高效節(jié)能蓄熱式鋼包烘烤技術(shù)在湘鋼的應(yīng)用

鄧曉湖，沈 毅，林建湘，毛葉平，李茲煥，代朝永

（湖南華菱節(jié)能環(huán)保科技有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410007）

前言

鋼包作為盛儲(chǔ)鋼水的容器，也是精練設(shè)備的組成部分，擔(dān)負(fù)著盛接、精練和鋼水運(yùn)輸?shù)榷嘀厝蝿?wù)，隨著我國鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本已成為鋼企發(fā)展的核心[1-2]。由于煉鋼過程中鋼包、中間包的烘烤質(zhì)量對(duì)鋼水溫度有著顯著的影響，甚至可能影響連鑄的穩(wěn)定生產(chǎn)，因此對(duì)鋼包、中間包的烘烤溫度和能耗也提出了更高的要求[3]。高效節(jié)能蓄熱式鋼包烘烤技術(shù)可以快速提高鋼包的烘烤溫度，改善鋼包烘烤效果，并降低鋼水在周轉(zhuǎn)過程中的溫降，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能降耗和改善鋼水質(zhì)量的目的[4]。

1 蓄熱式HTAC的原理和組成

HTAC技術(shù)的原理如圖1所示，2個(gè)對(duì)應(yīng)的蓄熱室及其中的蓄熱體、2個(gè)蓄熱式燒嘴和相關(guān)控制系統(tǒng)組成了一個(gè)基本的蓄熱式燃燒系統(tǒng)單元。當(dāng)燒嘴A工作時(shí)，另一側(cè)的燒嘴B及其蓄熱室則為排煙通道，煙氣帶出的熱量在經(jīng)過燒嘴B同側(cè)蓄熱體時(shí)留在了蓄熱室中；一定時(shí)間后切換換向閥，這時(shí)燒嘴B工作，燒嘴A及同側(cè)蓄熱體則充當(dāng)排煙通道，2個(gè)燒嘴就這樣交替工作。當(dāng)熱煙氣流經(jīng)A、B兩側(cè)的蓄熱室時(shí)，熱量會(huì)留在蓄熱室中，常溫空氣流經(jīng)A、B兩側(cè)的蓄熱室時(shí)，被煙氣留在蓄熱室中的熱量預(yù)熱，然后流至爐膛燃燒。經(jīng)過不斷的切換，燒嘴A、B不斷的交替工作，蓄熱體被不斷地加熱和冷卻，最終空氣能被預(yù)熱到900～1000℃左右，而廢煙氣的溫度能降低到150～200℃左右。這項(xiàng)技術(shù)能很好地利用熱煙氣的物理顯熱來預(yù)熱空氣，大大地提高了煙氣熱量的回收利用率[5]。

2 現(xiàn)狀分析

圖1 蓄熱式HTAC節(jié)能高效鋼包烘烤裝置原理及設(shè)備圖

表1 4臺(tái)烤包器改造前小時(shí)煤氣耗量表

湘鋼某分廠鋼包烘烤器是2005年投產(chǎn)使用的，為換熱式烘烤器，但由于使用年限較長(zhǎng)，設(shè)備陳舊，已基本不具備換熱功能，浪費(fèi)大量的能源（混合煤氣），烘烤時(shí)間長(zhǎng)，并且達(dá)不到理想的鋼包烘烤效果。現(xiàn)湘鋼提出轉(zhuǎn)爐煤氣需就地使用，解決轉(zhuǎn)爐煤氣放散問題。由于轉(zhuǎn)爐煤氣相較原混合煤氣熱值較低，原有鋼包烘烤器無法使用轉(zhuǎn)爐煤氣達(dá)到鋼包烘烤溫度及時(shí)間要求。

現(xiàn)對(duì) 1#、2#、4#、5#共 4 臺(tái)臥式烤包器進(jìn)行新型烘烤器改造，4臺(tái)烤包器改造前煤氣耗量如表1，通過表1計(jì)算可知平均耗量990 m3/h。

3 技術(shù)改造思路和方案

對(duì)上述4臺(tái)臥式鋼包烘烤器采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)進(jìn)行改造，可以極限回收高溫?zé)煔庥酂幔瑢?shí)行助燃空氣與燃?xì)獾母邷仡A(yù)熱。改造后空氣預(yù)熱溫度升高到1000℃，燃?xì)忸A(yù)熱到400℃，改造前后均采用1.02的過剩空氣系數(shù)，通過計(jì)算，而改造后的鋼包烘烤器熱效率提高了30%。

該改造主體涉及的系統(tǒng)主要由供風(fēng)系統(tǒng)、煤氣系統(tǒng)、燃燒蓄熱系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)突出部件主要如下：

（1）高頻空煤氣換向閥：本次改造項(xiàng)目采用耐高溫自動(dòng)補(bǔ)償式換向閥，同一驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的，因此在換向的時(shí)候能夠確保空燃?xì)馔瑫r(shí)到達(dá)同一蓄熱式燒嘴，在旋轉(zhuǎn)的任意瞬間，換向閥內(nèi)的兩種介質(zhì)空燃?xì)馐欠珠_的，防止產(chǎn)生暴燃現(xiàn)象，切換動(dòng)作時(shí)間0.5 s。

（2）陶瓷蓄熱體：蓄熱式燒嘴使用的蓄熱體為陶瓷蜂窩體，流通面積大70%、熱態(tài)阻損20 mmH2O；滿足15 s換向周期的傳熱要求，蓄熱體采用蜂窩體，壁厚為0.6 mm。

