致，烧嘴砖的法兰内侧要与炉子立柱内侧平行，烧嘴砖的法兰要与炉子立柱和炉皮焊接牢固。
5）修复与炉墙之间的保温层。在烧嘴砖上方的炉皮上开孔，从开孔处用轻质保温浇注料浇筑，然后将开孔补焊。
6）烧嘴砖与炉墙的封堵。先用纤维毯塞炉墙与烧嘴间隙200～300mm，然后使用烧嘴塞缝料进行塞缝。塞缝时使用专用扁铲，一定要将缝隙塞满、塞实，现场要有专人负责。
7）安装烧嘴。安装烧嘴要按照要求安装，各种法兰接口要严密，不能漏气。
四、结论
新型蓄热式烧嘴及烧嘴砖投用之后，有效的解决了烧嘴、烧嘴砖冒火及加热钢坯能力不足的问题，使得设备的稳定运行有了保证，产品的工艺质量与操作环境也有较大提高，减轻了看火工的劳动强度，既保护了加热炉设备，又节约了燃耗。采用蓄热式燃烧技术，将空气预热到1000℃以上，极限回收烟气余热，大大降低温室效应。炉顶、炉墙采用浇注料整体浇注，采用复合绝热层结构完善炉体绝热，确保炉墙表面温度和炉顶上表面温度符合国家标准，减少炉体散热。配备完善的热工控制系统，确保严格的空燃比和合理的炉压等控制，使热损失减少到最小。
参考文献：
[1]火焰加热炉与加热缺陷.工业加热，1995
[2]《工业炉设计手册》，机械工业出版社，2002年10月第二版
【关键词】加热炉 蓄热式烧嘴 烧嘴砖
中图分类号：TG307 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-231-01
蓄热式燃烧技术的高热效率和节能潜力已众所周知。但其节能效率受很多因素制约，其关键是蓄热式烧嘴。其性能的混合好坏直接关系到燃烧效果的好坏，影响到燃烧温度的高低，温度太高，就容易出现烧钢、NOx排放量增加、钢坯的氧化烧损增加、炉子高温区耐火材料的使用寿命降低。
邯钢中板厂宽厚板线目前建有2座连续推钢式蓄热加热炉。中板厂使用的燃烧控制为全脉冲烧嘴，控制温度是通过开闭烧嘴的时间来控制的，每组烧嘴由一个换向阀控制实现自动换向，换向系统由控制仪表按照设定的参数自动控制，通过控制仪表内部的电控板实现对换向阀的自由换向，上烧、中位、下烧之间的相互切换，换向周期为15秒。这种燃烧控制形式使用的烧嘴是蓄热式烧嘴，用引风机吸收烟气，导致烟气腔的回收温度较高，预热蓄热体，然后预热空、煤气，对炉内的钢坯加热。
一、原烧嘴及烧嘴砖在使用中存在的问题
（1）加热炉烧嘴使用时间过长，没有能及时按照周期更换，目前现场的烧嘴有吸风冒火的现象。主要的原因是在烟气回收是时候，高温烟气一直吸风，换向阀不正常换向，个别的烧嘴长时间高温状态下导致烧嘴与炉墙的法兰烧漏。在吸风排烟的时候有空煤气的接触，导致烧嘴的冒火。如下图所示，阴影部分为烧嘴及烧嘴砖与炉墙接触面冒火处。
（2）加热炉在检修停炉时降温较快，导致耐材收缩较大。新更换的烧嘴与原来老的烧嘴砖在安装时候，有些较大的烧嘴砖耐材掉落的地方无法填充实，必然有缝隙存在。当炉内的压力较大的时候会出现冒火现象。
（3）烧嘴的安装质量低，安装烧嘴之后，会有空煤气法兰与膨胀节接口处连接不紧。生产之后现场的工况环境很差，温度较高，法兰接口处易坏，产生轻微冒火的现象。
（4）因烧嘴与烧嘴砖是彼此独立的两部分，浇注炉墙前需分别加以固定，目的是防止两部分的结合面在浇注时错位出现结合间隙。经过长期使用后烧嘴、烧嘴砖与炉墙接合面出现裂缝一直是烧嘴周围冒火的主要原因，曾经尝试使用原来的备用烧嘴砖将冒火严重的烧嘴砖更换下来，但由于热胀冷缩及炉墙有变形的原因，备用烧嘴砖与炉墙尺寸不符，无法正常安装。
二、新型烧嘴及烧嘴砖设计原理及使用优点
（1）蓄热式加热炉一项重要的特点是节能环保污染小，但是由于蓄热的特点，导致其烧嘴必然要承受周期行的高温交换。如果出现换向阀故障导致长时间不换向，蓄热式烧嘴长期在高温的状态下，反复这样必然烧损，导致冒火甚至漏煤气着火。新型蓄热式烧嘴的结构形式见下图。可以看出，空、煤气腔完全隔离出来，烧嘴内置不锈钢喷射管，四周被空气包围，切断了空、煤气在烧嘴内接触的机会。更换时只需更换内部喷射管即可，不需整体更换，减少了对烧嘴砖的撞击，从而减少了备件费用，延长了新型烧嘴的使用寿命。
