常規式熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用技術研究

王鐵民,王 濤,陳素君,陳贊華

(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司能源與環境部，河北唐山063200)

常規式熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用技術研究

王鐵民,王 濤,陳素君,陳贊華

(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司能源與環境部，河北唐山063200)

常規式熱軋加熱爐煙氣余熱具備利用價值，但國內余熱資源回收利用率還較低。針對這一狀況，就某廠2250常規式熱軋加熱爐尾部煙氣進行長時間數據監測，根據監測數據分析制定了可行的余熱回收方案，小時回收1.3Mpa飽和蒸汽18噸，投資效℃較好。

常規加熱爐；煙氣余熱；回收；效℃

1 序言

中國鋼鐵工業高速發展，粗鋼產量從2000年的12850萬t增至2005年的35239萬t，增長了174.2%，是世界最大的鋼材生產、消費國。鋼鐵工業的快速發展，對我國國民經濟的發展起到了有效的支撐作用。但是，鋼鐵工業生產過程中產生的大量余熱資源，譬如高溫煙氣、紅焦、荒煤氣、燒結礦、高爐渣、軋材等載熱質攜帶的余熱資源，很少被及時回收利用。國外先進鋼鐵企業的余熱、余能（包括副產煤氣在內）等余熱資源的回收率一般在90%以上，如日本的新日鐵達到92%，而我國余熱資源的回收利用率不足30%。

本文就是針對常規式熱軋加熱爐煙氣溫度較高的現狀，對余熱回收的可行性進行科學的研究與分析，并給出了切實可行的回收方案。

2 基本情況

常規式2250熱軋加熱爐采用如下的煙道布置，自加熱爐預熱段后分別是空氣預熱器與煤氣預熱器，空氣預熱器主要技術性能見表1，煤氣預熱器主要技術性能見表2。

表1 空氣預熱器主要技術性能

表2 煤氣預熱器主要技術性能

正常生產過程中，出于對空氣預熱器設備的保護，常開啟預熱段的摻冷風機對預熱段排煙進行摻混，降低進入空氣預熱器的溫度。即便如此，煤氣預熱器后排煙溫度也保持在300℃左右。

從圖1可以看出，兩臺加熱爐共用一座煙囪，加熱爐的出口煙溫在700℃左右，然后分別通過兩個分煙道并經過空氣預熱器與煤氣預熱器后，最終煙氣溫度降低至300℃，由總煙囪排出。

圖1 加熱爐地下煙道布置圖

3 余熱分析及測試

加熱爐的余熱資源分為兩部分：一部分是加熱爐采用汽化冷卻器進行冷卻，被加熱汽水混合物進入汽包進行汽水分離后產生低壓飽和蒸汽；另一部分是非蓄熱式加熱爐尾部煙道煤氣預熱器出口的煙氣余熱。前一部分余熱資源已經采取汽化冷卻的方式進行了余熱回收，后一部分余熱資源還未得到有效利用。要回收利用此部分余熱資源，需要全面考慮加熱爐實際生產過程中存在的小修、換輥以及生產品種更換等原因引發的待軋狀態，并對加熱爐煙氣余熱資源進行長時間的監測分析。

為此，針對某型常規式加熱爐進行了詳盡的數據測試，通過大量的統計數據分析了加熱爐排煙溫度變化情況，具體數據如圖2~圖9（曲線圖橫坐標為監測時間長度，縱坐標為溫度值；統計圖橫坐標為溫度，縱坐標為相應溫度出現的時間長度）。

