热镀锌退火炉辐射管燃烧系统缺陷分析及解决方案

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2015）25-0044-01

1.前言

河北钢铁集团唐钢冷轧薄板厂3#热镀锌线采用美钢联法热镀锌工艺，设计年生产能力为40万吨，产品为厚0.3～1.6mm的建筑用和家电用镀锌板和镀铝锌板。该生产线退火炉采用全辐射管式烧嘴，总共有182个烧嘴，分为9个区。

2.燃烧系统工作原理

辐射管燃烧系统主要由W型辐射管、ESA烧嘴、辐射管换热器、煤气比例调节阀、燃烧控制系统等组成。煤气、空气分别经过切断阀、比例阀至烧嘴燃烧，燃烧热量经W型辐射管流经换热器，将燃烧空气加热至450度，废气经烟道、排烟风机排放。

3.燃烧系统出现的缺陷及对生产的影响

1）空燃比不稳定，煤气或空气的流量达不到设定值。许多烧嘴不能正常燃烧，造成辐射管烧嘴的热效率降低，退火炉的温度受限制，制约生产线的速度及产量，同时也不能保证产品的质量。

2）辐射管换热器及换热器后的烟道经常出现烧红甚至烧损融化，严重威胁安全生产，易造成重大的设备事故，甚至是重大的人身伤害事故。

3）换热器封头焊缝开裂、脱落，该生产线在近两年多的生产过程中，已更换了约60多个热交换器，主要现象是在使用过程中热交换器封头焊缝出现多处裂纹及脱落。换热器的损坏造成烧嘴处不能正常燃烧的煤气在换热器后进行二次燃烧，造成换热器及烟道的烧损。

4）辐射管出现变脆、开裂等现象，近两年大修已更换15根辐射管。辐射管损坏很难及时被发现，造成炉内气氛变坏，影响正常产品质量甚至威胁生产。

5）辐射管排烟风机因过高的废气温度，使两个稀释空气阀全部打开，造成在废气风机100%运转，各区的负压还提不高，炉温受到限制，导致炉子的生产能力下降。

4.燃烧系统缺陷的分析及措施

针对此退火炉的各种缺陷，利用差压计、烟气分析仪、热电偶等仪器，结合日常点检、维修的各种现象，分析主要存在问题的原因如下，并制定相应措施。

4.1空燃比不稳定，经过对煤气、空气流量孔板的测量，发现相同开度烧嘴的煤气、空气流量并不相同，有的要比正常开度的数值相差许多，同时结合废气成分分析，总结造成比例不稳定的原因主要有：

4.1.1空气、煤气滤网阻塞，利用压差计检测烧嘴前煤、空气压力，发现压力偏低，拆开过滤器，滤网上结满絮状或粉末状杂物，滤网通透性变差，影响气体的流量，造成空燃比不稳定。

措施：定期对滤网进行清理，特别是春秋季节要加大清理次数；同时利用差压计定期检查每个烧嘴的空、煤气流量，及时分析判断。

4.1.2部分煤气比例调节阀没起到调节作用，煤气不能随空气流量变化自动调节，造成煤气流量偏高或偏低。当煤气流量高时，燃烧空气不足，造成了烧嘴的不完全燃烧，废气中部分未燃烧的煤气在进入废气管道后与换热器后的稀释空气相遇，发生二次燃烧，将直接导致废气管道的烧损。

通过差压计流量检测发现有部分烧嘴的空气正常供应时，而煤气流量不成比例，进一步调节空气流量，煤气也不能随空气量的变化自动调节。分析认为煤气比例调节阀损坏，对比例阀进行更换后，但煤气量还不能随空气量变化自动调节。进一步检查比例阀导压管，发现煤气侧的导压管压力远低于煤气压力，在10-50mbar之间波动。对导压管拆开检查发现管子被许多薄碎片堵死，造成压力低。疏通导压管后，煤气调节阀恢复正常。分析造成导压管阻塞原因，铜管与煤气中的硫反映生产薄碎片，碎片脱落阻塞管道。

措施：对导压管进行清理消除隐患。

4.2换热器封头脱落或焊口开裂，造成煤气从换热器中短路，部分煤气不经辐射管直接排到排烟管道中。同时空气流量成倍升高，煤气量也最大，由于空气的短路，煤气不能在辐射管中完全燃烧，到换热器后，未燃烧的煤气与多余的空气二次燃烧。，二次燃烧产物的温度将轻易超过1000℃。如此高的温度不仅对废气管道系统，而且对热交换器本身的运行必然存在极大的威胁。一方面对热交换器，会使已经存在的裂缝继续扩大直至风头脱落，从而造成恶性循环。另一方面对废气管道系统，将使废气支管、主管及邻近的波纹管烧红，严重氧化、烧损。

