淺談無氧化爐能源節能方案

尹春子

摘要：本文通過對熱鍍鋅連續退火工藝無氧化爐的研究和分析，結合實際情況，提出了連續退火爐的無氧化爐段排放煙氣余熱回收改造方案，在充分利用原有設備設施的基礎上，對無氧化爐段助燃空氣和排放煙氣流程進行改造，并對改造后的效果進行了分析，取得了良好的經濟效益。

關鍵詞：無氧化爐；工藝分析；節能改造

1 概述

隨著經濟的發展，我國對能源的需求越來越大，能源供應日趨緊張，連續熱鍍鋅生產線的退火爐是重要耗能設備，其能耗占整條生產線的70%～80%左右，因此，退火爐的節能顯得非常重要，是企業降低成本、節約能源、增加經濟效益的重要途徑。廣東順德浦項鋼板有限公司鍍鋅鋼板生產線的連續退火爐是由日本黑崎工業爐株式會社制造，它采用的是改良森吉米爾法，火爐入口段設立無氧化爐區域，直接利用氣體燃燒預熱鋼板工藝，其控制手段先進，爐溫、帶溫控制精準，產品質量穩定。但無氧化爐產生的高溫煙氣直接排放到室外，余熱沒有回收利用，并且還要消耗大量動力對煙氣進行冷卻，增加了溫室氣體排放，造成能源很大的浪費和影響環境。

2無氧化爐工藝結構特點

無氧化爐的主要作用是為使帶鋼達到再結晶溫度，對帶鋼進行預加熱，同時，把帶鋼表面殘余的油脂燃燒或蒸發清除掉，獲得無氧化的潔凈帶鋼。無氧化爐由無燒嘴廢氣預加熱段和燒嘴直接加熱段兩部分組成，全長16400MM，燒嘴加熱段分成AB區、1區和2區三個區域，AB區有兩個200000kcal/h的后燃燒燒嘴，1區有六個590000kcal/h的主燃燒燒嘴，2區有四個590000kcal/h的主燃燒燒嘴。燒嘴燃燒所需要的助燃空氣由一臺風量7200 NM3/H風機提供，廢氣排放口設置預加熱段頂部，在廢氣排放口設置了一套自動控制的滑板式風門用于控制爐內壓力，廢氣在風門的控制下由一臺風量750 NM3/Min廢氣排放風機通過風管排出室外。無氧化爐相關參數統計如下：

LPG消耗量為：200NM3/H

助燃空氣消耗量約：4000 NM3/H

廢氣排放溫度約：550℃

廢氣流量為：4000NM3/Hr

廢氣排放風機參數：全壓150mmH2O，風量750NM3/Min。

助燃風機參數：全壓1150mmH2O，風量120NM3/Min。

助燃風機把室內空氣通過三組管道送到各區的燒嘴參與燃燒，各區助燃空氣的流量通過流量控制閥獨立控制，可以有效控制空燃比。無燒嘴廢氣預加熱段頂部的廢氣排放口設置一個自動控制的滑板式風門，風門上部是廢氣收集裝置，風門與廢氣收集裝置之間設計有150MM的間距，燃燒后的廢氣在滑板式的風門控制下，與新鮮室內空氣一起從廢氣收集裝置通過廢氣管道，在廢氣排放風機的作用下直接從煙囪排出室外。

3節能分析

從無氧化爐工藝流程分析中可以知道，盡管設計了無燒嘴預熱段，可以降低了燃料的消耗，但是尾氣溫度還是很高（現場實際測定廢氣平均溫度達550℃），直接排放到室外造成能量大量浪費。同時，為降低排氣溫度，需要補充新鮮空氣，增加煙氣排放風機的功率，造成電力損耗；而參與燃燒的助燃空氣是從室內送到燒嘴，通常溫度在20℃～30℃之間，如果可以利用排放的高溫尾氣加熱參與燃燒的助燃空氣，充分利用高溫煙氣余熱，就可以進一步提高燃燒效率，實現降耗節能的目的，同時減少煙氣中的RO2和CO的排放，減少環境污染。

4 節能改造方案

4.1 無氧化爐段燃燒工藝PID改造

通過對熱鍍鋅連續退火爐無氧化爐段燃燒工藝的研究和分析，對無氧化爐段助燃空氣和排放煙氣流程進行改造。在排氣風機前的煙道上安裝一個空氣和煙氣的熱交換器，把助燃空氣管道引入熱交換器，利用煙氣余熱加熱助燃空氣，達到節能的目的，同時減少溫室氣體的排放。

4.2 改造方案

首先，增加熱交換器后，會增加煙氣和助燃空氣的阻力，根據現場的實際情況，選用煙氣阻力小的管式熱交換器，在不改變排氣風機和助燃風機的前提下，能滿足改造后系統運行的要求，改造后，預計每年可為公司節約250噸的LPG，節約費用近125萬元。

