加熱爐余熱綜合利用技術(shù)及應(yīng)用

張?jiān)迄i 李秉陽(yáng)

摘 要：鋼鐵企業(yè)有豐富的余熱資源，余熱資源的回收及利用不僅能有效降低企業(yè)的碳排放，而且能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。軋鋼加熱爐是軋鋼工序的主要耗能設(shè)備，加熱爐燃耗占軋鋼工序能耗的80%左右，冷卻水帶走的熱量和煙氣帶走的熱量占加熱爐燃耗的50%左右。采取合理可靠的余熱回收技術(shù)，回收加熱爐的煙氣余熱和水梁等冷卻構(gòu)件余熱，可有效降低軋鋼工序能耗。某軋鋼廠加熱爐通過(guò)實(shí)施汽化冷卻和煙氣余熱綜合利用改造，實(shí)現(xiàn)了加熱爐余熱資源的高效利用，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：加熱爐;余熱;綜合利用技術(shù);應(yīng)用

鋼鐵企業(yè)自身在能源消耗方面數(shù)量較大，且整體能源消耗較多，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)成本較大。而如果不能較好地在根本上明確成本節(jié)約的重要途徑，則無(wú)法達(dá)到一個(gè)較好的資源在利用等成果，會(huì)影響到所有操作效果，導(dǎo)致很多問(wèn)題出現(xiàn)。應(yīng)對(duì)這一特點(diǎn)，實(shí)際操作過(guò)程中要充分明確加熱爐余熱綜合利用技術(shù)及應(yīng)用的關(guān)鍵性及重要性，合理進(jìn)行技術(shù)改造與應(yīng)用操作，確保各類(lèi)技術(shù)得到有效落實(shí)。一般在這一過(guò)程中，汽化冷卻系統(tǒng)改造是十分重要的一部分，自身效果也更可觀。

1加熱爐余熱綜合利用技術(shù)方案的選擇

方案一：加熱爐水梁進(jìn)行汽化冷卻改造，水梁、立柱及耐熱墊塊不利舊，雙管立柱重新布置，循環(huán)回路由8個(gè)改為10個(gè);采用外置煙道，從空氣預(yù)熱器后將高溫?zé)煔庖觯诩訜釥t旁的空地上設(shè)置余熱鍋爐，煙氣通過(guò)余熱鍋爐后通過(guò)引風(fēng)機(jī)經(jīng)原加熱爐煙囪排出。余熱鍋爐設(shè)省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器，排煙溫度降至150℃。煙氣余熱系統(tǒng)和汽化冷卻系統(tǒng)共用一套除氧給水系統(tǒng)，除氧蒸汽從外部低壓管網(wǎng)引入。從汽化冷卻系統(tǒng)汽包分離出來(lái)的飽和蒸汽和余熱鍋爐產(chǎn)生的飽和蒸汽合并進(jìn)入余熱鍋爐過(guò)熱器，并入蒸汽主管網(wǎng)送低壓蒸汽電站發(fā)電。

方案二：加熱爐水梁進(jìn)行汽化冷卻改造，立柱、耐熱墊塊全部利舊，縱水梁部分利舊，立柱內(nèi)部芯管全部更換，立柱與縱水梁連接部位改為三通，立柱底部改成端封結(jié)構(gòu)。煙氣余熱利用改造采用蒸發(fā)器+過(guò)熱器內(nèi)置式。蒸發(fā)器產(chǎn)生的汽水混合物與汽化冷卻產(chǎn)生的汽水混合物分別進(jìn)入共用的汽包，在汽包中完成汽水分離。飽和蒸汽從汽包進(jìn)入煙道內(nèi)設(shè)置的過(guò)熱器。汽化冷卻系統(tǒng)和煙氣余熱回收系統(tǒng)共用給水除氧系統(tǒng)、循環(huán)泵和汽包。除氧用蒸汽采用加熱爐自產(chǎn)飽和蒸汽。從表面上看，方案一能將煙氣余熱極限回收，蒸汽產(chǎn)量會(huì)更大。但方案一需擇地設(shè)置余熱鍋爐，需占地400m2，需設(shè)置龐大的進(jìn)出口煙道，沿程溫降很大。為了不影響爐子的壓力調(diào)節(jié)性能和檢修時(shí)的安全要求，需設(shè)置大口徑的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)和電動(dòng)盲板閥;該廠煙氣的硫化物濃度高，超過(guò)2000mg/m3，酸露點(diǎn)溫度較高，對(duì)排煙管道的腐蝕嚴(yán)重;增加了排煙風(fēng)機(jī)，用電負(fù)荷增加，因?yàn)楫a(chǎn)生的蒸汽是用于發(fā)電，而飽和蒸汽的發(fā)電效率并不高，增加省煤器產(chǎn)生的蒸汽不足以彌補(bǔ)風(fēng)機(jī)的電能消耗。而采用方案二，改造可節(jié)省投資1500萬(wàn)以上，改造工期短，設(shè)備布置更緊湊，運(yùn)行費(fèi)用更低，設(shè)備使用壽命更長(zhǎng)，投資回報(bào)期短，回報(bào)率更高。