措施：定期检测空气流量孔板压差，当压差超过正常开度对应数值时，要分析是否换热器损坏，及时更换修复；另外换热器前后法兰的密封垫片损坏也可能造成空气量异常，应及时检查更换。

4.3辐射管出现变脆、开裂等现象，辐射管的使用寿命缩短。助燃空气的一部分通过热交换器脱落的封头或开裂的焊缝短路，直接进入烟道，使进入烧嘴的助燃空气量不足，煤气在辐射管内将不能完全燃烧。辐射管内长期存在未被燃烧的煤气，将使管内呈现为还原气氛，在高温下会发生如下反应：

6Fe+2CO=2Fe3C+02

此反应使管壁形成渗碳体，使管子变脆，易产生裂纹，导致辐射管损坏。

措施：利用烟气分析仪定期对每个烧嘴的废气进行成分分析，发现CO含量异常时，及时分析存在的问题，并解决至废气成分正常，避免辐射管长期工作在还原性气氛中。

4.4 过高的废气温度使稀释空气阀全部打开，造成废气风机100%运转，排烟管道负压仍可能达不到设计值。影响辐射管烧嘴的燃烧，并直接导致炉子的生产能力下降。一方面，温度很高的二次燃烧产物与烧嘴燃烧产物混合，使整个烟气温度大幅度提高，若超过废气热交换器人口烟气的最高允许值650℃，则废气热交换器前部的稀释空气阀将长期打开，增大排烟风机的负荷。另一方面，过高的烟气温度将会在较短的时间内将燃烧系统及废气系统的密封垫损坏，使整个系统运行劣化 。

措施：控制废气管道的温度，对每个烧嘴的废气定期进行成分、温度检测，及时发现问题，来实现降低风机开度。

5.结论

1）空燃比不稳定，煤气或空气的流量达不到设定值，辐射管烧嘴的热效率降低。造成主要原因有滤网阻塞，煤气比例阀导压管阻塞，及换热器封头焊缝开裂或脱落。

2）煤气在辐射管中不能完全燃烧，至换热器后进行二次燃烧 ，原因：一方面换热器封头焊缝开裂或脱落，另一方面煤气比例阀不工作。煤气在换热器后二次燃烧，造成换热器及烟道的烧损，同时风机开度升高。

3）辐射管出现变脆、开裂。煤气在辐射管内不能完全燃烧，辐射管内长期存在未被燃烧的煤气，将使管内呈现为还原气氛，使管壁形成渗碳体，使管子变脆，易产生裂纹。

在辐射管内未完全燃烧的煤气经“W”型弯管后，温度与废气温度相同，可达l000℃左右，它与从热交换器溢出的空气在热交换器处混合，并在高温烟气作用下发生二次燃烧，燃烧产生的火焰在助燃空气的“推”及排烟风机的“拉”作用下，火焰长度可延伸至废气主管。若热交换器泄露严重，二次燃烧产物的温度将轻易超过1000℃。如此高的温度不仅对废气管道系统，而且对热交换器本身的良好运行必然存在极大的威胁。对热交换器而言，必然会使已经存在的裂缝和砂眼继续扩大，从而造成恶性循环。对废气管道系统而言，后果是将致使废气支管、废气主管及邻近的DNl00波纹管、DN300波纹管被严重氧化、烧损，从而造成重大的设备事故，甚至是重大的人身伤害事故。

近期烧嘴烟道出现烧红甚至融化现象。当生产厚规格产品，烧嘴满负荷使用时，烧嘴烟道烧红尤为明显。

烟道烧红的直接原因时烟道内烟气温度过高。烧嘴烟道材质为304不锈钢，耐温800℃，熔点为1398℃-1454℃。

参考文献

[1] 王锡淮，李少远，席裕庚.加热炉钢坯温度软测量模型研究[J]. 自动化学报. 2004（06）.

[2] 王雄，于朝晖，徐用懋.连续退火炉在线优化控制系统[J]. 计算机仿真. 1999（04）.

[3] 李文科，许永贵，赵永生.CAPL均热室供热制度对炉温及带钢热瓢曲的影响[J]. 钢铁. 1996（10）.