재가열로의 버너 유형

가열로의 버너 유형

현재 철강 산업은 공정의 경제적 실행 가능성을 개선하는 동시에 환경 배출량을 지속적으로 감소시켜야 하는 주요 과제에 직면해 있습니다. 고에너지 소비로 인한 재가열로는 철강산업의 주의가 필요한 분야 중 하나이다. 제철소의 생산성과 에너지 효율에 기여하는 중요한 장비입니다.

현대식 재가열로는 빔이 용광로 내부의 장입 강재(빌렛, 블룸 또는 슬래브)를 들어 올려 다음 위치로 이동시키는 보행형 빔로입니다. 가열은 지붕 버너(지붕을 가열한 다음 강철 장입물에 열을 발산함) 및/또는 긴 화염 버너( 측벽 또는/및 전면 벽). 재가열로에서 사용되는 일반적인 연료는 발열량이 낮은 혼합가스(코크스로 가스와 전로 가스가 혼합된 고로 가스), 코크스로 가스, 중유, 저유황 중질유(LSHS) 또는 천연 가스입니다.

재가열로의 중요한 매개변수에는 사용된 연료로 구성된 연소 시스템, 연소 공기의 공급 및 기술 조건, 적절한 열 분배를 위한 버너 및 위치, 연소 공기 및 연료 가스의 예열, 폐열 회수 시스템, 공연비, 용광로 드래프트 제어, 용광로 배기 시스템, 용광로 매개변수 측정 및 제어 시스템. 로 연소 시스템은 로의 요구되는 생산성 수준을 지원하는 것 외에도 열 입력의 효율적인 활용, 낮은 열 손실, 효율적인 폐열 회수, 로 내화물 손상 최소화 및 온실 가스 특히 NOx의 낮은 생성을 보장합니다. 용광로 연소 시스템은 또한 강 표면에 스케일 형성을 최소화하는 용광로 분위기를 보장합니다.

열회수 시스템은 재가열로의 배기 가스 열 손실을 줄이기 위해 철강 공장에서 널리 사용되었습니다. 배기가스의 열손실이 열손실의 높은 비율을 차지하므로 열회수 시스템을 사용하여 노의 효율을 높이고 연료 소비를 줄입니다. 일반적으로 중앙 집중식 시스템과 분산 시스템의 두 가지 유형의 열회수 시스템이 사용됩니다. 중앙집중식 열회수 시스템은 배기가스의 열을 이용하여 금속 복열기로 연소공기를 예열하는 방식으로 현재 널리 사용되고 있다. 그러나 이 방법으로 얻을 수 있는 최대 예열 공기 온도는 재료 온도 제한으로 인해 약 600℃이고 노 온도는 약 1300℃입니다. 분산형 열회수 시스템은 재생 매체로 세라믹(보통 알루미나) 볼을 사용하는 스위칭 유형의 재생 버너 시스템으로 구성됩니다. 중앙 집중식 시스템보다 더 높은 온도의 예열 공기를 제공합니다.

재가열로에 사용되는 버너는 재가열로의 에너지 효율을 결정짓는 중요한 요소 중 하나입니다. 강철 사양에 따라 재가열로에서 다른 온도 프로파일이 필요합니다. 따라서 퍼니스 내부의 적절한 열 분포를 위해 버너는 유연성이 있어 작업자가 다양한 공정 조건에 맞게 연소 매개변수를 조정할 수 있도록 하는 것이 중요합니다. 버너는 적절한 턴다운 비율, 낮은 NOx 기능 및 고효율을 갖추어야 합니다.

재가열로에서 버너의 배열은 또한 가열로의 가열 특성에 매우 중요합니다. 가열로 내 버너의 위치에 따라 배열은 세 가지 가열 방식으로 분류됩니다. 지붕에 있는 화염 복사 버너. 각 가열 ​​방법에는 고유한 특성이 있습니다. 특정 가열 방식 또는 가열 방식의 조합은 제철소의 현지 조건에 맞게 재가열로에 채택됩니다. 여러 연료를 사용할 수 있는 철강 공장에서 버너는 여러 연료를 사용할 수 있어야 합니다.

