冶金加熱爐節能途徑淺析

摘 要：文章簡述了冶金加熱爐節能技術的開發和應用。從能源節約角度分析，研究影響加熱爐效率的主要因素，對加熱爐節能途徑進行探討。

關鍵詞：加熱爐；能源節約；熱效率

1 概述

當前，我國經濟社會發展面臨著資源環境的約束日益嚴重， 為貫徹落實“十二五”規劃《綱要》，推動重點用能單位加強節能工作，強化節能管理，提高能源利用效率，2012年國家發展改革委聯合工業和信息化部等十一部委制定了《萬家企業節能低碳行動實施方案》，下達了萬家企業“十二五”節能指標任務，并于同年開始對萬家企業進行年度節能考核。冶金行業，尤其是熱軋和鍛造企業是能源消耗大戶，也是萬家企業節能低碳行動的重點監測單位。

軋鋼、鍛造工序是鋼鐵生產總的重要耗能環節，也是鋼鐵材料生產能源消耗的主要工序之一。在軋鋼加工費用中，能源消耗占65%～70%，其中耗能最大且節能潛力最大的是坯料加熱工序。隨著國家對節能環保工作的進一步強化和工藝設備的更新，在科學操作，科學管理和滿足軋制或鍛造工藝所需坯料溫度的前提下，因爐制宜地應用先進的節能新技術對加熱爐進行技術改造，提高熱效率是降低工序能耗，減少污染物排放，降低產品成本的重要途徑。

本文通過對影響加熱爐熱效率主要因素分析，對加熱爐節能途徑進行了探討。

2 影響加熱爐熱效率的主要因素

在冶金工業中，加熱爐習慣上是指把金屬加熱到軋制或鍛造溫度的工業爐，包括有連續加熱爐和室式加熱爐等。加熱爐長期運行過程中，由于各種原因導致加熱能力下降、坯料產生陰陽面溫差、爐體結構受損等問題，嚴重影響加熱爐熱效率，甚至影響到企業的正常生產。主要影響因素有以下三個方面：

2.1 爐體結構

加熱爐結構主要由爐體和燃燒器兩部分組成。加熱爐爐體結構設計是否合理、燃燒器性能的優劣以及燃燒器與爐體的合理匹配，對加熱爐加熱效率有較大的影響。同時，隨著工藝設備更新和環保要求的提高，天然氣成為冶金加熱爐的主要燃料。不同爐膛結構以及對燃料、燒嘴、爐體保溫材料的選擇都會不同程度的影響加熱爐的加熱效率。

2.2 過剩空氣系數

燃料需要有一定量的空氣存在才能燃燒，只有保持一定的負壓，爐內壓力比爐外壓力低一些，才能使爐外空氣進入爐內，若爐內負壓很小時，爐內吸入的空氣量就很小，燃料燃燒不完全，爐熱效率下降，煙囪冒黑煙，爐膛不明亮，甚至往外噴火，會打亂系統的操作。負壓過大，煙氣中過剩空氣量增加，所以帶走的熱量增加，降低爐子的熱效率，同時還會造成爐管的氧化加劇。

2.3 余熱回收利用

加熱爐熱量的收入和支出是相等的，減少熱量的支出，就可以減少供入的熱量。加熱爐的熱支出項包括鋼坯有效吸熱、冷卻水熱損失、爐體散熱損失、門孔輻射熱損失、向爐外逸氣熱損失、燃料不完全燃燒損失等。在熱支出項目中，通常鋼坯有效吸熱占35%～45%、冷卻水熱損失占7%～20%、出爐煙氣熱損失占30%～40%，這三項是最主要的熱支出項。鋼坯有效吸熱是一定的，而且在鋼坯裝出爐溫度一定的條件下是不能改變的。加熱爐節能的重點是更充分地回收煙氣余熱，為了有效地利用廢氣熱量，大多加熱爐在煙道內安裝預熱空氣和煤氣的換熱器，或安裝余熱鍋爐以回收余熱，余熱回收效率成為加熱爐節能的關鍵。

3 加熱爐節能

3.1 加熱爐節能基本思路

加熱爐操作是通過將坯料加熱到加工溫度完成工藝過程。其節能的本質就是提高加熱爐效能，減少熱量損失，提高能源綜合利用效率以達到減少能源消耗的目的。因此，加熱爐節能的基本思路是：

