大型井式热处理燃气炉的节能改造- 学兔兔 www.bzfxw.com .pdf

大型井式热处理燃气炉的节能改造 太原重工铸锻分公司大型锻件厂 ( 山西0 3 0 0 2 4 ) 牛玉温 大 型井式热处理燃气炉是我 厂的关键设备 ，主 要用于长轴类零件的热处理 ，如电机转子 、汽轮机 转子、低压主轴 、拉 杆、船用件等大型锻件产品。 其中一台设备为4 井式炉 ，规格为 2 3 m9 2 m， 有效尺寸为 1 8 m x 8 5 m。经过多年 的生产运 行， 且随着产品质量要求的逐步严格 ，该设备暴露的问 题愈来愈多 ，已经影响到产品的出厂质量 。因此 ， 决定对4 井式炉进行改造 。 1 原设备存在的问题 ( 1 )炉衬为砖砌体 ，炉体吸热 、蓄 热量大 ； 采用高 压无烟 喷射式燃烧器 ( 见 图1 ) ，依靠人工 调节空气配比和烧嘴大小 ，工人劳动强度大 ；炉 门 采用低碳钢材料铸造成形 ，重 质耐火砖填砌的半 圆 对接炉盖 ，年长 日久 ，变形加大 ，密封 不严 ，跑火 冒烟严重，热量损失较大 。 图1 老式热处理炉用喷射式燃烧器 ( 2 )多年以来 ，我厂 使用发生炉 煤气 ，纯净 度差 ，热值 低 ，燃烧不充分 ，热效率低 ，经常发生 煤气中的焦油堵塞阀门的情况 ，需定期停工清理油 污 ，而且 管道密封 不好 ，经常发 生跑 冒漏 气的现 象 ，造成安全隐患。 2 节能改造的主要方向及具体措施 ( 1 )改进 炉衬材质原先 使用砖砌体 ，吸热 量大 ，冷速慢 ，无法满足快速 的生产节奏。采用新 型炉用材料如硅酸铝耐火纤维作为 内衬 ，减少炉体 的蓄热损失 ，增强炉子的隔热保温 ，减少炉墙 的散 热损失 ，优化 了炉衬结构 ( 见 图2 )。同时 ，炉衬 在保证 炉子结构强度和耐 热度的前提下 ，应尽量提 高保温能力和减少蓄热 ，因此单纯依靠增加炉衬厚 度来降低炉外壁温度不仅会增加炉衬蓄热和成本 ， 而且相应地减少 了炉底面积的有效利用率 ，采用新 型耐火纤维等优质保温材料后使得炉子热效率得到 提高。 图2 改造后使用耐火纤维的井式炉炉膛 ( 2 )改善 炉体密封若炉膛内各 引出构件 、 炉壳、炉门等处密封不严 ，将会造成跑火 、漏火 ， 能源大量浪费 ，设备烧坏 ，环境恶劣等状况 ，因此 炉体密封直接影响工件品质和能耗 ，同时密封也是 炉内气氛控制的关键。而耐火纤维制品的使用 ，为 解决 炉体密封创造 了条件 ，实现 了软密封 。旧的4 炉炉盖采用低碳钢 材料铸造成形 ，再用重质耐火砖 填砌 的两半 圆对接而成 ，经周期性加热后 ，变形加 大 ，跑火 冒烟及热 鼠敞失严重。新式炉盖采用焊接 件成形 ，再用耐火纤维填充隔热而成的两半 平移加 子扣垂直升降双重软 密封炉盖 ，并采用 电液推杆， 结构简单 ，成本低 ，与传统机械传动相比 ，故障率 低 ，平稳性好 ，整体美观 ( 见 图3 )。 参 磊 热 耋 3 5 图3 新式炉盖用电液机构 ( 3 )改进燃烧控制技术用 户对产 品质量的 要求逐渐严格 ，迫使对炉内温度场的均匀性 及对燃 烧气氛 的稳定可控性要求进一步提高 ，使用传统的 连续燃烧控制 已无法实现，必须采用脉冲燃烧控制 技术。 脉 冲燃烧控制采用的是一种 间断燃烧的方式 ， 使用脉 宽调制技 术 ，通过 调节燃 烧时 间的 占空 比 ( 通断比)实现窑炉 的温度控制 。