圖2 預熱段排煙溫度曲線圖

圖3 預熱段排煙溫度統計圖

從測試結果可以得到預熱段加權平均值排煙溫度為：甲側789℃，乙側778℃。

圖4 空氣預熱器前煙氣溫度曲線圖

從測試結果可以得到空氣預熱器前加權平均值排煙溫度為：甲側550℃，乙側578℃。

圖5 空氣預熱器前溫度統計圖

圖6 空氣預熱器后溫度曲線圖

圖7 空氣預熱器后溫度統計圖

從測試結果可以得到空氣預熱器后加權平均值排煙溫度為：甲側387℃，乙側418℃。

圖8 煤氣預熱器后煙氣溫度曲線圖

圖9 煤氣預熱器后煙氣溫度統計圖

從測試結果可以得到煤氣預熱器后加權平均值排煙溫度為：甲側280℃，乙側252℃。

經過對常規式加熱爐預熱段排煙溫度，空氣預熱器前溫度，空氣預熱器后溫度，煤氣預熱器后溫度進行統計分析，數據見表3。

表3 煙氣溫度綜合測試結果℃

根據測算數據，可以得出以下結論：

(1)加熱爐預熱段至空氣預熱器前的溫度差在200~220℃，表明該段地下煙道的散熱損失較大，具備回收利用潛力。

(2)煤氣預熱器后排煙溫度為250~280℃，按照增加余熱回收裝置后，排煙溫度降低至150℃考慮，具備100~130℃溫差的回收潛力。

4 回收方案制定

針對測試結論，制定了切實可行的余熱回收方案。一是加熱爐空氣預熱器前高溫段余熱回收裝置采用強制循環，該段為蒸發受熱面，受熱面采用管屏吊掛形式，布置在原煙道內，余熱系統布置示意見圖10?；厥諢崃恐饕獮榧訜釥t出口至空氣預熱器前的排煙道散熱損失，以及摻冷風機運行時造成的排煙熱損失。該段余熱回收裝置設流量控制閥，調節受熱面循環水量，控制進入空氣預熱器的煙氣溫度不低于550℃，保證預熱空氣所需熱量，負荷調整范圍為50%~110%。二是煤氣預熱器后低溫段余熱回收裝置采用強制循環，該段包括蒸發受熱面以及除氧受熱面，受熱面采用管屏形式，回收熱量主要為煤氣預熱器后的排煙余熱，通過受熱面后的煙氣溫度降至150℃，布置在原煙道內。

圖10 余熱系統布置示意圖

蒸發量及熱平衡計算數據如下:

CO2：10%

O2：5%

N2：85%

高溫段入口總煙氣量平均值：120000.0 m3/h

高溫段入口總煙氣量最大值:135000.0 m3/h

低溫段入口總煙氣量平均值:160000.0 m3/h

低溫段入口總煙氣量最大值:175000.0 m3/h

高溫段余熱裝置入口平均煙氣溫度:790.0℃

高溫段余熱裝置入口最大煙氣溫度:850.0℃

高溫段余熱裝置出口煙道溫度:550.0℃

低溫段余熱裝置入口平均煙氣溫度:310.0℃

低溫段余熱裝置入口最大煙氣溫度:360.0℃

低溫段余熱裝置出口煙道溫度:150.0℃

飽和蒸汽壓力:1.30 MPa

飽和蒸汽溫度:195.6℃

飽和蒸汽量平均值:18170 kg/h

換熱面積:3497 m2

5 經濟效℃

根據計算結果，每小時可以回收1.3 MPa飽和余熱蒸汽18 t，按年運行7000 h計算，扣除項目余熱鍋爐電耗及軟水消耗的年運行費用247.31萬元后，年回收蒸汽收℃為1012.7萬元，整體建設費用為1000萬元，由此可知項目靜態投資回收期為0.99年。

A Study on Waste Heat Recovery Technology for Conventional Hot Rolling Heating Furnaces

Wang Tiemin,Wang Tao,Chen Sujun,Chen Zanhua
(Energy and Environment Department of Shougang Jingtang United Steel,Tangshan,Hebei 063200,China)

Though the flue gas waste heat from conventional hot rolling heating furnaces bears recovery value,the recovery rate in domestic steel industry is low.In view of this situ原ation,long-term data monitoring on the flue gas from a 2250 conventional rolling heating fur原nace in some company was carried out and a feasible waste heat recovery scheme was devel原oped based on analysis of the monitoring data.After completion of the project 18 tons of 1.3MPa saturated steam was recovered in every hour,achieving good investment benefit.

conventional heating furnace;flue gas waste heat;recovery;benefit

TK115

B

1006-6764（2014）11-0044-04

2014-05-20

王鐵民（1971-）,男，畢業于河北工業大學熱能動力工程專業，大學本科,現從事鋼鐵企業余能余熱回收、EMC項目實施工作。