鍛造天然氣爐窯設備節能措施研究與實踐

文/王立偉，李建輝，王成輝，李培龍·中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司

燃氣爐窯是鍛造行業常用的配套設施，且根據不同企業的生產規模，一臺鍛造設備往往需要多臺爐窯配套生產，因此燃氣爐窯的能源消耗，成為了鍛造行業最大的成本組成，而以天然氣為燃料的天然氣爐窯如圖1 所示，以其清潔能源的優勢，在當前全球注重環保的形勢下，成為鍛造行業爐窯的首選，但同樣也增加了能源成本

圖1 天然氣爐窯

經統計，天然氣消耗一般占鍛造產品總成本的8%～10%，占鍛造階段成本的50%～55%。天然氣成本的高低直接影響著企業的利潤以及在鍛造市場上的競爭力,因此如何降低鍛造能耗成本，一直是國內外鍛造行業的共同追求。在新形勢下,采取有效的節能措施，降低能源消耗，提高能源利用效率，已成為降低產品成本、提高企業競爭力直接而有效的途徑。

研究對象及方向

研究方向

鍛造用天然氣爐窯，燃料為天然氣，主要成分是甲烷。天然氣作為一種清潔燃料，一般含硫量低，雜質含量較少，容易實現爐窯燒嘴火焰的自動調整和爐溫自動控制。天然氣的理論熱值在37600 ～41800kJ/m3。以我們現在使用的爐窯為例，為保證燃氣爐窯加熱效果、減少能源消耗，重點在以下幾個方面開展研究和試驗，目的在于降低燃氣單耗。

⑴爐窯燒嘴的選用和調整；

⑵煙氣溫度控制；

⑶爐內氣氛壓力控制；

表1 試驗設備主要參數

表2 不同工藝段每小時單耗情況

⑷爐窯整體密封性能的保證；

⑸鍛造生產過程控制及其他管理措施的實施。

試驗方案

針對以上措施，我們選取15m2加熱爐進行試驗，設備主要參數見表1。

同時，根據加熱產品的不同，我們把工藝過程分為不同的加熱工藝段，統計各個工藝段平均每小時的單耗情況見表2。

試驗改進過程

爐窯燒嘴的選用和調整

為保證燃氣充分燃燒和減少熱量損失，采用蓄熱式平焰燒嘴逐漸成為當前行業內爐窯設計建設的主流方向。蓄熱式平焰燒嘴，如圖2 所示，通過爐窯兩側成對布置統一控制，設置一定換向時間，分別控制兩個燒嘴的打開和關閉，利用蓄熱體提高助燃風溫度，以此來保證爐窯溫度曲線的同時，實現熱能資源利用的最大化。蓄熱式平焰燒嘴，主要以對流方式將熱量均布至整個爐膛，再通過爐膛內氣氛，以輻射方式傳遞給被加熱工件，火焰不會直接接觸到被加熱工件，有利于工件均勻加熱，避免過燒。

兩側燒嘴的開啟時間、開關頻次和開啟程度之間的配合，以及燃氣與助燃風的配比直接給燃氣消耗帶來巨大的影響。

空燃比的調整。通過定期測定煙道內煙氣內氧含量，對爐窯燒嘴的手動閥門進行調整，經過多次調整摸索驗證，當煙氣中殘氧含量小于4%時，容易出現爐內燃氣燃燒不充分，應適當增加助燃風量；當煙氣中殘氧含量超過6%時，說明助燃風量較大，應適當降低助燃風量，避免無謂消耗。

煙氣溫度控制

圖2 爐體側面燒嘴控制部分

排煙溫度高低，反映出換向保溫及蓄熱體的蓄熱量的高低。排煙溫度較高，說明蓄熱體蓄熱量已達到飽和，時間長造成燃氣無謂浪費。將排煙溫度控制在較低水平，可保證煙氣熱量的充分回收利用。我單位目前將排煙溫度的高低作為爐窯空燃比調整的重要標記，一般煙氣溫度控制在200℃以下。

表3 不同工藝段試驗前后天然氣消耗對比

爐內氣氛壓力控制

爐內壓力高低也是衡量燃氣熱量充分利用的重要指標。爐壓高對設備損壞較大，爐壓低容易造成燃氣的無謂消耗，因此保證爐窯在合理范圍之內，是保證設備充分利用，同時保證節能的重要措施。目前我們將爐壓范圍控制在20 ～50Pa 內。

爐窯整體密封保溫性能的保證

爐體設計采用頂部和側墻部分使用復合纖維模塊，每次停爐后將檢查模塊及補償邊條緊實程度作為爐窯保養的重點項次，保證每次停爐后利用陶瓷纖維氈塊將所有縫隙塞實；日常監測爐體外墻溫度，檢測溫度高于65℃時，對爐體模塊進行局部或全部更換。

臺車密封由沙封刀、沙封槽和密封用沙子組成，沙封刀、沙封槽在日常運行中，由于高溫的環境頻繁變化，容易出現損壞，造成爐內高溫氣體與外部對流交換，形成熱量損失，因此日常必須隨時保持沙封刀埋入到沙封槽的沙子內。沙封槽內的沙子，由于臺車頻繁的往復運動，造成沙子的流失。臺車上氧化皮掉入沙封槽內，最終影響了密封效果，因此每次停爐后要對沙封槽內掉落的氧化皮及時清理并補充沙子，保證臺車密封效果。

爐門密封采用自壓緊，前期加熱爐爐門采用氣缸壓緊方式，因爐門口爐溫較高，極易烤壞氣缸內密封，造成無法正常使用，還容易造成熱停爐。因此為減少設備損壞及停爐時間，目前爐窯采用機械自壓緊方式，同時在爐門護板增加凸條方式，將爐門內纖維和爐門護板上的凸條緊密結合達到壓緊的目的。

鍛造生產過程控制及其他管理措施的實施

在采取以上設備參數調整的同時，在日常運行中進行過程控制，采取了有效利用高溫余熱連續生產、減少裝出爐次數、減少出爐等待時間、增加單爐次裝爐量和班組能耗競賽等措施。

有效利用高溫余熱連續生產，有效利用了爐體、蓄熱體及臺車的剩余熱量，減少了爐次之間爐窯余熱的損失，實現了熱量的有效充分利用。通過管理措施，合理的組織生產模式和出爐頻次，提前做好吊裝轉運準備工作，減少出爐次數和出爐等待時間，也一定程度上減少了熱量損失。在設備承載能力范圍之內，合理的增加裝爐量，有效的降低了加熱成本的噸單耗。通過班組能耗競賽，有效的鞏固了以上措施的執行，保證了能耗的降低。

試驗效果

不同工藝段試驗前后天然氣消耗對比見表3，從表3 中可以看出，通過各項措施的實施，爐窯處于各工藝段的瞬時流量均有了不同程度的降低，不同溫度段能耗節約比例在20%～30%。

結束語

本文通過對天然氣爐窯設備節能措施的研究過程和實踐結果的分析介紹。通過技術及管理措施的實施，可以非常有效的實現鍛造加熱爐燃氣成本的節約，且該措施可以向其他爐窯進行推廣，降低鍛造工序制作成本，提升行業市場競爭力。