軋鋼加熱爐節(jié)能降耗的綜合措施

馮鈞張猛

（1.山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原030003；2.太原理工大學(xué)，山西太原030024）

軋鋼加熱爐節(jié)能降耗的綜合措施

馮鈞1張猛2

（1.山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西太原030003；2.太原理工大學(xué)，山西太原030024）

分析了軋鋼連續(xù)加熱爐在鋼鐵企業(yè)中的能耗現(xiàn)狀，提出了降低軋鋼加熱爐能耗的一系列措施，包括改造加熱爐結(jié)構(gòu)、優(yōu)化工藝、改進(jìn)維護(hù)手段等。

蓄熱式加熱爐系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能降耗

軋鋼連續(xù)加熱爐、均熱爐是鋼鐵企業(yè)中耗能較大的設(shè)備。其熱效率一般只有20%～30%，約有70%～80%的熱量散失，其中煙氣帶走的熱損失約占30%～35%。加熱爐的煙氣量根據(jù)爐量大小不同，一般在7 000～30 000 m3/h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）范圍內(nèi)。煙氣溫度一般為550～990℃，也有超過(guò)1 000℃以上的。如果將煙氣的余熱用來(lái)加熱助燃空氣，當(dāng)助燃空氣被加熱到400℃時(shí)，可以達(dá)到節(jié)能20%～25%的效果。

加熱爐是軋鋼企業(yè)最大的用能設(shè)備，以太鋼熱軋廠為例，在整個(gè)工序能耗中，煤氣消耗占的比例為76.8%，以目前單耗1.22 GJ/t，年產(chǎn)200萬(wàn)t計(jì)，每年的煤氣費(fèi)用為6 000萬(wàn)元。目前，各軋鋼廠的全線燒損率在1%～2.5%的范圍內(nèi)，降低燒損最大的挖潛設(shè)備是加熱爐。以年產(chǎn)200萬(wàn)t計(jì)，每降低0.1%的燒損，年節(jié)約600萬(wàn)元。通過(guò)降低煤氣單耗和氧化燒損以降低生產(chǎn)成本，潛力大，意義大。

1 軋鋼加熱爐節(jié)能降耗的方法

1.1 采用新型蓄熱式加熱爐

在加熱爐供熱方式上，傳統(tǒng)方法是常規(guī)燃燒法。以常規(guī)燃燒法提高熱效率、降低能耗的做法主要有：延長(zhǎng)煙氣在爐時(shí)間；降低排煙溫度；預(yù)熱空氣；回收煙氣余熱等。這種供熱方式的排煙溫度在300～500℃之間，有時(shí)甚至高達(dá)600℃。

蓄熱式燃燒法是采用蓄熱式熱交換方式預(yù)熱燃燒介質(zhì)的燃燒方法，由英國(guó)的夫里托里非西曼伍斯發(fā)明，并于1864年由法國(guó)的皮埃爾·馬魯欽應(yīng)用于平爐。在平爐內(nèi)，格子磚作為蓄熱體，燃燒切換時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15～30 min，可獲得1 197～1 247℃的高預(yù)熱空氣溫度及1 597℃的高爐溫［1-3］。

依據(jù)蓄熱式燃燒法，英國(guó)氣體公司（British Gas）和熱加工發(fā)展公司（Hotwork Development）共同開(kāi)發(fā)了蓄熱式燒嘴供熱系統(tǒng)，并于1892年用于小型玻璃熔化爐，節(jié)能效果十分顯著。此技術(shù)一般被稱(chēng)為“第一代再生燃燒技術(shù)”。其不足主要表現(xiàn)在：預(yù)熱能力不夠，不能實(shí)現(xiàn)極限余熱回收；NOx排放量比較大等。

20世紀(jì)90年代，由日本學(xué)者田中良一等人提出了一種全新燃燒技術(shù)，即：蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)（High Temperature Air Combustion，HTAC），亦稱(chēng)為無(wú)焰燃燒技術(shù)或貧氧稀釋燃燒技術(shù)或低氮氧化物燃燒技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了極限節(jié)能和極限降低NOx排放量的雙重目的。而且，這種技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了針對(duì)燃用清潔或較清潔的氣體和液體燃料的工業(yè)爐開(kāi)發(fā)應(yīng)用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)的新時(shí)代。使用這種極限余熱回收和低NOx排放的蓄熱式燒嘴的燃燒技術(shù)被稱(chēng)為“第二代再生燃燒技術(shù)”。

