基于蓄熱式加熱爐升級改造的若干問題與對策研究

柯 燕

（寶武集團鄂鋼公司，湖北 鄂州 436000）

寶武集團鄂鋼公司軋材廠棒二車間加熱爐原來為通道式加熱爐，于2003年開始運行，2008年進行了一次改造。改造后是一座燃料為高、焦混合煤氣的雙蓄熱、步進梁式加熱爐，有效尺寸24m*9.8m，改造后運行已達10年，存在較高的安全、設備風險運行。在2018年的環保督查過程中，被點名批評煙氣無組織排放，定為環保重點整改項目，且加熱爐爐壓高、爐體冒火對爐外設備損傷大、能耗高，煙氣外泄安全風險大。

隨著國家環境保護政策要求的提升，鄂鋼面臨著巨大的環保壓力。棒二加熱爐作為鄂鋼主軋線的龍頭設備，因增產需要，長期超負荷運行，燃燒能力不能夠滿足鄂鋼的效益需求，同時也不能滿足能源節約及環保指標的要求，在目前“節能環保、降本增效”的大環境下，存在巨大的成本和環保劣勢，燃燒系統改造升級，迫在眉睫。

2019年，軋材廠對棒二加熱爐進行了全面改造升級，改造后加熱爐實現了煤氣零泄漏、能耗低、操作方便、加熱質量好、產量高等目標。

1 改造前加熱爐存在的問題

1.1 爐況差、爐膛熱損失大，煤氣泄漏危險系數高

棒二加熱爐在2008年的爐體大修中，燒嘴磚為直接和爐墻一體澆筑，蓄熱式再在外面和爐墻鋼板進行焊接，此處焊接在結構上沒有密封。在生產過程中，煤氣會從此焊接縫隙處竄出，形成微爆或者冒火現象，存在安全風險。

另外爐墻內裂紋較多，局部爐墻有翹曲的情況，存在剝落、垮塌的風險。爐體密封性差，加熱段爐墻外皮溫度超過200℃、爐頂表面溫度超過350℃、爐底鋼板溫度150℃左右，爐膛熱損失大。

1.2 蓄熱能力凸現不足

蓄熱箱體積小，導致蓄熱體容量小，蓄熱能力不足。空、煤氣預熱溫度降低，排煙溫度升高，經常出現超溫報警現象。

1.3 鋼坯加熱質量下降、氧化燒損嚴重

由于加熱能力不足，存在鋼坯在爐時和強化加熱現象，從而造成鋼坯加熱質量下降，鋼坯坯斷面溫差大，氧化燒損嚴重等缺陷。

1.4 燃燒系統存在缺陷

原燃燒系統采用集中換向，每換向一次有3秒鐘煤氣向大氣直排，屬于重大安全及環保隱患。且燃燒狀態和排煙狀態切換時不可避免地存在煤氣短路泄漏，造成煤氣浪費。

1.5 人工操作控制水平低、勞動強度大

爐壓、爐溫不能自動控制，人工操作滯后且隨意性較大，操作精度低，操作頻繁，勞動強度大，且爐溫、爐壓控制不穩，波動大。

1.6 水粱、水封槽等設備老舊

棒二加熱爐水梁及水封槽屬于超期服役，已經疲勞、碳化嚴重，多處漏水，存在較大運行風險。

2 加熱爐升級改造方案

加熱爐升級改造標準：技術先進、操作可靠、各項指標先進，節能、環保。

2.1 爐體重新設計，增大燃燒空間

（1）加熱爐砌體全部拆除，重新施工。砌體重新設計，對爐墻的兩側墻進行重新砌筑，通過改變爐墻鋼結構立柱的分布，加熱爐內寬（9800mm）不變，將棒二的爐墻厚度由現在的1000 mm降低為500 mm。

（2）對現有加熱爐侵蝕較嚴重的爐頂進行拆除，將爐頂抬高200mm,增加上部爐膛空間。

（3）重新設計爐底砌體，爐底減薄，增加下部爐膛空間100mm。增大整個加熱爐的燃燒空間。

原爐體尺寸：

加熱爐砌體全長------------25648mm。

加熱爐有效長--------------24060mm。

爐子砌體外寬---------------11800 mm。

爐子內寬-------------------9800 mm（爐墻厚度1000mm）。

加熱段上爐膛高度-----------1400 mm。

均熱段下爐膛高度-----------1800 mm。

原燃燒空間：24.06×9.8×3.2=754.5216m3。

改造后加熱爐主要尺寸：

加熱爐砌體全長--------------25648mm。

加熱爐有效長----------------24060mm。

加熱爐砌體寬-----------------10800mm。

加熱爐內寬-------------------9800mm。

上部爐膛高度-------------------1600mm。

下部爐膛高度-------------------1900mm。

改造后燃燒空間：24.06×9.8×3.5=825.258m3。

燃燒空間在原基礎上增大了9.38%。

2.2 增大蓄熱燒嘴的蓄熱能力

通過爐墻減薄內縮的方式，將節省下來的空間用來加大蓄熱箱，蓄熱燒嘴由原來的內嵌式改為外拉式蓄熱燒嘴，將擋磚及蓄熱體的安裝位置全部移到爐墻以外的蓄熱箱箱體內，爐墻內只留下燒嘴噴口，在保證爐墻穩定的情況下可以將蓄熱箱做得更大，安裝更多的蜂窩體，提高加熱爐的供熱蓄熱能力。同時蓄熱箱噴口改為剛玉質的預制燒嘴磚，耐侵蝕、耐沖刷。提高了爐體使用壽命，極大程度地降低了煤氣泄漏風險，提高了燃燒系統安全性。

