軋鋼加熱爐節能降耗的綜合措施

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，山西太原030024）

軋鋼加熱爐節能降耗的綜合措施

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，山西太原030024）

分析了軋鋼連續加熱爐在鋼鐵企業中的能耗現狀，提出了降低軋鋼加熱爐能耗的一系列措施，包括改造加熱爐結構、優化工藝、改進維護手段等。

蓄熱式加熱爐系統優化節能降耗

軋鋼連續加熱爐、均熱爐是鋼鐵企業中耗能較大的設備。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爐量大小不同，一般在7 000～30 000 m3/h（標準狀態）范圍內。煙氣溫度一般為550～990℃，也有超過1 000℃以上的。如果將煙氣的余熱用來加熱助燃空氣，當助燃空氣被加熱到400℃時，可以達到節能20%～25%的效果。

加熱爐是軋鋼企業最大的用能設備，以太鋼熱軋廠為例，在整個工序能耗中，煤氣消耗占的比例為76.8%，以目前單耗1.22 GJ/t，年產200萬t計，每年的煤氣費用為6 000萬元。目前，各軋鋼廠的全線燒損率在1%～2.5%的范圍內，降低燒損最大的挖潛設備是加熱爐。以年產200萬t計，每降低0.1%的燒損，年節約600萬元。通過降低煤氣單耗和氧化燒損以降低生產成本，潛力大，意義大。

1 軋鋼加熱爐節能降耗的方法

1.1 采用新型蓄熱式加熱爐

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

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

依據蓄熱式燃燒法，英國氣體公司（British Gas）和熱加工發展公司（Hotwork Development）共同開發了蓄熱式燒嘴供熱系統，并于1892年用于小型玻璃熔化爐，節能效果十分顯著。此技術一般被稱為“第一代再生燃燒技術”。其不足主要表現在：預熱能力不夠，不能實現極限余熱回收；NOx排放量比較大等。

20世紀90年代，由日本學者田中良一等人提出了一種全新燃燒技術，即：蓄熱式高溫空氣燃燒技術（High Temperature Air Combustion，HTAC），亦稱為無焰燃燒技術或貧氧稀釋燃燒技術或低氮氧化物燃燒技術，從而實現了極限節能和極限降低NOx排放量的雙重目的。而且，這種技術開創了針對燃用清潔或較清潔的氣體和液體燃料的工業爐開發應用蓄熱式高溫空氣燃燒技術的新時代。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被稱為“第二代再生燃燒技術”。

新型蓄熱式加熱爐技術的重大突破主要表現在兩個方面：一是蓄熱體技術，即改變傳統格子磚式蓄熱載體，采用陶瓷小球、蜂窩體等陶瓷質地蓄熱體，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，蓄熱室體積也大大減小；二是換向設備的改造和控制技術的提高，使換向時間大大縮短，可靠性增強。傳統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熱到比出爐煙氣溫度只低100℃左右，熱效率可達到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］。以年熱軋百萬噸計量，蓄熱式加熱爐每年可節約加熱成本2 890萬元。

1.2 合理組織批量生產

批量生產是降低成本的重要途徑，將銷售合同進行整合，變成一個大的生產計劃來組織生產可降低消耗。

為了合理組織批量生產，太鋼軋鋼廠制定了嚴格的軋制單位編制規則。

一個軋制單位是指在精軋機組F0～F6工作輥的每一次使用周期內所安排的軋制的鋼種及數量。為便于編排及組織生產，對軋制單位進行了分類規定，見表1。

表1 軋制單位編排規則

編制軋制單位，應首先確認有無影響待編排材軋制規格、鋼種、質量的軋線設備異常或設備功能不正常；然后確認坯料及成品的鋼種、規格是否在可生產范圍內，若不在可生產范圍內，應要求有關部門予以核算，并下發相關工藝方案或注意事項；最后確認同一粗軋工作輥周期的鋼種、規格限制。

1.3 合理優化工藝

太鋼限于目前裝備水平及設備更新順序，暫時不能實現蓄熱式加熱爐更新換代。為此，必須優化加熱爐各項操作工藝，提高熱效率以期降低能耗，節約資源，提高效率。

1.3.1 提高熱送熱裝率和熱裝溫度

從近年來的數據統計分析顯示［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。受換熱器設備成本的影響，常規加熱爐的助燃空氣溫度最高控制在620℃，綜合效益較差。日常使用時要確保按照要求操作，防止燃料不完全燃燒后進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，每一組坯料應該有一個相對確定的軋制節奏。坯料入爐后就能夠確定該坯料的在爐時間和在各個加熱段的停留時間。坯料不同或坯料相同而軋制產品不同時，升溫曲線也不相同。對于軋制薄、難規格產品，應采取低溫、低流量控制，燃料分配以加熱段和均熱段為主；對于厚、易軋品種，軋制時間短，加熱爐的能力相對不足，要保證預熱段的燃料分配，嚴格按照預熱段既定參數運行。

1.3.4 合理控制爐內氣氛和爐壓

對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量。未完全燃燒的燃料將流入預熱段，助燃空氣比可以略大一些，通常含氧量（體積分數）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，爐內扼流墻高度要合理，煙道閘板調節要靈活，爐壓控制在5 Pa以內，通常狀態下爐壓為自動控制。

1.4 合理選擇輔助設備

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，應選擇導熱率低、熱容高的絕熱耐火材料，如果有可能，可適當加厚保溫層。另外，對助燃空氣管道的絕熱包裹也非常重要，關鍵是要保證施工質量，對流速過大的部位，可以設計為澆注料。

1.4.2 合理選擇爐體耐火材料

對于大型加熱爐，必須保證較長的使用周期。通常情況下，軋鋼廠每周都有一次定修，在正常生產過程中也要定期換軋輥。這樣，爐體的急冷急熱的次數較多，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，對于氣流速度快的地方可以選用牌號更高的可塑料，燒嘴磚用特種可塑料制作，壽命最長可達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到整個熱支出的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，并且要選用性能優良的耐震的澆注料。

2 結語

軋鋼加熱爐節能降耗潛力巨大。為適應低碳減排要求，實現可持續發展，軋鋼加熱爐采用新型蓄熱式加熱爐技術刻不容緩。采用蓄熱式加熱爐，經濟效益十分顯著，既可節約大量重油，也能減少燒損；若暫時沒有條件改造現有加熱爐為蓄熱式加熱爐，應該采用更加合理的優化工藝，從而提高效率，降低碳排放；加熱爐爐體保溫設備的選材、維護也十分重要，措施得當的話，能減少熱損失1%～2%。

［1］王永強,陳連生.蓄熱式軋鋼加熱爐的發展及其優缺點［J］.河北理工大學學報，2009（3）：12-15.

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

［3］呂智勇,周長秀,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.淺談軋鋼加熱爐節能及降低氧化燒損的途徑［J］.工業爐，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線軋鋼作業區技術主管，助理工程師。Tel:13073592911, E-mail:msteel@126.com