初軋均熱爐節能分析

王兆云

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

均熱爐是在初軋前把鋼錠加熱或保溫一定時間，使得鋼錠內部溫度均勻而適用于金屬塑性加工用的坑式爐，屬于非連續生產爐。

均熱爐生產特點是周期性工作，其溫度制度和供熱制度隨時間變化。均熱爐的爐溫較均勻，加熱質量也較好，在加熱一些特殊鋼種時具有明顯的優勢，在強調節能減排的今天仍有部分鋼種生產依賴于均熱爐。

受均熱爐生產周期、產量、爐子本身結構以及操作制度的影響，均熱爐的燃料消耗較高，噸鋼單耗的2.5GJ/t以上。因此，降低均熱爐噸鋼單耗是節能工作的重點。

1 均熱爐概況及存在問題

某初軋廠現有12個均熱坑，以熱值為1400kcal/m3高焦混合煤氣為燃料。均熱爐生產區每個月的計劃生產量為11000t～15000t，主要作為新建加熱爐產能的補充，保證軋線滿負荷運作。隨著產品結構的不斷調整，高附加值產品的產量增加，使得鋼錠的加熱時間延長，加熱質量要求不斷提升，均熱爐的加熱能力、煤氣消耗已經成為制約初軋生產線發展的瓶頸。

通過一段時間對均熱爐群的生產情況進行了比較系統的跟蹤調查，獲取了一些生產數據，并對此進行了分析，發現主要存在如下一些問題。

1.1 燃燒不充分

對均熱爐煙道預熱器、爐蓋孔、側墻處進行煙氣成分測量，結果發現。

（1）預熱器處CO含量基本超標，大部分超過煙氣分析儀的測量上限10000ppm，其余的也在幾千ppm左右，而O2含量則較低。

（2）部分爐蓋孔處CO含量控制在50ppm以下，另一些也在幾千ppm，有些部位煙氣中無O2，另一些部位O2含量則在5%以上。

（3）側墻部位煙氣成分不均勻，不同位置的CO和O2含量各不相同，CO從幾個到幾千個ppm不等，O2含量從0到7%以上。

測試結果說明均熱爐坑內部氣氛分布不均勻，有大量煤氣未完全燃燒即進入煙道中。

燃燒不充分的原因主要有兩種：空氣量不足造成的化學不完全燃燒或者空煤氣混合不均造成的機械不完全燃燒。為了得知是哪種不完全燃燒，在同一工況下保持空氣流量不變、減少煤氣流量，發現爐內溫度反而下降，說明均熱爐不完全燃燒是由空煤氣混合不均造成的。

均熱爐的供熱方式決定了爐膛燃燒不會均勻。采用底部單燒嘴供熱，為了保證加熱均勻，火焰長度必須足夠到達爐頂，使高溫煙氣在爐膛內部形成回旋氣流，與鋼錠各面都接觸均勻。為此，采用擴散燃燒方式加熱，煤氣從中間管道噴出，空氣從兩側沿煤氣管道徑向煤氣流向噴出，在燒嘴出口處與煤氣混合，開始燃燒。受限于混合區域空間較小，混合時間不足，大量煤氣未經燃燒即被噴入爐膛內部。煙道在爐墻四側抽走煙氣，使得部分煤氣來不及燃燒即被抽入煙道中，在煙道中燒掉。剩余煤氣沿火焰長度上升，繼續與空氣混合燃燒。根據混合時間的不同，煤氣在爐膛內部不同位置燃燒，因此爐內不同位置的CO含量都不相同。估算每個坑均存在著約3～5%的不完全燃燒現象。

1.2 煙道陶土換熱器漏風嚴重

均熱爐采用八角管磚陶土換熱器，將空氣預熱至350℃以上進入爐內燃燒。

在跟蹤生產中發現，操作畫面中顯示的空燃比超過了4.5，而按照煤氣熱值1400kcal/m3計算，空燃比不會超過1.45。但煙氣分析結果又顯示O2基本已經燒完，CO過量，說明空氣并不過量。

分析原因，可能有兩種結論：空煤氣流量顯示錯誤或者陶土換熱器漏風，大量空氣未進入爐膛燃燒。空煤氣流量計有專門的儀控人員定期檢查維護，故障的可能性較小，可以認為主要是陶土換熱器漏風。從經驗來看，陶土換熱器的漏風率約為20%～60%[1]，個別爐坑的漏風率超過了70%。若以此推算，除去漏風風量，空煤氣配比比較符合正常。