（3）燃?xì)夤苈凡季郑喝細(xì)馔ǖ乐糜诜涓C蓄熱體中間，它能吸收蜂窩蓄熱體中的多余熱量，將其傳給燃?xì)鈱?duì)燃?xì)庑纬深A(yù)熱，從而平衡煙氣當(dāng)量保證熱量的充分利用，一方面減小煙氣當(dāng)量的不平衡量，降低了排煙溫度，另一方面也提高了燃燒效率，節(jié)約了能源。

（4）控制系統(tǒng)：系統(tǒng)采用PLC進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)蓄熱換向控制、自動(dòng)點(diǎn)火和火焰監(jiān)測(cè)控制、手動(dòng)/自動(dòng)烘烤控制、安全聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)、保溫控制等。

4 改造后節(jié)能效果及問題分析

4.1 改造后節(jié)能效果

表2 4臺(tái)烤包器改造后小時(shí)煤氣耗量及節(jié)能率表

由以上數(shù)據(jù)可以看出4臺(tái)烤包器自投用到累計(jì)時(shí)間為止平均節(jié)能率為30.51%，其中1#、2#烤包器節(jié)能率均超過30%，而5#烤包器節(jié)能率只有23.74%。

表3 鋼包烘烤數(shù)據(jù)分析表

4.2 問題分析

（1）相對(duì)其他烘烤器5#烘烤器節(jié)能率較低。根據(jù)數(shù)據(jù)庫各烘烤器數(shù)據(jù)分析，5#節(jié)能率節(jié)遠(yuǎn)低于其他烘烤器，手動(dòng)烘烤次數(shù)也遠(yuǎn)多于其他烘烤器，現(xiàn)場(chǎng)分析后得出主要原因是5#烘烤器臺(tái)車電機(jī)有問題，導(dǎo)致小車打滑，操作人員無法簡(jiǎn)單操作將包蓋與鋼包扣嚴(yán)，熱量逸散嚴(yán)重，導(dǎo)致鋼包烘烤流量升高，同時(shí)因烘烤速度減慢，促使操作人員使用手動(dòng)進(jìn)行烘烤，能源浪費(fèi)比較嚴(yán)重，從而影響節(jié)能率。

（2）改造初期，點(diǎn)火槍堵塞較為頻繁，導(dǎo)致熄火報(bào)警。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)點(diǎn)火槍拆卸并檢查發(fā)現(xiàn)，管道堵塞物均為煤氣焦油及其他雜質(zhì)，分析原因?yàn)橐蛎簹廨^臟，導(dǎo)致點(diǎn)火槍堵塞。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煤氣條件及壓力情況，對(duì)點(diǎn)火槍內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的點(diǎn)火槍穩(wěn)定使用半年未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

（3）設(shè)備運(yùn)行半年后，煤氣切斷閥出現(xiàn)關(guān)不死狀態(tài)。拆閥檢查維護(hù)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)閥板鍍鉻層嚴(yán)重腐蝕，積垢較為嚴(yán)重，導(dǎo)致閥座密封圈磨損嚴(yán)重。分析為煤氣雜質(zhì)較多，腐蝕性較強(qiáng)，同時(shí)閥門水平低位安裝導(dǎo)致閥門腐蝕嚴(yán)重。做出修改方案，重新制作閥體及閥板，使用耐腐蝕SUS630，更加耐腐蝕。同時(shí)改變安裝方式，更換為豎直安裝，減少腐蝕。

（4）設(shè)備包蓋密封不嚴(yán)，導(dǎo)致節(jié)能率下降，以及臺(tái)車車輪因溫度過高彎曲。現(xiàn)場(chǎng)特別是預(yù)備包包沿鋼渣較多，導(dǎo)致包蓋密封不嚴(yán)，能量逸散嚴(yán)重，環(huán)境溫度較高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況修改包蓋方案，通過機(jī)械手段防止因鋼渣較多導(dǎo)致的包蓋密封不嚴(yán)。

5 結(jié)論

（1）與改造前烤包系統(tǒng)相比，新型節(jié)能蓄熱高溫燃燒技術(shù)的烤包系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煤氣就地消納，且節(jié)氣率平均30%左右，達(dá)到鋼包烘烤的先進(jìn)水平。

（2）新型烤包系統(tǒng)加熱鋼包速度快且均勻，鋼包升溫曲線平穩(wěn)規(guī)律，在線鋼包溫度達(dá)到1100℃，火焰直達(dá)包底，火焰剛性充足，縮短鋼包平均烘烤時(shí)間至4 h左右。

（3）原鋼包烘烤器煤氣能耗990 m3/h，作業(yè)率50%。烘烤器技術(shù)升級(jí)后，節(jié)約煤氣率約30%，全年可節(jié)約混合煤氣520萬m3，折合年發(fā)電效益約為380萬元，節(jié)能效果顯著。

[1]田旺遠(yuǎn).蓄熱式烤包器的研制與應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力，2012（6）：91-92.

[2]康建國，候志昌.高效節(jié)能烘烤技術(shù)在寶鋼鋼包及中間包的應(yīng)用[J]. 寶鋼技術(shù)，2016（5）：50-54.

[3]溫德智，歐儉平.蓄熱式鋼包烘烤技術(shù)在漣鋼的應(yīng)用[J].湖南冶金，2005,33（4）：25-28.

[4]賈城，閆振武，藺云志.蓄熱式燃燒技術(shù)在煉鋼廠烤包器上的應(yīng)用[J].煉鋼，2008，24（1）:51-52.

[5] 李淑芬. 鋼包烘烤裝置的發(fā)展[J].冶金能源，2003，22（3）：37-39.