設計的主要參數如下：

助燃空氣溫升：280℃

換熱器換熱面積：85M3

空氣側阻力：小于1500Pa

煙氣側的阻力：小于150Pa

其次，封堵無氧化爐廢氣排放口和廢氣收集裝置間的縫隙，以便減少冷風吸入，提高煙氣溫度，在封堵板上，設計有一個可通過手動調節大小進風口，可手動將插板調節到適當位置，以增加燃燒煙氣中一氧化碳所需的空氣量。

第三，對原助燃風機主管道進行改造，以適應新系統要求；同時在熱交換器進風口增加冷風進風管道和自動調節蝶閥，當進入熱交換器的煙氣溫度大于500℃時自動開啟調節蝶閥，從環境中吸入適量的冷風，使煙氣溫度不高500℃，以保證熱交換器的安全，延長其使用壽命；在熱交換器熱風總管上安裝一段可將熱風排放到室外的排放管和蝶閥，正常工作時應先關閉此閥，在停窯后窯內不需要讓空氣時開啟此閥，可避免熱交換器內溫度過高；

第四，將燒嘴前的空氣調節閥改為高溫調節閥，以確保助燃空氣在400℃以下能使用閥門進行調整，有效控制空氣流量；更換進入各區助燃空氣主管路的三個孔板，把FCV流量控制閥更換為控制方式完成相同的高溫閥，以滿足熱空氣調節要求；同時，所有熱風管道進行保溫，減少熱空氣的熱損失。

第五，設置熱交換系統獨立的控制裝置，對熱交換系統的設備運行狀態進行控制和監控，避免對原系統造成影響；由于燃燒空氣溫度的變化，物理特性也發生改變，需要對孔板計算過來流量進行系數補償，新系統把PLC補償后的值輸出至原系統，完成了對流量的補償過程。

5我國能源現狀和節約能源的意義

從能源轉換的本質上說，能源的消耗就等于CO2排放，所以節約能源可以直接減輕溫室氣體減排壓力，是全球可持續發展的需要，也是改善區域環境質量的根本途徑。但最重要的是提高競爭力，建成富強、文明、和諧小康社會必由之路。到2010年，我國已成為全球第一大能源生產國，到2011年，中國已成為世界第一大能源消費國。一次能源產量為26億噸標煤；消耗28.5億噸標煤；我國能源效率很低，一噸標準煤生產的GDP只有美國的28.6%，歐盟的16.8%，日本的10.3%；

我國能源種類；煤炭：70.2%；原油：18.4%；水力：6.6%；天然氣 3%；其他：1.8%；可再生能源2010年為10%，2015年目標為15%。按照《中國能源報告2008碳排放研究》中提出的數據，中國目前人均二氧化碳排放量約為1.331IE，全國二氧化碳排放總量超過17億噸；按照世界銀行的統計資料，中國目前人均二氧化碳排放量約為4lIE，這樣，全國13億人口的二氧化碳排放總量超過52億噸；中國已成為全球第二大溫室氣體排放國。

哥本哈根會議各國態度：中國承諾到2020年單位GDP的溫室氣體排放比2005年降低40%～45%；美國2020年溫室氣體比2005年減少17%；日本2020年問世氣體排放量減少25%；印度2020年溫室氣體排放比2005年減少24%；德國2020年溫室氣體排放量比1990年減少40%；俄羅斯完全有實力大減排40%的目標；澳大利亞2020年溫室氣體排放消減25%；巴西排放量在預期的基礎上減少36.1%～38.9%；非洲尋求650億美元的環境賠償；島國聯盟呼吁發達國家提高減排至45%。近幾年的經濟又表現出以高能耗來支撐國民經濟的發展的不良態勢。國家“十二五”計劃能源單位GDP能耗下降25%的指標，“十一五”計劃已實現20%的目標。

結束語

公司依據上述方案對退火爐排放的尾氣進行余熱利用改造，熱交換系統安裝調試后，運行良好。經過預熱后的助燃空氣溫度最低為220℃，最高為360℃度，平均溫度為290℃，排向大氣的尾氣溫度低于200℃，換熱效果理想。

實踐證明，通過對退火爐產生煙氣的余熱進行回收，把助燃空氣通過熱交換器預熱后再引入火爐，提升了助燃空氣的溫度，既達到了節能的目的，同時又減少了溫室氣體的對外排放。根據我們公司設備改造的經驗，設備投資可以在1年的生產中全部收回，經濟效益十分明顯。

參考文獻：

[1]郭海濤，趙凱星.連續熱鍍鋅退火爐工藝及其節能技術綜述[J].中國西部科技.2008，（18）.

[2] 2000至2010年中國環境狀況公報.

[3] 國務院關于“十一五”期間全國主要污染物排放總量控制計劃的批復國函[2006170]號文[R].