降低蓄熱式加熱爐燃耗的研究與應用

王林

摘 要 隨著加熱技術的不斷發展，蓄熱式加熱爐在軋鋼工序中得到越來越廣泛的應用，其采用燒嘴換向脈沖燃燒控制方法，各燒嘴蓄熱體在排煙過程中吸收的煙氣顯熱在燃燒過程中對助燃空氣/煤氣進行高溫預熱。雙蓄熱式加熱爐則是通過對助燃空氣、煤氣的雙預熱，成功將低熱值的高爐煤氣作為軋鋼加熱爐的燃料。與傳統加熱爐相比，蓄熱式加熱爐的燃燒供熱方式、煙氣排放方式有很大不同，具有高效、節能、環保等優點，可有效降低軋鋼成本。

關鍵詞 蓄熱式加熱爐；爐壓控制；節能技術

前言

20世紀90年代，有關人員在新型蓄熱式技術的基礎上，研發了高溫空氣燃燒技術（HTAC）。研究發現，在助燃空氣高溫條件下，燃料可以在低氧氣氛中進行點火和燃燒，而且空氣預熱溫度越高，能維持穩定燃燒的最低氧濃度也越低，當空氣預熱溫度達1000℃時，含氧2%即可燃燒。實驗結果還表明：高溫低氧氣氛能在很大程度上增大火焰體積，從而使最高火焰燃燒溫度趨于降低并使爐膛整體火焰的溫度趨于均勻化。

1 加熱爐存在的問題

1.1 爐體漏風

乳鋼加熱爐在運行過程中，為了使燃料燃燒充分，送往加熱爐的實際空氣供給量往往大于理論所需空氣量，即過剩空氣系數大于1。但是實際空氣供給量并非越多越好，過剩空氣系數的大小對加熱爐能耗有著非常大的影響當過剩空氣系數大于1時，煙氣中的燃燒產物量也會隨著過剩空氣系數的增加而增加。在燃料釋放的熱量一定的情況下，爐內煙氣溫度下降，煙氣傳給鋼還的熱量減少，從而使得燃料消耗增加。其次，加熱爐傳熱減小，煙氣帶走的熱損失增加，從而燃耗升高。再次，過剩空氣系數增加使得加熱爐燃燒產物中H原子氣體如CO2、比O等增加，這些H原子氣體的增加降低了爐氣黑度，導致爐子的輻射能力下降，從而燃耗升高。

1.2 裝鋼溫度對能耗的影響

提高鋼坯的裝鋼溫度和熱裝率，是降低軋鋼加熱爐能耗的重要方法之一。鋼坯的入爐溫度越高，所需的加熱時間越短，鋼坯加熱所需的總能量越低，相關研究表明：裝鋼溫度每提高10℃，能耗降低1.5kg/tce。此外，相同燃料供應量條件下，鋼坯的裝鋼溫度越低，其吸熱量越大，爐膛內的溫度越低。因此，當裝鋼溫度較低時，需要增加燃料供應量，即單位時間能耗，以保證爐內溫度達到加熱制度的控制要求[1]。

2 蓄熱式加熱爐節能技術

2.1 節能降耗要確定加熱爐蓄熱方式

通過合金鋼的加熱工藝的特性和生產過程中的特性中，來確定采用單蓄熱式還是雙蓄熱式加熱，分析合金鋼加熱工藝，合金鋼要求的是低溫緩慢加熱與高溫極速加熱相結合的方式，當有充足的低溫段，溫度低于700攝氏度時，采用單蓄熱的方式，保留預熱段，利用少一半的排放煙氣來進行鋼坯預熱，這樣便能形成溫度梯度，要是采用雙蓄熱的形式加熱，加熱爐要在每段都布置上燒嘴，低溫的情況下燒嘴會在不穩定燃燒情況下工作。雙蓄熱加熱爐是在混合煤氣蓄熱形式中運行，加熱爐燒嘴保持在一到兩分鐘一次換向，在此過程中大約損失4～6立方米的煤氣，這樣看雙蓄熱加熱爐低負荷的狀態下運行與蓄熱式高熱值煤氣的節能情況，效果會打折扣。所以針對上述在生產和使用中，我廠使用混合煤氣的實情，采用了燒嘴式單蓄熱燃燒加熱爐。

