淺談黑體技術在某鋼廠加熱爐上的應用

上海寶鋼節能環保技術有限公司 楊文濱 孔令斌 黃 立 陳志良

淺談黑體技術在某鋼廠加熱爐上的應用

上海寶鋼節能環保技術有限公司 楊文濱 孔令斌 黃 立 陳志良

對軋鋼加熱爐爐膛內的熱射線可采用黑體技術，在爐膛內布置一定數量的黑體元件，這樣既增大傳熱面積，又提高爐膛的發射率，更能對爐膛內的熱射線進行有效的調控，使之從漫射的無序狀態調控到有序，直接射向鋼坯，提高對鋼坯的輻照度和熱射線的到位率，強化輻射傳熱，可取得顯著的節能效果。

黑體；加熱爐；節能

1 概述

鋼鐵行業是高耗能行業之一，鋼鐵行業節能減排工作備受關注。軋鋼加熱爐作為鋼鐵生產過程中的主要耗能設備之一，加熱爐熱效率提升一直是軋鋼加熱爐節能減排研究熱點。

軋鋼加熱爐熱傳導方式以輻射為主，被加熱工件所吸收的熱輻射主要由三部分組成，一是爐膛內壁，二是火焰，三是煙氣。被加熱工件所得到的熱量遵循以下傳熱原理[1]：

式中：Q-被加熱工件所得到的熱量；

Tq-爐氣的溫度；

Tw-爐體（爐頂、爐墻、爐底）的表面溫度；

εq-爐氣的輻射傳熱系數；

εw-爐體的輻射傳熱系數；

ε-被加熱工件輻射傳熱系數；

Fw-爐體的有效面積；

v-爐氣的流動速度。

即工件吸收的熱量與爐體面積、爐體、爐氣的輻射系數（黑度）成正比，與爐體、爐氣溫度的4次方成正比，同時熱輻射是電磁波即熱射線的形式傳播的，但目前一般在中、高溫工業加熱爐的爐膛內，均沒有對“漫反射”狀的熱射線采取調控措施，也就是說，熱源發出的輻射能沒有完全直接被工件吸收，造成熱能大量浪費。

通過研究增大爐體面積Fw和提高爐襯黑度εw會強化爐氣與爐襯之間的輻射傳熱，使爐襯內表面的溫度升高，從而也就強化了爐襯與工件之間的輻射傳熱。

2 黑體技術節能原理[2]

黑體技術，是根據紅外物理的黑體理論，制成集“增大爐膛面積、提高爐膛發射率和增加輻射照度”三項功能于一體的工業標準黑體，將眾多的黑體元件安裝于爐膛內壁適當部位，既增大傳熱面積，又提高爐膛的發射率，并且基本不老化，更能對爐膛內的熱射線進行有效的調控，使之從漫射的無序狀態調控到有序，直接射向鋼坯，提高對鋼坯的輻照度和熱射線的到位率，強化輻射傳熱，取得顯著的節能效果，節能原理見圖1所示。

黑體元件具有三大功能：

○增大了爐膛的傳熱面積。爐膛內設置眾多黑體輻射元件可增大爐膛傳熱面積一倍左右。

○提高了爐膛的發射率。黑體輻射元件根據加熱爐傳熱原理及紅外物理的黑體理論，采用合理的黑體空腔形腔比及材料配置制作，發射率0.95。黑體元件的高發射率由其幾何參數及表面特性獲得，具有很高的穩定性，在不超過1790℃的高溫狀態下基本不老化。。