2加熱爐汽化冷卻系統(tǒng)改造

2.1采用強(qiáng)制循環(huán)汽化冷卻

步進(jìn)梁式加熱爐采用汽化冷卻技術(shù)冷卻支撐梁及其立柱，由于加熱爐結(jié)構(gòu)的限制，只能采用強(qiáng)制循環(huán)汽化冷卻。盡管強(qiáng)制循環(huán)比自然循環(huán)多消耗循環(huán)動(dòng)能，但它比自然循環(huán)有更高的冷卻可靠性和安全性。

2.2高循環(huán)倍率

系統(tǒng)采用較高的循環(huán)倍率也就是降低循環(huán)管路中的汽化率，提高冷卻構(gòu)件中的循環(huán)流速，從而避免汽水分層現(xiàn)象，保證水梁有較好的冷卻效果。

2.3設(shè)置循環(huán)流量控制裝置

在每一冷卻回路給水管上均設(shè)置調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)每一回路循環(huán)流量。運(yùn)行中，當(dāng)某一回路的循環(huán)流量低于設(shè)定值時(shí)，通過(guò)調(diào)整流量調(diào)節(jié)裝置，使該回路的流量恢復(fù)正常。在步進(jìn)梁和固定梁的進(jìn)水總管上也分別裝有流量測(cè)量裝置，用于核對(duì)各支管流量的測(cè)量準(zhǔn)確性，確保運(yùn)行中對(duì)各冷卻回路的流量監(jiān)控。

2.4設(shè)置備用旋轉(zhuǎn)接頭組

在與運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)梁連接的進(jìn)水聯(lián)箱、出水聯(lián)箱和步進(jìn)梁固定聯(lián)箱之間，設(shè)置備用旋轉(zhuǎn)接頭組。當(dāng)某一套旋轉(zhuǎn)接頭泄漏時(shí)，這套旋轉(zhuǎn)接頭可通過(guò)它兩側(cè)的切斷閥與系統(tǒng)隔離并及時(shí)修理，備用旋轉(zhuǎn)接頭組仍然可以保證系統(tǒng)正常工作。備用旋轉(zhuǎn)接接組的設(shè)置可使旋轉(zhuǎn)接頭的維修在不停爐的條件下進(jìn)行。

2.5設(shè)置備用電動(dòng)循環(huán)泵

備用一臺(tái)電動(dòng)循環(huán)泵，當(dāng)運(yùn)行的電動(dòng)循環(huán)泵故障停機(jī)時(shí)，備用電動(dòng)循環(huán)水泵自動(dòng)投入運(yùn)行，保證系統(tǒng)正常工作。

2.6設(shè)置柴油機(jī)循環(huán)水泵

當(dāng)全廠事故停電時(shí)，爐內(nèi)鋼坯與爐墻的蓄熱量很大，支撐梁和立柱仍需要冷卻。因此，加熱爐的汽化冷卻系統(tǒng)設(shè)有柴油機(jī)帶動(dòng)的循環(huán)水泵，可以在停電的很短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)，保證水循環(huán)正常運(yùn)行，從而使?fàn)t子的支撐梁及其立柱不被燒壞。