（1）所實施的加熱工藝是否達到加熱目的且又是能源消耗最小的工藝。

（2）施加于坯料的加熱設備是否是具有高熱效率

（3）實施加熱工藝及加熱設備的操作是否造成額外的熱能損失。

（4）是否有效的組織和管理生產，最有效的利用生產設備，減少設備工時和非工時的能源消耗。

由此可見加熱爐的節能管理貫穿在加熱生產的各個環節，節能要依靠裝備升級、工藝升級和管理升級而實現。

3.2 加熱爐節能途徑

3.2.1 爐體節能。在原爐體結構不變的情況下，延長爐底有效長度，增加有效加熱面積。通過大量現場生產數據，對預熱段、加熱段和均熱段長度及爐膛高度等尺寸進行科學合理調整，提高加熱爐有效作業率。如某中板廠通過對預熱段爐膛高度的適當降低和增加擋火墻，減少能源消耗近5%。合理選擇、布局爐底水管及立柱管徑，并對強度和剛度效驗。采用高效燃燒設備使燃料充分燃燒，如以煤氣為燃料的加熱爐采用全熱風旋風式平焰燒嘴和調焰燒嘴。選用高溫強輻射的爐體耐火保溫材料，提高輻射系數，強化傳熱。

3.2.2 加熱爐管理節能。過剩空氣系數對加熱爐熱效率影響很大，實際上不可能在理論空氣量下完全燃燒，在軋制和鍛造生產中，一般通過過剩空氣系數調節，達到最佳加熱效果和盡可能減少坯料氧化。在實際操作中，通過控制煙道擋板，手動風門和鼓引風機蝶閥等措施綜合調節，對煙氣中的氧含量在線測量，一般控制在2-4%左右。同時，操作人員不能過分依賴直接數字控制（DDC）和監督控制（SCC）兩級計算機控制系統，要勤于對爐子運行情況進行目測觀察，查漏堵漏，減少能源消耗和浪費。

3.2.3 提高余熱回收裝置效率。加熱爐的廢熱利用的潛力很大。從爐中排出的廢氣溫度比爐子指示溫度至少要高50℃。最后排出的廢氣溫度愈高，爐子的熱損失愈大。燃燒過程需要大量空氣，利用燃料廢氣熱量來預熱空氣是加熱爐的最大節能措施。在軋鋼加熱爐爐后煙道里裝設換熱器以預熱助燃空氣，是回收廢氣熱量的常用方法。一般助燃空氣每預熱100℃，加熱爐可以節能5%～6%，比如空氣預熱300℃可以節能15%～18%。換熱器是回收煙氣余熱的一種高效節能設備。軋鋼加熱爐采用煙氣余熱換熱器，可將煙氣中余熱的60%～70%進行回收利用，縮短加熱時間，節約燃料消耗20%～30%，提高爐子產量15%～30%。

3.2.4 檢修、技改節能。充分利用檢修機會，加大對加熱爐設備的檢修和改造力度，通過節能新產品替換，修復損壞的設備和附件。修補爐墻孔洞及裂紋。對爐管材料升級、對流段爐管的清洗等，讓加熱爐處于良好狀態，對加熱爐效率有明顯的提高。

3.2.5 科學的生產管理。對不同鋼種、不同大小的坯料推行節能加熱新工藝，對各段加熱工藝曲線進行優化。有條件的情況下，實行熱裝熱送。生產計劃的編排要科學合理，減少待溫時間。

4 結束語

通過分析影響冶金加熱爐運行效率的主要因素，結合大量加熱爐節能技術應用實踐，本文所述加熱爐節能途徑在冶金行業的綜合應用，將大幅度降低能源消耗，提高加熱爐運行效率和綜合節能效率，具有顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1]滕均成.蓄熱式軋鋼加熱爐的改進[J].冶金動力，2010（2）.

[2]王永強；陳連生；李娜；王濤.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（自然科學版），2009（3）.

[3]滕均成.蓄熱式軋鋼加熱爐的改進[J].冶金動力，2010（2）.

[4]馮鈞；張猛.軋鋼加熱爐節能降耗的綜合措施[J].山西冶金，2011（1）.

作者簡介：謝宏皓（1980，10-），男，漢族，陜西省寶雞市人，就職于西安市節能評審中心，大學本科學歷，主要從事機械、冶金、建筑、節能環保等領域的固定資產投資項目可行性研究和節能報告的編制以及審查工作。