재가열로는 주어진 시간 내에 최소한의 연료로 원하는 온도까지 균일하게 강 장입재를 가열할 수 있도록 설계되어야 합니다. 가열은 버너를 이용하여 이루어지기 때문에 적절한 열분배를 위해서는 다음과 같은 사항이 필요합니다.

• 재가열로의 연소는 용광로의 배출 말단에 위치하고 강 장입재의 상단 및/또는 하단에 위치한 버너에 의해 수행되어야 합니다.
• 화염은 단단한 물체에 닿거나 방해를 받아서는 안 됩니다. 장애물이 있으면 연료 입자가 탈 원자화되어 연소에 영향을 미치고 검은 연기가 발생합니다. 화염이 강철 충전재에 충돌하면 스케일 손실이 증가합니다. 화염이 내화물에 충돌하면 불완전 연소로 인한 제품이 고온에서 내화물 성분과 침전되어 반응하여 로 내화물에 손상을 줄 수 있습니다.
• 불이 교차하면 불완전 연소가 발생하므로 서로 다른 버너의 화염은 서로 떨어져 있어야 합니다. 버너를 반대쪽에 엇갈리게 배치하는 것도 바람직합니다.
• 버너 화염은 재료 바로 위의 연소 공간에서 자유롭게 이동하는 경향이 있습니다. 이러한 이유로 로에서 버너의 축은 난로와 평행하지 않고 위쪽 각도로 위치해야 합니다. 그러나 화염이 용광로 지붕에 닿지 않아야 합니다.
• 대형 버너는 더 긴 화염을 생성하는데, 이는 일반적으로 용광로 벽 내에 억제하기 어렵습니다. 따라서 일반적으로 용광로 내부의 더 나은 열 분포를 보장하고 용광로 수명을 늘리기 위해 더 적은 용량의 많은 버너가 사용됩니다.

재가열로에 사용되는 버너는 장화 또는 평화입니다.

플랫 화염 버너

플랫 화염 버너(FFB)는 일반적으로 재가열로의 지붕에 사용됩니다. 이러한 버너로 인해 간접적인 복사열 전달이 발생합니다. 연료 연소의 열은 화염에서 직접적으로뿐만 아니라 노의 지붕 내화 라이닝을 통해 강철 장입물로 전달됩니다. 일반적으로 발광하지 않는 화염은 이산화탄소와 수증기의 선택적 복사에 해당하는 고온 및 상대적으로 낮은 방사율을 특징으로 합니다. 강철 장입물에 화염 영향이 없기 때문에 FFB 가열로를 간접 가열로라고 합니다.

버너는 얇은 층으로 지붕 ​​표면에 화염을 퍼뜨리도록 설계되었습니다. 버너 축 방향의 연소 가스 유량은 무시할 수 있으므로 화염에서 지붕으로의 집중적인 열 전달로 인해 내화 지붕의 온도가 증가합니다. 이러한 방식으로 내화 지붕은 주요 복사 표면 역할을 합니다.

플랫 화염 버너의 사용은 재가열로의 강 장입재가 노 지붕과 평행할 수 있는 큰 평평한 표면을 갖고 강 장입재의 가열 온도가 900℃ 이상일 때 적절하고 유리한 것으로 간주됩니다. 다음은 FFB 소성로의 주요 장점과 단점입니다.

FFB 퍼니스 챔버와 강 충전재의 온도 분포는 더 균일합니다. 필요한 퍼니스 출력을 달성할 수 있도록 개별 구역의 만족스러운 온도 제어가 있습니다.