新型蓄熱式加熱爐技術(shù)的重大突破主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是蓄熱體技術(shù)，即改變傳統(tǒng)格子磚式蓄熱載體，采用陶瓷小球、蜂窩體等陶瓷質(zhì)地蓄熱體，比表面積比格子磚大了幾十甚至上百倍，因而傳熱效率也大為提高，同時(shí)，蓄熱室體積也大大減小；二是換向設(shè)備的改造和控制技術(shù)的提高，使換向時(shí)間大大縮短，可靠性增強(qiáng)。傳統(tǒng)蓄熱室的煙氣溫度為300～600℃，新型蓄熱室的煙氣溫度只有200℃或更低。新型蓄熱室可以將空氣或煤氣預(yù)熱到比出爐煙氣溫度只低100℃左右，熱效率可達(dá)到70%以上。

蓄熱式加熱爐噸鋼能耗為370 Nm3高爐煤氣，高爐煤氣價(jià)格為0.03元/m3，加熱成本為11.1元/t，非蓄熱式加熱爐成本為40元/t［4］。以年熱軋百萬(wàn)噸計(jì)量，蓄熱式加熱爐每年可節(jié)約加熱成本2 890萬(wàn)元。

1.2 合理組織批量生產(chǎn)

批量生產(chǎn)是降低成本的重要途徑，將銷(xiāo)售合同進(jìn)行整合，變成一個(gè)大的生產(chǎn)計(jì)劃來(lái)組織生產(chǎn)可降低消耗。

為了合理組織批量生產(chǎn)，太鋼軋鋼廠制定了嚴(yán)格的軋制單位編制規(guī)則。

一個(gè)軋制單位是指在精軋機(jī)組F0～F6工作輥的每一次使用周期內(nèi)所安排的軋制的鋼種及數(shù)量。為便于編排及組織生產(chǎn)，對(duì)軋制單位進(jìn)行了分類(lèi)規(guī)定，見(jiàn)表1。

表1 軋制單位編排規(guī)則

編制軋制單位，應(yīng)首先確認(rèn)有無(wú)影響待編排材軋制規(guī)格、鋼種、質(zhì)量的軋線設(shè)備異常或設(shè)備功能不正常；然后確認(rèn)坯料及成品的鋼種、規(guī)格是否在可生產(chǎn)范圍內(nèi)，若不在可生產(chǎn)范圍內(nèi)，應(yīng)要求有關(guān)部門(mén)予以核算，并下發(fā)相關(guān)工藝方案或注意事項(xiàng)；最后確認(rèn)同一粗軋工作輥周期的鋼種、規(guī)格限制。

1.3 合理優(yōu)化工藝

太鋼限于目前裝備水平及設(shè)備更新順序，暫時(shí)不能實(shí)現(xiàn)蓄熱式加熱爐更新?lián)Q代。為此，必須優(yōu)化加熱爐各項(xiàng)操作工藝，提高熱效率以期降低能耗，節(jié)約資源，提高效率。

1.3.1 提高熱送熱裝率和熱裝溫度

從近年來(lái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析顯示［4］，在同等條件下，每提高10%的熱送熱裝率，可降低煤氣消耗2%～3%，降低燒損0.01%。提高熱送熱裝率和熱裝溫度不僅可以節(jié)約煤氣，還可大大減少氧化燒損。

1.3.2 提高助燃空氣溫度

提高助燃空氣溫度是提高熱效率和降低煤氣消耗的有效途徑。受換熱器設(shè)備成本的影響，常規(guī)加熱爐的助燃空氣溫度最高控制在620℃，綜合效益較差。日常使用時(shí)要確保按照要求操作，防止燃料不完全燃燒后進(jìn)入煙道在換熱器處燃燒，以免降低換熱器的使用壽命。

1.3.3 合理制定加熱升溫曲線

在合理制定批量后，每一組坯料應(yīng)該有一個(gè)相對(duì)確定的軋制節(jié)奏。坯料入爐后就能夠確定該坯料的在爐時(shí)間和在各個(gè)加熱段的停留時(shí)間。坯料不同或坯料相同而軋制產(chǎn)品不同時(shí)，升溫曲線也不相同。對(duì)于軋制薄、難規(guī)格產(chǎn)品，應(yīng)采取低溫、低流量控制，燃料分配以加熱段和均熱段為主；對(duì)于厚、易軋品種，軋制時(shí)間短，加熱爐的能力相對(duì)不足，要保證預(yù)熱段的燃料分配，嚴(yán)格按照預(yù)熱段既定參數(shù)運(yùn)行。

