熱軋加熱爐煙氣余熱回收的節(jié)能改造

潘金榮 曹先常 楊文濱 黃 立 上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司

引言

進(jìn)入21世紀(jì)，鋼鐵產(chǎn)品需求量趨于過(guò)剩，鋼鐵企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力是提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本，故采取節(jié)能降耗措施以及廢氣再利用是鋼鐵行業(yè)降低成本、增強(qiáng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑[1]。軋鋼加熱爐是鋼鐵行業(yè)的能源消耗大戶，因此，軋鋼加熱爐已成為我國(guó)節(jié)能的重要前沿陣地[2]。怎樣提高軋鋼爐窯的效率和加強(qiáng)加熱爐的余熱利用是節(jié)能減排的重要舉措。目前國(guó)內(nèi)加熱爐煙氣余熱利用率較低，煙氣量大且煙溫較高，有很大的節(jié)能潛力。通過(guò)熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，并入鋼鐵企業(yè)內(nèi)蒸汽管網(wǎng)綜合利用，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，達(dá)到節(jié)能減排的目的?，F(xiàn)以某鋼廠為例進(jìn)行分析。

1 工藝流程

某鋼廠加熱爐有3臺(tái)250 t/h的蓄熱式加熱爐，該種型式加熱爐煙氣排放分為二個(gè)通道，一通道煙氣經(jīng)過(guò)蓄熱式燒嘴再通過(guò)引風(fēng)機(jī)抽吸至煙囪排放，排放時(shí)煙氣平均溫度較低，約200℃。二通道煙氣經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器加熱一次風(fēng)后通過(guò)煙囪排放，排放時(shí)煙氣平均溫度較高，約440℃。每臺(tái)加熱爐每年軋鋼約110萬(wàn)噸?，F(xiàn)對(duì)該3臺(tái)加熱爐二通道排放的煙氣進(jìn)行余熱利用改造，采用“一對(duì)一”的余熱利用方式，即一臺(tái)加熱爐的余熱被對(duì)應(yīng)的一臺(tái)余熱鍋爐利用，換熱后的煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)引入原煙囪排出。

1.1 煙氣余熱利用系統(tǒng)

煙氣余熱利用流程圖（見(jiàn)圖1）。改造前，二通道煙氣經(jīng)過(guò)原加熱爐常規(guī)煙道調(diào)節(jié)閥1直接由軋鋼生產(chǎn)線煙囪排入大氣；改造后在常規(guī)煙道上增加常規(guī)煙道氣動(dòng)切斷閥6，余熱鍋爐系統(tǒng)進(jìn)口煙道開孔位置在原加熱爐常規(guī)煙道調(diào)節(jié)閥1和常規(guī)煙道氣動(dòng)切斷閥6之間，鍋爐引出煙道直接接入煙囪內(nèi)。

圖1 煙氣余熱利用流程圖

余熱系統(tǒng)正常投運(yùn)時(shí)煙氣依次經(jīng)過(guò)原加熱爐常規(guī)煙道調(diào)節(jié)閥1，余熱鍋爐系統(tǒng)進(jìn)口煙道切斷閥2，再經(jīng)過(guò)余熱鍋爐系統(tǒng)3換熱后由引風(fēng)機(jī)4引出，然后煙氣經(jīng)過(guò)余熱鍋爐系統(tǒng)出口煙道切斷閥5進(jìn)入軋鋼生產(chǎn)線煙囪后排出，在此過(guò)程中常規(guī)煙道氣動(dòng)切斷閥6關(guān)閉。當(dāng)鍋爐出現(xiàn)故障需緊急停爐時(shí)，也即余熱系統(tǒng)切出時(shí)，常規(guī)煙道氣動(dòng)切斷閥6打開，引風(fēng)機(jī)4通過(guò)風(fēng)機(jī)頻率降低至關(guān)閉，然后關(guān)閉余熱鍋爐系統(tǒng)進(jìn)口煙道切斷閥2和余熱鍋爐系統(tǒng)出口煙道切斷閥5。加熱爐煙氣按改造前煙氣流程運(yùn)行，不影響其正常生產(chǎn)。

1.2 汽水系統(tǒng)

從廠內(nèi)純水管網(wǎng)引出水至新建水箱，水經(jīng)過(guò)除氧器除氧(除氧器利用蒸汽為本余熱鍋爐產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽)后依次進(jìn)入省煤器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器后通過(guò)蒸汽調(diào)節(jié)閥并入廠內(nèi)蒸汽管網(wǎng)，被綜合利用。

1.3 控制系統(tǒng)