• FFB로 인한 더 빠른 가열 속도는 강철 충전재가 고온에 노출되는 시간을 줄여줍니다. 따라서 표면 산화의 발생이나 탈탄 및 조립강 조직과 같은 현상이 크게 감소합니다.
• 로 생산량이 100%에서 50% 감소한 후 최대 거의 40%의 연료 소비를 크게 줄일 수 있습니다.
• 기체 연료와 연소 공기의 집중 혼합은 낮은 과잉 공기 값에서 혼합물의 빠르고 완전한 연소를 보장합니다.
• 지붕 난방의 기본적인 단점은 용광로 생산량의 급격한 변화에 따라 강철 장입재 표면이 과열될 위험이 있다는 것입니다.
• 로 챔버 시작 시 과도한 가열 속도는 강철 장입물에 원치 않는 열 응력과 구조적 변형을 유발할 수 있습니다.

장기 화염 버너

다양한 특성과 다양한 용량의 장염 버너가 시중에 나와 있습니다. 이 버너는 다양한 용량으로 제공되며 오일, 가스 또는 다중 연료와 같은 다양한 연료의 사용에 적합합니다.

장염 버너를 구비한 재가열로에서, 강 장입재의 가열의 대부분은 대류에 의해 일어나기 때문에, 연소 생성물의 재순환은 가열 속도 및 온도 균일성에 실질적으로 기여한다. 긴 화염 버너는 연소 가스를 동반하고 재순환시키는 고속 가스를 생성하여 최소한의 과잉 공기로 퍼니스의 온도 균일성을 달성합니다.

재가열로의 전면 벽에 있는 버너는 일반적으로 더 긴 화염을 가지고 있는 반면 가열로의 측면 벽에 있는 버너는 더 짧은 가변 화염을 가지고 있습니다. 재가열로 앞벽의 버너는 일반적으로 축류 연소 방식이며 광범위한 조정이 필요합니다. 그들은 대용량 버너이며 퍼니스 길이 방향으로 구역당 길이에 제한이 있습니다. 퍼니스 내부의 연소 가스 흐름은 퍼니스 길이를 따라 매끄럽습니다. 버너의 노즈 부분은 로의 구조를 복잡하게 만듭니다. 이 버너를 사용하면 노 폭을 따라 가열이 균일하지만 노 길이 방향의 노즈 부분에서 온도가 떨어지는 경향이 있습니다. 비교적 온도가 높은 하부 버너 주변을 제외하고는 작업성이 비교적 양호합니다.

측벽의 버너는 좁은 범위의 조정이 필요합니다. 이 버너는 또한 대용량이며 노 폭 방향에 제한이 있습니다. 버너의 방향이 노 길이 방향과 직각이기 때문에 연소 가스의 흐름은 표류하는 경향이 있습니다. 이 버너에는 노즈 부분이 없기 때문에 로 구조를 복잡하게 만들지 않습니다. 버너는 로 길이 방향의 균일성은 양호하지만 로 폭 방향의 균일성은 좋지 않습니다. 이 버너는 작업성이 비교적 좋습니다.

재생 및 복열 버너

재생 버너는 가열로 배기 가스의 폐열을 회수하여 버너에서 연료를 연소하는 데 필요한 연소 공기를 가열하는 열회수 시스템이 있습니다. 가열로에 재생 버너를 사용하면 상당한 에너지를 절약할 수 있습니다.

재생 버너는 배기 가스의 열을 연소에 사용되는 입구 공기로 전달하여 입구 공기로 열을 회수하도록 설계되었습니다. 재생 버너에는 각각 재생기와 역전 밸브가 있는 두 세트의 버너가 있습니다. 재생기는 세라믹(일반적으로 알루미나) 볼을 사용하여 열을 수집합니다. 첫 번째 재생 버너가 연소되는 동안 다른 하나는 노 가스를 배출합니다. 배기 가스는 회생 버너 본체를 통과하여 세라믹 볼에 열을 전달합니다. 따라서 배기 가스의 열은 가열 된 세라믹 볼을 통과하기 때문에 입구 공기로 전달됩니다. 반전 밸브는 버너 헤드로 들어가는 공기 흐름의 방향을 설정하여 입구 공기 온도를 비슷한 온도로 만듭니다. 작동 온도. 예열 연소 공기 온도가 높기 때문에 재생 버너는 연료를 절약하고 고효율로 연소시킬 수 있습니다.