燃料流量可通过 压 力调整预先设定 ，烧嘴一旦工作 ，就处于满负荷 状态 ，保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。当需 要升温时 ，烧嘴燃烧时 间加长 ，间断时间减少 ；需 要 降温时 ，烧嘴燃烧时 间减少 ，间断时间加长 。脉 冲燃烧控制的主要优 点为传热效率高 ，大幅降低能 耗 ，可提高炉 内温度场 的均匀性 。无需在线调整 ， 即可实现燃烧 气氛的精确控制 ，所以采用脉冲燃烧 可弥补烧嘴调节 比低的缺陷 ，需要低温控制时仍能 保证烧 嘴工作在 最佳燃烧 状态 。在 使用高速 烧嘴 时 ，燃气喷出速度快 ，使周 围形成负压 ，将大量窑 内烟气吸入主燃气内 ，进行充分搅拌混合 ，延长了 烟 气在窑内的滞留时间 ，增加 了烟 气与制品的接触 时间 ，从而提 高了对流传热效率。另外 ，窑内烟气 与燃 气充分搅拌混合 ，使燃气温度与窑 内烟气温度 接近 ，提高窑内温度场的均 匀性 ，减少高温燃 气对 被加热体的直接热冲击。 ( 4 )更换气源发生炉 煤气 由于热值低 ，纯 净度差等缺点 ，近年来 已被城市煤气、天然气等优 质气源所取代。我厂 的一些热加工部门已经使用了 一 段时间的城市煤气，效果不错 ，因此决定改为城 市煤气作为井式炉用气源 。 3 改造效果 改 造前 的4 井 式炉 使用 高压 无烟喷 射式 燃烧 器 ，它是用人工调节空气配比，靠气流带人冷空气 到混合室 ，火焰大小靠手动调节 ，从上到下垂直面 3 8 2 w w w z m e 第 t o 9 w 警 or k 热 n l 嗵 攀 9 $ O c 饪 om懒 惫巍加： e 弧 I 一 内1 4 层 ，水平面 内分 布排列共计4 2 个燃烧 器 ，操 作人 员在调整炉温时 ，要逐个调节烧嘴 ，劳动 强度 极大 。改造后只采用 了2 0 个亚高速调温烧嘴燃烧器 ( 见图4 )，同时为提高 热效率 ，还安 装了空 气预 热器 ，使得温度波动明显减小 ，增强了炉温的稳定 性。经过改造后的炉子 ，进行了炉温均匀性测试和 工件氧化性试验 ，结果证 明，新炉的温度均匀性大 大优于 旧炉子 ，工件的氧化情 况也减轻了约1 5 ， 达到了预期效果 。 图4 亚高速调温烧嘴燃烧器 4 指标对比分析 新式热处理炉经过 一 一定时间的生 产使用后 ，以 1 8 万k W电机转子 ( 重量约 1 5 t )的热处理 为例 ，做 了各项指标的分析和统计 ，见下表 。 1 8 万k W电机转子热处理指标对比 旧 炉 消 耗 发 生 炉 煤 气 高温正火 新炉消耗城 市煤 气6 1 7 m 1 6 4 8 m 旧 炉 消 耗 发 生 炉 煤 气 调 质处理 新炉消耗城市煤气9 2 3 m 2 61 6 ms 处理周期 9 7 9 0 h 能源价格 发生炉煤气0 3 城 市煤气0 7 T Z- m 能耗 l 2 7 9 2 1 0 7 8 ( 元 ) 质量 硬度均匀性 2 0 HBW 硬度均匀性 1 0 HB W 5 结语 在传统井式燃气热处理炉的改造过程中 ，采川 轻型耐 火纤维炉衬和新型亚高速烧嘴 ，增加空气预 热器 ，改变燃烧器分布控制方式 ，使用新式炉盖 传动 装置 以及将一维 密封改 为二维密封是 设备改 造 、能力提升的有效方法。新式炉在节能降托 ，满 足工艺要求 ，降低劳动强度和提高生产效益等 方 取得了满意的效果 ，为今后旧炉更新改造 、换代升 级积累了宝贵经验 。MW ( 2 0 1 2 0 2 】 5 )