蓄熱式軋鋼加熱爐應用分析及優化措施

趙令玉 張虎勝 陳俊杰 王國梁 孟祥威

0 前言

節能和加熱質量是軋鋼加熱爐的兩項重要指標，節能即減少煤氣消耗、減少散熱損失，降低噸鋼能耗；加熱質量包含坯料加熱溫度均勻性、加熱溫度達標率及氧化燒損率等，加熱質量好壞關系到軋制能否順利進行以及產品組織性能的均勻性[1]。加熱爐是軋鋼車間的重要熱工設備，也是軋鋼工序的能耗大戶，加熱爐的技術水平高低直接關系到軋鋼生產的經濟技術指標，因此鋼鐵企業對新上軋鋼加熱爐均選擇設計技術先進、能耗低、加熱質量好的加熱設備。

高溫蓄熱式燃燒技術作為一項卓有成效的節能和利用低熱值煤氣新技術，近年來在冶金行業及其他行業逐步推廣使用。國內冶金行業率先采用蓄熱式燃燒技術的是一批中小型企業，其主要原因是采用這項技術后可以使用低熱值的高爐煤氣加熱鋼坯，為許多高熱值氣體燃料不足的企業解決了生產急需問題。該技術能夠將燃料和空氣預熱到1 000 ℃以上，排煙溫度降低至150℃以下，可以最大限度地回收煙氣顯熱以達到提高熱能利用率的目的，具有燃耗低、節能、爐溫均勻、加熱質量好、廢氣排放少等優點。軋鋼加熱爐熱效率普遍偏低，在未被利用的能量當中，爐體散熱損失占50% 以上[2]。與采用換熱器的常規換熱加熱爐相比，采用蓄熱式燃燒技術的加熱爐，其節能效果一般在20%～30%。因此，蓄熱式燃燒技術成為近年來軋鋼加熱爐改造和新建的主要發展方向。

1 存在的問題

隨著蓄熱式軋鋼加熱爐推廣應用的逐漸深入，科研人員和工廠工程技術人員對蓄熱式燃燒技術的研究和了解也逐步深入。在蓄熱式軋鋼加熱爐的應用過程中人們逐漸認識到其不足之處，如新建蓄熱式加熱爐造價高，蓄熱體容易堵塞，爐膛壓力高、波動大、不易調節，存在交叉污染，設備及管道多、結構復雜，檢修維護費用高等。因此，有一種蓄熱式軋鋼加熱爐節能不節錢的觀點，其推廣應用也就遇到了新問題。

蓄熱式軋鋼加熱爐由于應用時間較短，在應用中存在一些問題也是難免的。首先，蓄熱式燃燒技術應用于軋鋼加熱爐的最大貢獻就是提高了高爐煤氣的理論燃燒溫度，使熱值很低的高爐煤氣加熱鋼坯成為現實，從而避免了對高爐煤氣的大量放散，節約了大量資源。因此，蓄熱式燃燒技術具有良好的優點，值得進一步推廣應用。目前，一種觀點認為，對于有充足高熱值煤氣的鋼鐵聯合企業，采用此技術得不償失，也就是所謂的蓄熱式軋鋼加熱爐存在較多問題、節能不節錢，認為蓄熱式燃燒技術應退出以較高熱值（熱值大于2000Kcal）煤氣為燃料的加熱爐，代之以原來的常規加熱爐。

2 解決措施

要使蓄熱式軋鋼加熱爐的應用更加廣泛深入，從根本上充分發揮其長處、抑制降低其缺點才是根本出路。具體措施就是從細節上優化對蓄熱式加熱爐的設計，科學使用、維護，從而降低蓄熱式軋鋼加熱爐新建或改造的投資費用，降低其檢修維護費用，充分發揮出其節能降耗的優勢。蓄熱式軋鋼加熱爐在設計或改造、應用中應注意以下幾點：

2.1 采用蓄熱燒嘴式加熱爐

設計中盡可能采用蓄熱燒嘴式加熱爐，不采用內置式或外置式蓄熱加熱爐。因為蓄熱燒嘴式加熱爐具有不易泄漏、施工簡單、維修方便、占用空間小、操作控制靈活等優點。而內置式蓄熱加熱爐有容易泄漏、施工復雜、不易維修、故障點多的缺點，外置式則有體積龐大、占用空間大、管道復雜等缺點。

2.2 加熱爐的爐膛分段要合理

大型蓄熱式軋鋼加熱爐的爐膛分段不宜過少，每段不宜過長，否則不利于爐溫控制和鋼坯加熱質量。根據各鋼廠實踐經驗，對于均采用分段集中換向方式的同規格兩臺蓄熱式加熱爐，一臺采用四段式加熱制度設計，一臺采用三段式加熱制度設計，在實際應用中，采用四段式加熱設計的加熱爐爐溫及爐膛壓力更容易調節控制、鋼坯加熱質量更好。

2.3 換向閥及管道設計

換向閥（尤其是四通換向閥）應具有良好的嚴密性，這對于減少因換向閥密封不嚴密而帶來的交叉污染極為重要，同時對于減少事故、減少環境污染也極為重要。換向閥的安裝位置也是減少交叉污染的很重要的一點，換向閥后管道布置要合理，設計或改造中應盡可能使換向閥之后到蓄熱式燒嘴之間的煤氣或空氣（同時也是煙氣）管道的長度盡可能短、容積盡可能小，因為此處管道的容積與交叉污染量是成正比例的。同時此處容積的大小也決定著爐子空燒狀態存在時間的長短，這也影響著爐子加熱能力的發揮。再者，加熱爐的各個分段控制四通換向閥所匹配的左右兩側管道的長度和容積應盡可能相等，防止出現左右兩側管道的長度和容積相差過大而產生偏流的問題，這樣可以使雙排料加熱爐的爐膛溫度更易于控制，可使加熱出的任意一塊鋼坯的溫度更趨于均勻。

2.4 降低蓄熱式加熱爐的“空燒”時間

降低蓄熱式加熱爐的“空燒”時間。蓄熱式加熱爐在使用中，由于換向閥需要換向，煤氣快速切斷閥也需要相應啟閉，這些閥門的動作都需要時間。在其動作時，沒有燃料流入爐膛內，此時的加熱爐處于沒有燃料的“空燒”狀態。因此，換向閥、煤氣快速切斷閥的動作時間也應盡可能縮短，這樣可以有效縮短爐子的“空燒”時間，提高爐子的加熱能力和鋼坯的加熱質量。

2.5 氧化鋯殘氧分析儀設置

氧化鋯殘氧分析儀的檢測點不宜設置在排煙管道上，應設置在爐膛內某點，這樣測得的數據更有真實性。如果安裝在排煙管道上，由于四通換向閥均存在不同程度的內泄漏，容易造成檢測到的殘氧含量不準確，造成加熱工對燃燒控制的盲目性，造成爐子的燃耗高，鋼坯的加熱質量變差。

2.6 加熱爐的操作使用與科學維修

加強蓄熱式加熱爐的操作使用管理和科學維修管理，有效延長蓄熱式軋鋼加熱爐的使用周期，從而降低維修費用。

3 結束語

隨著我國能源危機問題日益突出和政府對節能降耗、淘汰落后產能工作的重視，軋鋼加熱爐節能降本工作已引起了廣大學者的關注[3]。在蓄熱式軋鋼加熱爐的設計、改造、使用中注意到上述幾點，即可以進一步發揮蓄熱式軋鋼加熱爐的優勢，又可以使蓄熱式軋鋼加熱爐做到即節能又節約資金。