（2）新型蓄热式烧嘴各部分耐火材料的的材质。新型蓄热式烧嘴采用的耐火材料为刚玉质浇注料，这种浇注料耐火度高，抗热振性较强，极冷极热不易开裂，烧嘴能较长时间保持整体不变性。刚玉质浇注料与烧嘴钢结构部分用锚固钩紧密连接，按照设计要求固定的膨胀缝，有效保证了在温度骤变时候的不同材质应力导致烧嘴砖挤压裂开，使得烧嘴冒火，影响烧嘴的使用寿命。进而影响生产的工艺质量。烧嘴内部的蓄热体采用堇青石/莫莱石质蜂窝体，这种材料蓄热能力较强，抗热振性好，使用周期较长，更换也是十分方便。
（3）对备用烧嘴砖进行改型设计。将烧嘴砖在水平、高度方向均减少15mm，使烧嘴砖能够较容易地安装进已经变形的原烧嘴砖孔内。烧嘴砖与炉墙烧嘴砖孔接合面 的处理相当重要，如果处理不当就会造成烧嘴砖与炉墙接合面在长期使用情况下出现膨胀收缩裂缝，从而出现冒火现象。我们采用的方法是在烧嘴砖与烧嘴砖孔间的缝隙，使用具有微正热膨胀系数的塞缝料进行密封，从而消除烧嘴砖与炉墙之间冒火现象。改型后的新型烧嘴砖如下图所示：
三、关键技术创新及施工要点
（1）新型蓄热式烧嘴的应用。在加热炉炉壳以内全部采用刚玉质耐材浇注料，避免了高温烟气在预热烧嘴时将内部材料烧损。在炉墙外侧烧嘴的空气腔冷空气接口与空气主管道相连，当烧嘴回收烟气导致高温的时候，立即打开冷却空气接口送入冷空气。保证烧嘴不会烧损变形，延长烧嘴的使用寿命。
（2）空、煤气炉内预混燃烧夹角的改造设计。新型蓄热式烧嘴重新设计了炉内空、煤气预混燃烧的夹角，上、下烧嘴的夹角都有所改变。改造设计后，使得上烧嘴的火焰扁平，平铺在钢坯上方，这种设计合理优化控制了钢坯内外温差。下烧嘴的火焰比较直长，在纵向方向充满炉膛下空间。
（3）新型烧嘴砖结构尺寸重新设计。委托耐材厂家根据改型烧嘴砖的图纸安排生产，期间，我厂安排技术人员到烧嘴砖生产现场进行监制，确保烧嘴砖的尺寸和质量符合要求。
5、烧嘴砖塞缝料的选型及施工要点。与多家耐材厂家进行技术交流，讨论适用于替换烧嘴砖的综合缝隙填塞料，最终确定了使用具有微正热膨胀系数的塞缝料进行密封。具体施工如下：
1）拆除烧嘴。对没有损坏的烧嘴保护性拆除。拆除时找好烧嘴砖中心，并在炉皮上做好标记。
2）拆除旧的烧嘴砖。拆除时不能同时拆除相邻的烧嘴砖，减少震动，特别是拆除上烧嘴砖时候，严防炉墙、炉顶变形。
3）烧嘴砖拆除后清理炉皮及耐火料。清理干净烧嘴砖孔，把炉皮和炉墙之间脱落的保温层清理干净，并修补烧嘴砖周围变形严重的炉皮。
4）安装新型烧嘴砖。新型烧嘴砖中心线与原烧嘴砖中心线一致，烧嘴砖的法兰内侧要与炉子立柱内侧平行，烧嘴砖的法兰要与炉子立柱和炉皮焊接牢固。
5）修复与炉墙之间的保温层。在烧嘴砖上方的炉皮上开孔，从开孔处用轻质保温浇注料浇筑，然后将开孔补焊。
6）烧嘴砖与炉墙的封堵。先用纤维毯塞炉墙与烧嘴间隙200～300mm，然后使用烧嘴塞缝料进行塞缝。塞缝时使用专用扁铲，一定要将缝隙塞满、塞实，现场要有专人负责。
7）安装烧嘴。安装烧嘴要按照要求安装，各种法兰接口要严密，不能漏气。
四、结论
新型蓄热式烧嘴及烧嘴砖投用之后，有效的解决了烧嘴、烧嘴砖冒火及加热钢坯能力不足的问题，使得设备的稳定运行有了保证，产品的工艺质量与操作环境也有较大提高，减轻了看火工的劳动强度，既保护了加热炉设备，又节约了燃耗。采用蓄热式燃烧技术，将空气预热到1000℃以上，极限回收烟气余热，大大降低温室效应。炉顶、炉墙采用浇注料整体浇注，采用复合绝热层结构完善炉体绝热，确保炉墙表面温度和炉顶上表面温度符合国家标准，减少炉体散热。配备完善的热工控制系统，确保严格的空燃比和合理的炉压等控制，使热损失减少到最小。
参考文献：
[1]火焰加热炉与加热缺陷.工业加热，1995
[2]《工业炉设计手册》，机械工业出版社，2002年10月第二版