本余熱系統(tǒng)采用全自動(dòng)控制模式，減少人為操作失誤。主要的控制內(nèi)容包括加熱爐爐壓控制和余熱系統(tǒng)汽水控制。加熱爐爐壓通過(guò)風(fēng)機(jī)電機(jī)的頻率變化進(jìn)行控制，加熱爐爐壓升高時(shí)風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率增加，反之風(fēng)機(jī)電機(jī)頻率降低，通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻來(lái)滿足加熱爐爐壓的波動(dòng)范圍，使加熱爐爐壓控制在正常范圍內(nèi)，不影響加熱爐的生產(chǎn)。汽水系統(tǒng)的自動(dòng)控制主要包括汽包、除氧器的液位和并網(wǎng)壓力的自動(dòng)控制以及各種報(bào)警、緊急停爐等內(nèi)容，使余熱系統(tǒng)隨熱軋工藝的變化平穩(wěn)運(yùn)行。

2 煙氣主要參數(shù)及產(chǎn)生蒸汽參數(shù)

2.1 煙氣參數(shù)

根據(jù)加熱爐生產(chǎn)工藝和作業(yè)率不同，煙氣參數(shù)（流量和溫度）波動(dòng)見(jiàn)客戶提供的煙氣流量和溫度表（見(jiàn)表1）。

表1 煙氣流量和溫度表

2.2 煙氣成分

本加熱爐燃料為混合煤氣，煤氣成分為：焦?fàn)t煤氣（COG）、轉(zhuǎn)爐煤氣（LDG）、高爐煤氣（BFG）和天然氣（NG），從2011年1-7月加熱爐現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的燃料消耗情況看，混合煤氣中各氣體的體積比為：COG 32%～39%，平均為35.8%；LDG 27.5%～38.5%，平均為34.3%；BFG 25%～35%，平均為28.3%；NG 0.1%～5%，平均為1.6%。

經(jīng)計(jì)算混合煤氣平均低位發(fā)熱值約為：2 350 kcal/Nm3。

混合煤氣成分計(jì)算見(jiàn)表2混合煤氣成分表。

表2 混合煤氣成分表

根據(jù)煙氣量分析圖可知，每臺(tái)蓄熱式加熱爐經(jīng)空氣預(yù)熱器排放的煙氣的平均煙氣量約為44 000 Nm3/h，溫度約為510℃。由此計(jì)算出煙氣成分（見(jiàn)表3）。

表3 煙氣成分表

2.3 余熱系統(tǒng)蒸汽參數(shù)

依據(jù)本加熱爐煙氣參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 蒸汽參數(shù)（溫度、壓力及流量）表

3 熱軋加熱爐煙氣余熱回收效益分析

3臺(tái)余熱系統(tǒng)產(chǎn)生的效益如下。

（1）產(chǎn)生的蒸汽量：2012年11月1日至2015年2月1日共產(chǎn)生并且并入廠內(nèi)蒸汽管網(wǎng)的蒸汽量為427 143.35 t，節(jié)約標(biāo)煤4.5萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤，折合年節(jié)約標(biāo)煤1.96萬(wàn)t標(biāo)煤。平均并入廠內(nèi)蒸汽管網(wǎng)的蒸汽量8.9 t/h。

（2）余熱系統(tǒng)產(chǎn)生的效益：該鋼鐵廠低壓蒸汽單價(jià)為156元/t；扣除本系統(tǒng)用電量和鍋爐給水量?jī)r(jià)格，折算后為130元/t；運(yùn)行27個(gè)月實(shí)際產(chǎn)生的效益為：427 143.35×130=5 552.8萬(wàn)元。

（3）相對(duì)于對(duì)加熱爐的節(jié)能效益：根據(jù)加熱爐生產(chǎn)需求，每年每臺(tái)加熱爐軋鋼產(chǎn)量約110萬(wàn)t，余熱鍋爐節(jié)約的能耗相當(dāng)于熱軋1 t鋼能耗降低5.94 kg標(biāo)準(zhǔn)煤。

4 結(jié)論

（1）新增的余熱回收系統(tǒng)正常運(yùn)行后加熱爐爐壓控制穩(wěn)定，不影響加熱爐的生產(chǎn)。

（2）該余熱系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，減少人為操作失誤和人操作的工作量。

（3）節(jié)能效果顯著，大大降低t鋼能耗，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為類似加熱爐的節(jié)能改造提供了很好的應(yīng)用實(shí)例。

[1]祝亞峰，喻曉煒，張愛(ài)芳，付念先，轉(zhuǎn)爐余熱發(fā)電技術(shù)在鋼鐵企業(yè)的典型應(yīng)用[J]，第33卷2014年第8期40-42。

[2]趙建明，軋鋼加熱爐煙氣余熱利用的思考[J]，工業(yè)加熱，第39卷2010年第5期53-55。