熱軋加熱爐煙氣余熱回收的節能改造

潘金榮 曹先常 楊文濱 黃 立 上海寶鋼節能環保技術有限公司

引言

進入21世紀，鋼鐵產品需求量趨于過剩，鋼鐵企業的核心競爭力是提高產品質量和降低生產成本，故采取節能降耗措施以及廢氣再利用是鋼鐵行業降低成本、增強產品市場競爭力的重要途徑[1]。軋鋼加熱爐是鋼鐵行業的能源消耗大戶，因此，軋鋼加熱爐已成為我國節能的重要前沿陣地[2]。怎樣提高軋鋼爐窯的效率和加強加熱爐的余熱利用是節能減排的重要舉措。目前國內加熱爐煙氣余熱利用率較低，煙氣量大且煙溫較高，有很大的節能潛力。通過熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用產生過熱蒸汽，并入鋼鐵企業內蒸汽管網綜合利用，可產生巨大的經濟效益和社會效益，達到節能減排的目的。現以某鋼廠為例進行分析。

1 工藝流程

某鋼廠加熱爐有3臺250 t/h的蓄熱式加熱爐，該種型式加熱爐煙氣排放分為二個通道，一通道煙氣經過蓄熱式燒嘴再通過引風機抽吸至煙囪排放，排放時煙氣平均溫度較低，約200℃。二通道煙氣經過空氣預熱器加熱一次風后通過煙囪排放，排放時煙氣平均溫度較高，約440℃。每臺加熱爐每年軋鋼約110萬噸。現對該3臺加熱爐二通道排放的煙氣進行余熱利用改造，采用“一對一”的余熱利用方式，即一臺加熱爐的余熱被對應的一臺余熱鍋爐利用，換熱后的煙氣經風機引入原煙囪排出。

1.1 煙氣余熱利用系統

煙氣余熱利用流程圖（見圖1）。改造前，二通道煙氣經過原加熱爐常規煙道調節閥1直接由軋鋼生產線煙囪排入大氣；改造后在常規煙道上增加常規煙道氣動切斷閥6，余熱鍋爐系統進口煙道開孔位置在原加熱爐常規煙道調節閥1和常規煙道氣動切斷閥6之間，鍋爐引出煙道直接接入煙囪內。

圖1 煙氣余熱利用流程圖

余熱系統正常投運時煙氣依次經過原加熱爐常規煙道調節閥1，余熱鍋爐系統進口煙道切斷閥2，再經過余熱鍋爐系統3換熱后由引風機4引出，然后煙氣經過余熱鍋爐系統出口煙道切斷閥5進入軋鋼生產線煙囪后排出，在此過程中常規煙道氣動切斷閥6關閉。當鍋爐出現故障需緊急停爐時，也即余熱系統切出時，常規煙道氣動切斷閥6打開，引風機4通過風機頻率降低至關閉，然后關閉余熱鍋爐系統進口煙道切斷閥2和余熱鍋爐系統出口煙道切斷閥5。加熱爐煙氣按改造前煙氣流程運行，不影響其正常生產。

1.2 汽水系統

從廠內純水管網引出水至新建水箱，水經過除氧器除氧(除氧器利用蒸汽為本余熱鍋爐產生的過熱蒸汽)后依次進入省煤器、蒸發器、過熱器后通過蒸汽調節閥并入廠內蒸汽管網，被綜合利用。

1.3 控制系統

本余熱系統采用全自動控制模式，減少人為操作失誤。主要的控制內容包括加熱爐爐壓控制和余熱系統汽水控制。加熱爐爐壓通過風機電機的頻率變化進行控制，加熱爐爐壓升高時風機電機頻率增加，反之風機電機頻率降低，通過風機變頻來滿足加熱爐爐壓的波動范圍，使加熱爐爐壓控制在正常范圍內，不影響加熱爐的生產。汽水系統的自動控制主要包括汽包、除氧器的液位和并網壓力的自動控制以及各種報警、緊急停爐等內容，使余熱系統隨熱軋工藝的變化平穩運行。

2 煙氣主要參數及產生蒸汽參數

2.1 煙氣參數

根據加熱爐生產工藝和作業率不同，煙氣參數（流量和溫度）波動見客戶提供的煙氣流量和溫度表（見表1）。

表1 煙氣流量和溫度表

2.2 煙氣成分

本加熱爐燃料為混合煤氣，煤氣成分為：焦爐煤氣（COG）、轉爐煤氣（LDG）、高爐煤氣（BFG）和天然氣（NG），從2011年1-7月加熱爐現場運行的燃料消耗情況看，混合煤氣中各氣體的體積比為：COG 32%～39%，平均為35.8%；LDG 27.5%～38.5%，平均為34.3%；BFG 25%～35%，平均為28.3%；NG 0.1%～5%，平均為1.6%。

經計算混合煤氣平均低位發熱值約為：2 350 kcal/Nm3。

混合煤氣成分計算見表2混合煤氣成分表。

表2 混合煤氣成分表

根據煙氣量分析圖可知，每臺蓄熱式加熱爐經空氣預熱器排放的煙氣的平均煙氣量約為44 000 Nm3/h，溫度約為510℃。由此計算出煙氣成分（見表3）。

表3 煙氣成分表

2.3 余熱系統蒸汽參數

依據本加熱爐煙氣參數進行計算，結果見表4。

表4 蒸汽參數（溫度、壓力及流量）表

3 熱軋加熱爐煙氣余熱回收效益分析

3臺余熱系統產生的效益如下。

（1）產生的蒸汽量：2012年11月1日至2015年2月1日共產生并且并入廠內蒸汽管網的蒸汽量為427 143.35 t，節約標煤4.5萬t標準煤，折合年節約標煤1.96萬t標煤。平均并入廠內蒸汽管網的蒸汽量8.9 t/h。

（2）余熱系統產生的效益：該鋼鐵廠低壓蒸汽單價為156元/t；扣除本系統用電量和鍋爐給水量價格，折算后為130元/t；運行27個月實際產生的效益為：427 143.35×130=5 552.8萬元。

（3）相對于對加熱爐的節能效益：根據加熱爐生產需求，每年每臺加熱爐軋鋼產量約110萬t，余熱鍋爐節約的能耗相當于熱軋1 t鋼能耗降低5.94 kg標準煤。

4 結論

（1）新增的余熱回收系統正常運行后加熱爐爐壓控制穩定，不影響加熱爐的生產。

（2）該余熱系統自動化程度高，系統自動運行，減少人為操作失誤和人操作的工作量。

（3）節能效果顯著，大大降低t鋼能耗，提高市場競爭力，為類似加熱爐的節能改造提供了很好的應用實例。

[1]祝亞峰，喻曉煒，張愛芳，付念先，轉爐余熱發電技術在鋼鐵企業的典型應用[J]，第33卷2014年第8期40-42。

[2]趙建明，軋鋼加熱爐煙氣余熱利用的思考[J]，工業加熱，第39卷2010年第5期53-55。