提高能效持續改進

許亮　楊濤　楊慶華　郭躍華

[摘要]加熱爐是熱軋線能耗使用和排放最主要的部分，而國家“節能低碳，綠色發展。”的主題又給加熱爐提出了更高的要求和標準。本文主要總結了加熱爐在節能技術方面的發展。

[關鍵詞]加熱爐 節能 煤耗 模糊燃燒

[中圖分類號]TE08 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0427-02

一、前言

面對嚴峻的鋼鐵市場形勢，企業尋求盈利甚至存活都十分困難，而對于軋鋼企業降本增效的第一環便是降低加熱煤氣成本。本文借用萊鋼型鋼廠能源體系方針“提高能效持續改進”為題，依托型鋼廠大型線加熱爐最近8年的技術改造的經驗，對加熱爐節能技術的發展進行了總結，希望能讓讀者充分了解加熱爐及其工藝技術。

二、加熱爐熱裝技術

這主要時隨著連鑄技術的發展而發展起來的。鋼坯從連鑄機直接進入軋線加熱爐，大型加熱爐連鑄坯熱裝時鋼坯入爐溫度能達到500-600度，縮短了鋼坯預熱所需時間，降低為鋼坯預熱所需的煤氣消耗。

1、采用異形坯

采用異形坯軋制，一方面可以降低軋制過程的能耗；另一方面異形坯在連續式加熱爐中加熱過程所消耗的熱量，要低于加熱方形鋼坯所消耗的熱量。與方坯相比，異形坯有較大的表面積和體積比，從而顯著縮短了坯料的加熱時間，減少煙氣的排放，降低了煤氣消耗。而且三種不同的異形坯料，就可以軋出負荷不同國家標準的所有規格的H型鋼和工字鋼產品，萊鋼型鋼廠已經多次通過了歐標、日標、韓標的審核。

2、提高熱送熱裝率

軋鋼企業中，熱送熱裝率是一項重要的考核指標，萊鋼型鋼廠大型線熱裝率一直穩定在75%以上。連鑄機和軋線生產要密切協調，連鑄機換方、換鋼種；軋線換輥、檢修、故障停機爐都需要兩方調度員進行協調，比如軋線故障停機2小小時，連鑄機可以改變生產計劃，生產用于庫存的鋼坯，在軋線故障排除之前改回原計劃鋼坯。

三、多晶莫來石的應用

1、多晶莫來石的特點

（1）體積密度小。莫來石耐火纖維制成的爐襯熱容量小、蓄熱損失少，特別適合用于間歇作業的工業爐。

（2）導熱系數小。因此爐襯傳到熱損失少，可大幅減少爐體的熱損失，并對爐子周圍環境有明顯改善。

（3）莫來石耐火纖維具有柔性和彈性，耐急冷急熱性好，且具有較高荷重軟化溫度和使用溫度。

2、使用效果

以萊鋼型鋼廠大型線加熱爐為例：

（1）節能效果顯著。排煙溫度平均下降100℃，熱效率至少提高了3%，爐子實際單耗下降約0.075GJ/t，具有很好的節能效果。

（2）提高了爐子的加熱能力。爐子升溫降溫的響應速度與使用前相對較快，減小了爐子的熱慣性（1）。提高了爐子加熱能力，方便了加熱工的操作更滿足了軋線生產要求。

（3）改善加熱爐周圍環境。多晶莫來石的使用不但增加了爐體耐材熱阻而且封閉了爐體膨脹及裂紋，有效降低了爐體散熱。

（4）提高爐子使用壽命，延長爐門等附屬設備的使用壽命。多晶莫來石的使用改善了火焰和爐氣對爐頂及側墻的沖刷，并減少了爐頭、爐尾的冒火現象。

四、孔型滑塊

1、孔型滑塊示意圖（圖1）

2、孔型滑塊的優點

加熱爐水梁滑塊直接與鋼坯接觸，造成鋼坯下表面產生黑印，使下表面溫度不均勻，溫差大，在軋制過程中對軋機形成較大的沖擊負荷，對軋件尺寸造成影響，嚴重的可能造成軋輥斷裂。

