熱軋帶鋼加熱爐節能降耗措施研究

張 斯

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067000）

我國國民經濟的增長離不開鋼鐵行業，是我國社會經濟發展的主要動力之一，隨著經濟建設的需要，我國鋼鐵產量不斷增加，鋼鐵生產的總產量已經占全球鋼鐵總產量的很大部分。我們生產鋼鐵時，需要能源作為生產基礎，生產的鋼鐵產量越高，所需能源越多，不必要的能源損耗，會增加鋼鐵生產的成本，導致鋼鐵行業在社會中的競爭力下降。其中熱軋帶鋼加熱爐是鋼鐵生產的主要設備，也是能源消耗的主要場所，但現階段研發的熱軋帶鋼加熱爐還存在一些問題，熱軋帶鋼加熱爐容易出現漏火漏氣現象，能源不能全部被燃燒利用，加熱擋板容易堵塞影響，加熱爐熱量傳輸性能較差。為了保證生產鋼鐵的經濟效益，增強鋼鐵行業的競爭力，必須降低熱軋帶鋼加熱爐的能源損耗成本，所以研究熱軋帶鋼加熱爐節能降耗措施尤為重要。通過節能降耗措施能夠提高熱軋帶鋼加熱爐的工作性能，能夠有效控制整個加熱爐中能源的燃燒過程，讓能源能夠產出最大熱能，將熱能有效傳遞給生產中的熱軋帶鋼，熱軋帶鋼加熱率的能效研究還包括爐體保溫盒余熱回收能效。

1 熱軋帶鋼加熱爐發展現狀

熱軋帶鋼加工爐是鋼鐵生產中重要的加工設備，燃燒加熱物料的主要場所，它的主要作用就是根據具體的制造鋼鐵要求，將鋼鐵材料加熱到標準溫度，有利于鋼鐵材料順利進入下一步加工環節。加熱爐將燃料中能量轉化為熱能，需要大量燃料作為支撐，成為鋼鐵行業的主要耗能設備，我國熱軋帶鋼加熱爐一般采用煤和天然氣作為主要燃料，燃料在燃燒過程中會產生大量的二氧化碳和氮氧化合物，以及其他污染物，嚴重影響大氣環境[1]。熱軋帶鋼加熱爐類型較多，可以按照加熱爐的結構、用途和操作壓力進行分類，不同類型加熱爐的加熱對象和加熱目的不同。根據某地區鋼鐵行業的加熱爐運行實際情況進行分析，某地區鋼鐵加熱爐工作環境如下圖1所示。

圖1 加熱爐加工場景

圖1表示熱軋帶鋼加熱爐工作場景，容量規模為100萬噸的熱軋帶鋼加熱爐每年燃料消耗量大約為8萬噸，每年燃料費用為3.5億元，每年煙氣排放量為175萬噸，容量規模為150萬噸的熱軋帶鋼加熱爐每年燃料消耗量為13.5萬噸，每年燃料費用為5.4億元，每年煙氣排放量為180萬噸[2]。根據上述某地區鋼鐵行業加熱爐發展現狀發現，加熱爐燃料消耗量和煙氣排放量較大，加熱爐的熱效能利用率不高。研究熱軋帶鋼加熱爐節能降耗措施尤為重要，解決加熱爐熱效率、環境污染和加熱爐安全等問題，提高鋼鐵行業的經濟效益。

2 熱軋帶鋼加熱爐存在的問題

2.1 加熱爐漏火漏氣嚴重

熱軋帶鋼加熱爐在使用過程中會出現磨損現象，加熱爐投入使用時間較長，熱軋帶鋼加熱爐會出現漏火漏氣現象，漏火漏氣現象主要出現在加熱爐蓄熱室局部區域，漏火漏氣會導致加熱爐的內部溫度受熱不均勻，嚴重損壞加熱爐護爐板和墊塊，直接影響加熱爐的工作效能，導致加熱爐不能正常運行加工工作。加熱爐墊塊是加熱爐的核心部件，是加熱爐加工工作的重要組成部分，墊塊材料一般選用鈷基合金材料和鎳鉻合金材料，不同規模熱軋帶鋼加熱爐選用的墊塊材料不同，加熱爐墊塊具有很強的耐磨性和抗高溫性，一旦加熱爐墊塊受到損壞，很大程度上加熱爐會出現報廢情況[3]。造成加熱爐漏氣漏火的主要因素是由加熱爐蓄熱室的結構不穩定導致的，制造加熱爐采用纖維板作為加熱爐的保溫材料，加熱爐蓄熱室中的纖維板和護爐板銜接效果不好，加熱爐在加工過程中，內部結構會發生變化，兩個板塊銜接點的地方就容易出現漏火漏氣現象。加熱爐加工時，煤氣進行換向運轉，換向閥門被卡阻，或者密封不嚴也會出現漏火漏氣現象[4]。蓄熱室燃氣換向過程圖如下圖2所示。