복열식 버너의 경우 버너의 구조는 배기가스에서 유입된 공기로 열을 회수하여 유입된 공기를 더 높은 온도(약 750℃)까지 가열하는 복사열교환기 튜브와 유사합니다. 따라서 버너에서 교환되는 열은 연소 효율을 향상시키고 연료 비용을 약 25% ~ 30% 절약할 수 있습니다.

재생 버너 원리는 그림 1에 나와 있습니다. 첫 번째 버너는 연소 모드에 있고 두 번째 버너는 배기 모드에 있습니다. 첫 번째 버너는 버너를 가로질러 부는 따뜻한 연소 공기로 점화됩니다. 두 번째 버너는 버너의 열을 유지하기 위해 가열로에서 세라믹 볼로 뜨거운 배기 가스를 받습니다. 열을 통과한 후에야 배기 가스가 방출됩니다. 30분에서 1분의 시간이 지나면 두 번째 버너는 화재 모드로 전환되고 첫 번째 버너는 뜨거운 배기 가스를 받기 시작합니다. 버너의 연소 및 수신 모드는 재가열로가 정지될 때까지 교대로 연속적으로 작동합니다. 높은 예열된 공기 온도는 연소 과정을 매우 효율적으로 만듭니다.

복열 버너 원리도 그림 1에 나와 있습니다. 유입 공기의 온도는 열교환 기술에 의해 노에서 연소되기 전에 예열됩니다. 배기 가스는 버너 내부에 설치된 열교환기가 장착된 버너를 통해 흐릅니다. 배기 가스의 열은 버너에서 나오기 전에 입구 공기로 교환됩니다. 배기 가스는 버너 외부 주변을 흐르고 버너 내부에서 열이 교환됩니다.

그림 1 축열식 버너 시스템의 원리

산소 연료 버너

  순산소 연료는 연소용 산화제의 공급원인 공기를 산업용 등급의 ​​산소로 완전히 대체하는 방식을 말합니다. 순산소 연소는 연소 공기의 질소를 줄이거나 제거하고 연도 가스로 수행되는 폐열을 상당히 줄입니다. 순산소 연료 버너는 온도 균일성이 중요하고 매우 낮은 NOx 배출이 필요한 고온 재가열로에서 사용할 수 있습니다.

  공기를 산업용 산소로 대체하는 일반적인 이점은 연소 과정으로 유입되는 공기에 존재하는 질소 함량이 거의 또는 완전히 제거된다는 것입니다. 연소 시 질소의 감소는 더 낮은 연소 가스 부피가 화염에서 빼앗고 배기 가스에서 손실되는 열의 양을 줄여주기 때문에 더 높은 화염 온도와 연소 효율을 가능하게 합니다.

공기 연료 연소와 비교하여 순산소 연료 사용의 이점은 즉 (i) 에너지 소비 감소, (ii) 가열로 증가로 인한 가열로 온도 설정점 증가 없이 생산량 증가, (iii) 용광로 배출 감소입니다.

순산소 화염은 공기 연료 화염보다 더 적은 부피와 길이로 더 높은 온도를 갖는다. 강철 재가열 응용 분야를 위한 순산소 버너 시스템을 설계할 때는 순산소 연료의 화염 특성을 고려해야 합니다. 일반적으로 철강 가열은 제품의 국부적인 과열 또는 과열을 방지하기 위해 균일한 온도 분포를 요구합니다. 순산소 버너의 유형과 배치는 용광로의 유형과 강철 제품에 대한 화염의 근접성에 따라 다릅니다.

순산소 화염은 공기 연료 화염보다 더 적은 부피와 길이로 더 높은 온도를 갖는다. 강철 재가열 응용 분야를 위한 순산소 버너 시스템을 설계할 때는 순산소 연료의 화염 특성을 고려해야 합니다. 일반적으로 철강 가열은 제품의 국부적인 과열 또는 과열을 방지하기 위해 균일한 온도 분포를 요구합니다. 순산소 버너의 유형과 배치는 용광로의 유형과 강철 제품에 대한 화염의 근접성에 따라 다릅니다.