1.3.4 合理控制爐內(nèi)氣氛和爐壓

對(duì)均熱段要控制為微還原性氣氛。加熱段溫度最高，以燃料剛好完全燃燒控制配風(fēng)量。未完全燃燒的燃料將流入預(yù)熱段，助燃空氣比可以略大一些，通常含氧量（體積分?jǐn)?shù)）控制在0～3%為宜。

爐膛壓力的控制非常重要，爐子不能吸冷風(fēng)，爐內(nèi)扼流墻高度要合理，煙道閘板調(diào)節(jié)要靈活，爐壓控制在5 Pa以內(nèi)，通常狀態(tài)下?tīng)t壓為自動(dòng)控制。

1.4 合理選擇輔助設(shè)備

1.4.1 合理選擇加熱爐保溫層的耐火材料

新建的加熱爐在選用保溫材料時(shí)，應(yīng)選擇導(dǎo)熱率低、熱容高的絕熱耐火材料，如果有可能，可適當(dāng)加厚保溫層。另外，對(duì)助燃空氣管道的絕熱包裹也非常重要，關(guān)鍵是要保證施工質(zhì)量，對(duì)流速過(guò)大的部位，可以設(shè)計(jì)為澆注料。

1.4.2 合理選擇爐體耐火材料

對(duì)于大型加熱爐，必須保證較長(zhǎng)的使用周期。通常情況下，軋鋼廠每周都有一次定修，在正常生產(chǎn)過(guò)程中也要定期換軋輥。這樣，爐體的急冷急熱的次數(shù)較多，從而要求爐體耐火材料的耐急冷急熱性要好。可塑料在這樣的工況下使用效果最好，對(duì)于氣流速度快的地方可以選用牌號(hào)更高的可塑料，燒嘴磚用特種可塑料制作，壽命最長(zhǎng)可達(dá)19年，可保證加熱爐的密封性。

加熱爐冷卻水帶走的熱量可以達(dá)到整個(gè)熱支出的4%，因此，做好水梁、立柱的包扎非常重要。水梁、立柱是整個(gè)加熱爐耐火材料最容易脫離的部位，因此要焊好錨固釘，并保證一定的密度，包扎好耐火纖維后必須保證錨固釘露出，并且要選用性能優(yōu)良的耐震的澆注料。

2 結(jié)語(yǔ)

軋鋼加熱爐節(jié)能降耗潛力巨大。為適應(yīng)低碳減排要求，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，軋鋼加熱爐采用新型蓄熱式加熱爐技術(shù)刻不容緩。采用蓄熱式加熱爐，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，既可節(jié)約大量重油，也能減少燒損；若暫時(shí)沒(méi)有條件改造現(xiàn)有加熱爐為蓄熱式加熱爐，應(yīng)該采用更加合理的優(yōu)化工藝，從而提高效率，降低碳排放；加熱爐爐體保溫設(shè)備的選材、維護(hù)也十分重要，措施得當(dāng)?shù)脑挘軠p少熱損失1%～2%。

［1］王永強(qiáng),陳連生.蓄熱式軋鋼加熱爐的發(fā)展及其優(yōu)缺點(diǎn)［J］.河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（3）：12-15.

［2］滕均成.蓄熱式軋鋼加熱爐的改進(jìn)［J］.冶金動(dòng)力，2010（2）：49-50.

［3］呂智勇,周長(zhǎng)秀,談群峰.提升蓄熱式加熱爐能力的綜合措施［J］.軋鋼，2008（5）：68-71.

［4］毛玉軍.淺談軋鋼加熱爐節(jié)能及降低氧化燒損的途徑［J］.工業(yè)爐，2007（3）：21-23.

（編輯：胡玉香）

TG307

A

2010－11－22

1672-1152（2011）01-0071-03

馮鈞（1971-），男，太鋼熱連軋廠1 549線軋鋼作業(yè)區(qū)技術(shù)主管，助理工程師。Tel:13073592911, E-mail:msteel@126.com