2.7其它安全措施

汽包有較大的水容積，當(dāng)全廠停電或給水系統(tǒng)故障時(shí)，汽包的儲(chǔ)水可以提供處理事故的足夠水量。設(shè)置柴油機(jī)給水泵作為電動(dòng)給水泵的事故備用泵，當(dāng)全廠停電時(shí)，可以用水泵向汽包供水。柴油機(jī)給水泵可以吸取除氧水箱的水，亦可吸取軟化水箱的水。設(shè)置二路軟化水，正常生產(chǎn)時(shí)，汽化冷卻所用的軟化水由低壓蒸汽發(fā)電站冷凝水提供;當(dāng)電站供水出現(xiàn)故障時(shí)，由自產(chǎn)軟水站提供軟水，并實(shí)現(xiàn)無(wú)擾自動(dòng)切換。采用較大容積的除氧水箱和軟水箱。在軟水供應(yīng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠提供系統(tǒng)處理故障的條件。

3熱爐煙氣余熱利用改造

3.1排煙溫度及煙氣側(cè)阻力損失的確定

該廠加熱爐為上排煙，煙囪采用鋼結(jié)構(gòu)煙囪形式，煙囪布置在煙囪跨的爐子煙道鋼平臺(tái)上。受煙囪橫向風(fēng)振荷載的影響，煙囪的高度只能達(dá)到56m，煙囪的抽力受到了限制，因此必須保證一定的排煙溫度，才能滿(mǎn)足爐子的排煙要求。加熱爐采用自然排煙方式，煙氣依靠煙囪產(chǎn)生的抽力排入大氣。煙囪抽力一方面來(lái)自煙囪自身高度，煙囪高則抽力大;另一方面來(lái)自煙囪底部煙氣溫度，煙氣溫度高則煙囪抽力大。要在煙道內(nèi)增加余熱鍋爐受熱面，也就增加了煙道內(nèi)煙氣的阻力。這個(gè)“阻力”需要煙囪的“抽力”予以克服才能順利排煙。因此，煙囪抽力決定了余熱鍋爐的排煙溫度不能太低，否則無(wú)法自然排煙。根據(jù)煙道系統(tǒng)排煙阻力計(jì)算，煙道側(cè)阻力損失必須小于65Pa，排煙溫度不低于260℃。

3.2排煙溫度應(yīng)考慮酸露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題

煙氣中含硫，低溫下與水分結(jié)合會(huì)生成H2SO4，對(duì)煙道及金屬煙囪內(nèi)的金屬部件形成酸性腐蝕。一般為避開(kāi)低溫腐蝕，受熱面管壁溫度會(huì)高于煙氣溫度30～60℃。另外，該廠提供的燃料資料，加熱爐的燃料為混合煤氣，煤氣中H2S含量約為1200mg/m3。經(jīng)計(jì)算，確定煙氣的硫酸露點(diǎn)約為170℃。因此，為保證布置余熱鍋爐受熱面的使用壽命，減少或降低酸腐蝕造成的損害，其通過(guò)受熱面排出的煙氣溫度不應(yīng)低于230℃。

3.3蒸發(fā)器和過(guò)熱器的布置

新增余熱鍋爐一般布置在加熱爐尾部煙道內(nèi)，位于空氣預(yù)熱器后，煙道閘板之前。這段煙道長(zhǎng)度較短，不能布置過(guò)多的受熱面，因而不能使煙氣溫度降低太多。加熱爐煙道余熱鍋爐的排煙溫度主要受到煙囪抽力和腐蝕溫度這兩方面的限制。由于煙氣與水的換熱，受熱面的管壁溫度取決于管內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)溫度（即水的溫度），因此，受熱面內(nèi)的介質(zhì)溫度不應(yīng)低于230℃，故而，該項(xiàng)目的煙氣余熱回收裝置，只能采用過(guò)熱器+蒸發(fā)器的組合形式，而不宜再設(shè)置省煤器。

4結(jié)論

對(duì)現(xiàn)有的軋鋼加熱爐進(jìn)行汽化冷卻及煙氣余熱利用改造，應(yīng)充分滿(mǎn)足爐子的產(chǎn)量、質(zhì)量和長(zhǎng)壽命的要求。該廠加熱爐的汽化冷卻及余熱利用改造取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)加熱爐的改造提供了良好的借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉新建.工業(yè)鍋爐煙氣余熱綜合利用技術(shù)的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2013，16：317-318.

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