圖2 燃氣換向過程圖

根據上圖可知，蓄熱室中的燃氣會通過換向閥進行傳輸，燃料熱能也會通過換向閥進入蓄熱室，換向過程完成，關閉換向閥。換向閥和蓄熱室是造成漏氣漏火的主要場所。

2.2 加熱爐燒嘴磚易損壞

熱軋帶鋼加熱爐在使用過程中，加熱爐的擋板磚容易出現堵塞情況，擋板磚堵塞會嚴重損壞燒嘴磚。鋼鐵行業中的熱軋帶鋼加熱爐一般采用的煤炭作為主要的燃料，燃燒煤炭會產生大量的煙氣、粉末和雜質，是堵塞加熱爐擋板磚的主要物質。擋板磚由很多氣孔構成，對加熱爐內部溫度起到一個調節作用，保證加熱爐的溫度控制在標準范圍內，一旦氣孔被堵塞，加熱爐的擋板磚結構可能會產生一定的變化，嚴重時擋板磚會出現彎曲變形等情況，加熱爐內部溫度達不到標準要求，加工出來的產品質量會受到嚴重影響。燃料產生的煙氣和粉塵具有一定的腐蝕作用，長期受到煙氣和粉塵的污染，會降低燒嘴磚的強度，加熱爐運行時間越長，燒嘴磚的受損程度越高，燒嘴磚的強度是影響加熱爐加工質量和耗能的主要因素，加熱爐加工工作時間越久，加熱爐的燃燒質量會降低，燃燒耗能量增加，燒嘴磚主要是采用鐵皮合金鑄成，煙氣會加快燒嘴磚的鐵皮氧化量，維護成本較高。構成加熱爐的零部件較多，每一個零部件的損壞都會影響加熱爐的加工效能，比如換熱器損壞、爐底結渣和爐內水管結垢都會影響加熱爐的燃燒質量，縮短加熱爐的使用周期。

3 熱軋帶鋼加熱爐節能降耗措施

3.1 優化加熱爐內部結構

根據熱軋帶鋼存在的問題提出相應的解決措施，加熱爐內部結構是造成加熱爐漏火漏氣的主要原因，我們需要不斷優化加熱爐的內部結構，緊密銜接加熱爐中每一個運行區域。對加熱爐內部材料進行改變，采用耐火纖維和輕質耐火材料結合筑路，內部材料主要以輕質耐火材料為主，能夠提高蓄熱室的散熱和蓄熱功能，有效增加加熱爐的熱能利用率。輕質耐熱材料的利用率能夠達到86%，熱量損失在16%左右，加熱爐在加工過程中，加熱爐內部材料會吸收很大部分的熱量，輕質材料吸收的熱量較低，保障了加熱爐蓄熱室中的熱能。輕質材料還具有隔熱和保溫功能，減少加熱爐中的熱量流失。加熱爐裝爐技術會對加熱爐內部結構構成一定程度的影響，傳統的裝爐技術采用澆灌和預制構件等方法進行筑路，加熱爐內部的嚴密性不高，降低了加熱爐的使用壽命，維修靈活性較差[5]。現階段的鑄造技術不斷提高，筑爐技術得到很大提升，加熱爐內部結構緊密性較好，縫隙縫合質量高，使用多功能爐襯加熱爐，以黑體強化輻射技術為主，有利于增強氣密性。

3.2 調整燒嘴磚角度

加熱爐燒嘴磚分為均熱段端燒嘴磚，加熱段上部側燒嘴磚，加熱段中部側燒嘴磚和加熱段下部側燒嘴磚，每一個區域的燒嘴磚個數也不相同，我們需要根據加熱爐加工工作的實際情況進行布局，調整每一個燒嘴磚的位置和角度，減少燒嘴磚的損壞程度。由于每一個加熱爐內部區域溫度和壓力不同，區域中燒嘴磚角度需要按照加熱爐內部壓力進行調整，壓力值大的區域增加燒嘴磚數量，傾斜角增加，壓力值較小的區域減少燒嘴磚數量，傾斜角減小。煙氣和粉塵是影響燒嘴磚的主要因素之一，我們可以減少煙氣和粉塵對燒嘴磚的影響程度，采用煙氣凈化技術降低煙氣的排放量，采用更加環保的燃料作為加工生產的主要燃料，減少粉塵的排放量。加熱爐的運行時間越長，燒嘴磚的性能越差，我們按時更換燒嘴磚，定期維護燒嘴磚。燒嘴磚會吸收一部分蓄熱室熱量，我們可以采用熱氣回收技術，回收燒嘴磚中的熱量，通過改變水管支撐結構，有效制定燒嘴磚的合理位置。

3.3 加熱爐分段燃燒控制技術

對加熱爐進行分段燃燒技術的應用，其中要在爐膛的各個控制端進行氣氛測量探頭的安裝，對于各段氧氣和一氧化碳的含量進行實時測量，并根據測量值對各段的空氣配比進行及時調整，控制氧氣和一氧化碳的含量在標準范圍內，從而實現耗能的減少。

3.4 加熱爐燃燒優化過程

由于受到煤氣熱值波動、流量計量誤差、閥門開度誤差、氣體泄漏、排煙速度等因素的影響，導致爐內燃燒狀態出現偏離的情況。要想將燃燒提升到最佳狀態，進行燃燒狀態檢測、動態尋優、優化調整是必不可少的，從而從根本上節約了煤氣的使用。

4 結語

本文研究熱軋帶鋼加熱爐節能降耗措施，研究措施運用到實際加熱爐運行中，加熱爐在節能降耗方面取得了良好的效果，減少了鋼鐵行業的制造成本。根據熱軋帶鋼加熱爐發展現狀，發現加熱爐在工作時存在一些問題，根據具體問題給出相應的解決措施。本文對熱軋帶鋼加熱爐存在的問題分析不全面，加熱爐節能降耗還有很大潛力，希望在下一次研究中優化加熱爐節能降耗措施，擴大鋼鐵行業的經濟效益。