2.2 降低煙氣物理熱

（1）選用換熱面積大、體積小的蜂窩蓄熱體

增加蓄熱體換熱面積，使煙氣充分換熱，降低煙氣的排煙溫度。這就要求增加蓄熱體的體積，或在體積不變的情況下減小蓄熱體的壁厚。這種辦法為生產帶來了一定的問題。首先，增加蓄熱體體積會使本來就擁擠的擺滿蓄熱箱的加熱爐兩側通道更加擁擠，為操作及維護帶來一定困難，而且會增加煙氣通過蓄熱體的阻力，增大引風機的負荷，動力損耗加大，增加了爐壓控制的難度；而減小蓄熱體的壁厚會引起蓄熱體的強度下降，縮短了蓄熱體的壽命，同時降低了蓄熱體的蓄熱量，使換向周期變短，從對不完全燃燒化學熱的分析來看，會增大該部分的損失。所以，在工藝允許的情況下，增加蓄熱體的體積是可行的，而在蓄熱體的低溫換熱段采用減小蓄熱體壁厚也是可行的。不過這種做法的節能效果是有限的，畢竟這只是回收余熱，而且還需增加生產成本，從節能減排的角度來說并不是最優的。

（2）加強爐內換熱

從高爐煤氣的成分來說， 17%的CO是有效燃燒成分，其他均為不可燃成分，這些成分不僅沒有給鋼坯加熱帶來任何用處，而且當煙氣排放時這些成分還會帶走大量的熱量。唯一的解決辦法就是加強爐內換熱，提高熱效率，以達到最終減少煙氣排放量的目的。另外從雙蓄熱燒嘴燃燒原理上來說，經預熱的煤氣與空氣從蓄熱式燒嘴噴出后，在爐膛內彌漫燃燒，燃燒完全后形成高溫煙氣，鋼坯吸收煙氣內的熱量以達到加熱的目的，而后高溫的煙氣由噴嘴對面的蓄熱式燒嘴抽出，經蓄熱體降溫后，再排出爐外。每次換熱都存在一個換熱效率問題，而置換的熱量再由鋼坯吸收，又有個換熱效率問題，所以，能將高溫煙氣的熱量盡可能地由鋼坯直接吸收，是提高熱效率的主要方法。

2.3 優化操作方面

加熱爐的優化操作從根本上說是以最小的燃料消耗滿足軋機的溫度要求所進行的操作，主要是從煤氣高效燃燒技術、合理控制爐壓、嚴格控制溫熱制所有新爐殼焊接完畢后安裝新爐輥、軸承座、調整爐輥、安裝糾偏電動缸并敷設電纜接線，糾偏系統單試；爐輥的安裝精度非常重要，輥子中間水平要求≤0.05mm/m，爐輥和軸承座垂直≤0.15mm。

2.4 BCS燃燒優化控制技術

BCS系統的通信共包含兩部分：一是BCS系統與PLC系統間的通信，采用國際標準的OPC通信協議，完成兩系統間的雙向數據交換；二是BCS系統與遠程服務系統（HeroRTS）間的通信，基于3G網絡和DTU設備，采用虛擬VPN數據傳輸技術，完成對優化控制系統的實時遠程服務功能。在BCS系統上設計通信狀態診斷功能，當OPC通信發生異常時，BCS系統會自動無擾地將控制權切換到PLC系統上并發出語音報警。BCS燃燒優化控制系統在保證設定燃燒裝置輸出負荷保持穩定的前提下，BCS始終尋找并嵌位于最少的燃料量消耗[2]。

3 結束語

蓄熱式加熱爐采用高爐煤氣作為燃料本身就為鋼鐵企業的節能減排做出了巨大貢獻，而如何進一步的節能增效，挖掘蓄熱式加熱爐的潛力，有待廣大科研技術人員更進一步的研究與探索。

參考文獻

[1] 王安龍，張忠峰.蓄熱式燃燒技術在石特加熱爐的應用與改進[J].軋鋼，2011，28（5）：70.

[2] 劉強，李衛東，徐春柏，等.軋鋼加熱爐綜合節能技術淺析[J]. 冶金能源，2016，35（4）：38-41.