2.3 換向閥升級改造

換向閥乃蓄熱式加熱爐的關鍵設備，因其動作頻率高，必須保證其可靠性。改造后全部采用雙執行器二位三通換向閥。原煤氣三通換向閥閥板動作由兩個垂直排列的限位器檢測，閥板在任一位置，都會形成氣體通路，故障率高，且安全系數低，維修工作量和備件費用較高。現將原三通閥改為性能優越的雙關式三通閥，采用立式雙列布置，工作原理基本相同，區別為閥板動作是通過兩個氣缸分別驅動，并且分別由兩個電磁閥進行控制。該閥能實現先關后開，作為煤氣換向閥使用時，能有效避免煤氣與煙氣互竄現象，使用更安全。且在斷電及排煙溫度超高時，該閥可以實現雙關，使系統運行更安全，也有利于加熱爐檢修及加熱溫度控制。

2.4 燃燒控制系統升級

燃燒控制系統的PLC軟硬件全部更換，爐頂煤氣管道重新布置，將原來的集中換向方式改為分散換向。系統根據人工設定的溫度目標，在燃燒中及時迅速地自動調節空氣和煤氣的流量，可以精確修正空燃比，確保爐膛溫度的穩定性。解決了因現場操作人工監控不足導致的爐壓波動較大，能耗高、加熱不均等問題。

加熱爐實現智能燃燒后，可適應煤氣熱值及壓力的大范圍波動干擾，維持合理空燃比例，提高了燃燒的效率，節能降耗。同時，大大減輕了工人的勞動強度，生產效率更高、生產成本更低，燃燒控制系統運行更加安全穩定可靠，設備運轉更安全。

2.5 其他設備改造

（1）爐內所有水梁、水梁立柱及水封槽全部更換。

（2）排煙系統原有引風機3臺，2用1備。設計上倒換不方便，基本失去了備用的實際功能，同時原排煙風機能力不足，供大于排，導致爐壓高，此次改造，拆除備用風機，2臺利舊風機作為備用風機，新增2臺引風機（200KW）作為主風機。

（3）各段煤氣流量檢測和氣動調節閥均重新設計采購安裝，煤氣流量采用圓缺孔板流量計，空氣及煤氣調節閥均采用氣動調節閥。所有熱電偶及熱電阻全部換新。為燃燒系統實現自動控制提供必要條件。

3 加熱爐升級改造效果

加熱爐改造前后主要經濟技術指標對比如下：

表1 改造前后技術經濟指標對比表

3.1 加熱能力和加熱質量得到提升

加熱爐升級改造完成后，加熱能力得到了提升，冷坯加熱能力達到了137t/h，滿足軋線提產增效的需求。同時鋼坯加熱質量得到了提升，鋼坯斷面和長度方向溫差減小。

3.2 爐況得到改善

升級改造后，爐壓降至30Pa以下，爐子絕熱效果加強，煙溫下降明顯，爐周溫度降至70℃以下，蓄熱損失和散熱損失大大減小，爐周環境大為改善。加熱爐周圍實測煤氣泄漏量為零。

3.3 自動控制程度提高

加熱爐燃燒系統升級后，實現了三段爐溫自動控制、三段空燃比自動控制、爐壓自動控制等功能，控制精度和水平大大提高，消除了人工操作的不利因素。工人勞動強度降低，操作環境得到改善。

3.4 加熱成本及氧化燒損減少

新的外拉式蓄熱箱增大了蜂窩體安裝體積，增大燃燒系統的蓄熱能力，降低排煙溫度，增加預熱溫度，從而降低煤氣消耗量，達到降低能耗的目的。同時，燃燒系統升級后，實現了爐溫和能源消耗的優化控制。在滿足軋線產量和加熱質量的條件下，使坯料出爐溫度最準、斷面溫差最小，坯料表面脫碳最少，燃耗最低。

3.5 加熱爐安全系數提高

雙執行器兩位三通換向閥的應用，大大提高了加熱爐的本質安全水平。

4 結語

寶武集團鄂鋼公司棒二車間蓄熱式加熱爐升級改造后，各項技術經濟指標得到了大幅度提升，為公司創造了巨大的經濟效益和社會效益，實現了棒二生產線的安全、高產、穩定運行。