孔型滑塊具有以下優點：

（1）在鋼坯加熱過程中擁有更高的溫度，減少與鋼坯的溫差，減輕黑印甚至消除黑印現象。

（2）一定程度上提高了爐子的熱效率。減少了待溫時間。

（3）由于黑印的減輕，優化了加熱工藝，降低了工藝要求溫度，降低煤氣的消耗。

五、汽化冷卻

1、水冷卻的缺點

加熱爐的冷卻油工業水冷卻和汽化冷卻兩種方式。工業水冷卻有下問題：

（1）水中含有鈣鎂等離子、溶解氧和雜物，易結垢并對冷卻水管網造成腐蝕。

（2）冷卻水溫度低，造成水梁滑塊溫度低，易產生鋼坯下表面黑印。

（3）易造成水資源浪費，與國家和企業節能減排的政策相悖。

（4）難以進行余熱回收，造成企業基本沒有對冷卻水熱量的回收利用。

2、汽化冷卻的應用

汽化冷卻示意圖如下（圖2）

汽化冷卻的優勢：

（1）采用除氧軟水閉式循環冷卻，不結垢、不積渣堵塞、無腐蝕、傳熱性好，水梁事故率低、壽命長，保證軋機作業率。

（2）利用水汽化為蒸汽吸熱量大的機能進行冷卻，水使用量少，能耗低，例如260t/h的步進式大型加熱爐僅需水460t/h。

（3）汽化冷卻蒸汽溫度高，可以減少鋼坯黑印的形成。

（4）不需要室外冷卻水設施，占地面積小。

（5）易于余熱回收，間接的提高了加熱爐能效。

六、PID模糊燃燒控制

加熱爐燃燒控制過程本身易受隨機因素的干擾，具有慣性、純滯后等非線性以及時變的特點（3）。在開關爐門、環境溫度以及鋼種等都對溫度有較大影響。所以基于精確數學模型的常規控制很難實現對爐溫的精確控制。下面我們看下燃燒控制技術的基礎以及發展。

1、脈沖燃燒控制（2）

首先來了解下什么是脈沖燃燒控制。與連續燃燒控制方法不同，脈沖燃燒控制技術改變了連續燃燒控制中對燃料與空氣供給量的連續供給方式，采用電磁閥通斷式控制燃料和空氣流量，避免了調劑閥非線性特性給燃燒控制系統帶來的影響。

燃燒過程控制主要是對熱需求的計算，如何準確計算每個區域的熱需求時提高熱效率、保證加熱穩定的關鍵。熱需求的控制不是通過控制空氣、煤氣流量，而是通過控制每個區域的燃燒時間來實現的。操作人員雖然鋼坯的化學成分我們無法改變，但是可以針對不同鋼種的性質制定不同的工藝規程。

2、傳統P1I]控制

PID算法控制方法簡單、穩定性好、可靠性高，在工業控制領域有廣泛的應用（4）。但它—般只適用于線性系統，而且存在參數不易整定、抗干擾性不強、適應性查，并且嚴重依賴操作人員的現場經驗等缺點，難以適應現代化加熱工藝的要求。

3、模糊白整定PID控制技術

模糊控制其控制動作仍然有經典PID承擔，模糊邏輯程序塊輸入值確定并適應PID調節器必要的變化。結果以由模糊邏輯監控根據系統觀測提取的專門的數據庫、人的經驗和處理過程只是為基礎，這一解決方案不需要過程模型。模糊調節在監控層實現，它計算標準溫度控制回路PID設備的在線參數。

加熱爐PID模糊燃燒控制優化了加熱爐溫度設定點，使得目標溫度穩定。加熱質量不收生產率變化、軋機延遲及操作人員的影響，在長期的實際生產過程中，其節能效果已經得以驗證。

七、總結

科技是第一生產力，在愈發激烈的市場競爭中，唯有擁有領先技術的企業才能占領先機，贏得發展。對于軋線企業，加熱爐這一環在降本增效中擁有著巨大的潛力，而加熱爐節能工作是一項集經濟、技術和管理于一體的重要工作，需要企業從上到下做好協調。從上世紀出現的熱送熱裝技術到最近幾年開始普及應用的PID模糊燃燒控制系統，科技的進步帶動著加熱爐節能技術的發展。隨著國家對能源體系管理工作的推動，節能技術將越來越受到重視，加熱爐技術人員應努力開發新技術，“提高能效”，并“持續改進”。

參考文獻

[1]翁林山，多晶莫來石纖維在步進式加熱爐上的應用，冶金能源，2003，（3）；50-53

[2]馮桂寧，蔣翔俊，單片機模糊P1D自整定控制算法的實現及仿真[J]，電子元器件應用，2007，9（5）；59-62

[3]廉小親，模糊控制技術l Ml，北京，中國電力出版社，2003

[4]陳偉，邢梅香，基于S00單片機的模糊溫度測控系統設設計[J]，化工自動化及儀表，2010，37（9）；125-127