○增加了對工件的輻照度。黑體輻射元件將漫射狀的熱射線從無序調控到有序，定向射向被加熱工件，提高了熱射線的到位率，使工件單位面積上的輻射能增加，即輻照度增大。

圖1 節能原理示意圖

3 案例分析

以某鋼廠棒線加熱爐為例進行黑體技術節能改造。

3.1 加熱爐基本參數

○爐型：步進梁加熱爐；

○裝爐方式：側進側出；

○裝出料懸臂輥道中心線距離：25m；

○爐膛內寬：12.8m；

○上爐膛高度：1.4m（均熱段），1.7m（加熱段），0.95m（預熱段）；

○下爐膛高度：2.2m；

○燃料種類：高焦轉混合煤氣；

○混合煤氣熱值：7500kJ/m3；

○加熱爐額定小時產量160t/h。

3.2 黑體元件布置范圍及分布設計

根據加熱爐具體狀況在爐膛內布置黑體元件，詳見表1。

（1）黑體元件布置范圍：

爐頂：35～55個/m2；

爐墻：40～60個/m2；

隔墻：35～50個/m2。

（2）黑體元件分布設計

可在加熱爐爐膛溫度大于800℃處設置15432個黑體輻射元件。

（3）布置說明：

○預熱段從溫度＞800℃處開始設置黑體輻射元件；

○兩側墻離爐底0.7m，離爐頂0.2m區域內不設置黑體輻射元件；

○在燒嘴磚和收縮縫處不設置黑體輻射元件。3.3節能效果分析

該加熱爐于2014年4月26日至5月1日進行了黑體技術改造，歷時6天。為計算節能效果，在被加熱鋼坯的材質、規格、加熱工藝、爐子狀況等基本一致，且爐子在正常運行情況下，對該加熱爐做了改造前后的能耗測試。

其對比結果為：該爐子在冷裝情況下改造前噸鋼能耗1.2GJ/t鋼；改造后噸鋼能耗1.1GJ/t鋼，節能率10%，全年可節標煤1500tce。混合（高、焦、轉）煤氣價格按58元/GJ計算，全年創效在250萬元以上。

表1 爐膛內元件布置方案

4 結論

黑體技術作為一項新興技術，在不改變爐體的任何結構以及任何生產工藝的情況下，能夠提高爐子的生產力，使爐溫均勻性增強，爐襯的使用壽命延長，節約能源，減少排放。既符合國家的產業政策，也給使用單位帶來很明顯的經濟效益和社會效益。

[1]曾祥模．熱處理爐．西安：西北工業大學出版社，1989年

[2]國家發展和改革委員會．國家重點節能技術推廣目錄（第四批）．2011年12月

金山區推進產業結構調整助推節能減排產業升級

近年來，金山區穩步推進產業結構調整，取得了較好成績。

2006-2013年全區累計調整“三高一低”項目超過390項，完成了皮革鞣制染整行業、鉛蓄電池行業整體退出，完成了金山衛化工集中區域21家與產業布局不匹配的偏小偏差企業的調整工作。8年調整累計共節約標準煤26.98萬噸，調整涉及土地約4405畝，分流職工2.29萬人，有力助推了節能減排，為產業轉型騰出了空間，為深化產業結構調整打下了基礎。

2014年，金山區分行業、分階段推進實施重點區域產業結構調整。年內實施產業結構調整項目55項以上，淘汰高能耗、高污染、高風險企業，壓減低技術勞動密集型、加工貿易型、低效用地型等一般制造業企業，實現污染排放物、安全隱患點、能源消耗量持續減少，同時不斷釋放存量資源。

該區計劃到2015年底，將著力實現工業區塊外化工，包括危化企業的調整淘汰，完成非法或違規產能整治工作。

（金山區）

The Application of Black-body Technology in the Heating Furnace

Yang Wenbin,Kong Linbin,Huang Li,Chen Zhiliang

Black body technology could be used in manage the heat rays in the firing space of furnace.The black body installed in the firing space could enlarge the heat transfer area and increase the emissivity of firing space.In the meantime,black body could help effectively control the heat rays from randomly diffusion into orderly onto the steel billet. This will help increase the irradiation of steel billet and the arrival rate of heat ray,therefore strengthen the heat transfer by radiation and save energy significantly.

black body,heating furnace,Energy saving

楊文濱75年生，2005年博士研究生畢業，多年從事工業尤其冶金行業的節能研究及實際應用，發表節能相關論文多篇。