換熱器漏風高，將帶來下列問題[2]。

（1）空氣漏入煙道，降低煙氣溫度，從而降低了預熱空氣溫度，減少煙氣余熱回收。

（2）空氣預熱溫度的降低影響煤氣的理論燃燒溫度，增加煤氣消耗。

（3）熱負荷受到限制，爐溫加不上去，加熱緩慢，延長鋼錠加熱周期，不僅增加煤氣消耗，也增加了鋼錠的氧化燒損率。

（4）鼓風機長期處于滿負荷工作狀態才能保證空氣量的供應，降低了鼓風機的壽命；大量直接進入煙道的空氣白白消耗電能。

（5）煙氣中混入空氣，與被抽入煙道中的煤氣混合燃燒，加重換熱器損壞。

1.3 生產調度計劃不緊湊

由于初軋廠軋制鋼種多，計劃編排有難度，經常會出現鋼錠在爐內保溫幾天甚至一星期以上，大大增加了能耗。

1.4 爐體散熱損失較大

經測量，爐體表面溫度高達170℃～230℃，爐蓋溫度超過250℃，爐蓋沙封處都透紅。利用傳熱公式計算，每小時的散熱損失在300m3煤氣以上，折算成單耗為2m3/t～3m3/t。散熱損失大會帶來下列問題：

（1）增加燃料消耗，部分煤氣產生的熱值，白白浪費在散熱損失上。

（2）爐體周圍溫度高，惡化周圍環境。

（3）易降低爐體壽命。

1.5 裝出鋼時爐門開啟時間有改進余地

均熱爐出鋼時為保證爐內溫度不降，采取出一根鋼—蓋上爐蓋—出下一根鋼的方式，爐門輻射熱損失和逸氣熱損失控制較好。而裝鋼時則較隨意，有些裝鋼時蓋爐，有些則敞爐裝鋼。工藝要求規定有些鋼種裝鋼時需控溫，有些則無規定。對于裝爐溫度無要求的鋼種，可采取蓋爐裝鋼的模式。

以1000℃的平均爐溫、每天裝兩爐這種鋼種、每次裝鋼半小時計算，敞口裝鋼每小時的輻射及逸氣熱損失消耗煤氣約為12000m3，每月消耗煤氣360000m3，分至均熱爐13000t的月產量中，折算單耗約28m3/t。若能改成蓋爐裝鋼，減少一半的敞口時間，可減少約50%的熱損失，即降低單耗13m3/t左右。

2 節能措施與效果

經過多次實地調查和技術討論后，考慮到實際情況，制定出如下幾條針對性的措施。

（1）控制裝出鋼時的爐門開啟時間，對于裝鋼時溫度不限的鋼種，采取蓋爐裝鋼模式；對裝鋼時爐溫有要求的鋼種，盡量不用熱坑降溫裝鋼，而是用溫度將近坑裝鋼。

（2）勤檢修，堵住沙封漏火處。裝出鋼之后需要重新用砂子堵住沙封漏火處，減少熱損失。

（3）保持合理的開坑率，按照任務情況來確定開坑數。生產調度安排時盡量減少鋼錠的提前入爐時間，減少無謂的煤氣消耗；鋼錠燒好時及時出鋼，減少鋼錠的在爐時間。盡量減少空爐待料、保溫待軋等時間。原先一個月平均每爐鋼需降溫至800℃待溫20小時，降低一半的待溫時間，噸鋼單耗將減少20m3/t以上。

燃燒狀況、爐體散熱、換熱器漏風等屬于均熱爐群本身硬件問題，留待均熱爐大修改造時解決。

理論上計算得出，這些措施能夠降低均熱爐群噸鋼單耗40m3/t左右。

實施這些節能措施后，初軋廠的單耗整體上下降了8.35%。若單獨計算均熱爐單耗，則相對于往年627m3/t的單耗水平下降約6.38%。

3 遠景節能展望

通過以上措施，均熱爐群的節能工作已經取得了一定的成效，隨著時間的推移，爐況將惡化，節能效果將打折扣。為了保證在今后的一段時間內初軋廠達到節能目標，需要采取以下措施作進一步的改進。

（1）生產組織進一步優化，將保溫待軋時間降至最低，開的爐坑數量最合理，同時做到好坑燒易加熱鋼錠，減少加熱時間。

（2）優化燃燒方式，在滿足工藝條件的基礎上改進燒嘴，使得空煤氣燃燒時盡量混合均勻，減少被煙道抽走的煤氣量。

（3）停爐大修時檢修陶土換熱器，用長陶瓷管元件砌筑陶土換熱器，減少砌筑接縫，以減少漏風。

（4）用不定形耐火材料筑爐，減少爐體散熱。重點可放在爐蓋方面，用保溫較好的耐火纖維鋪設在爐蓋內部并固定好，與其他耐材形成組合爐襯，可降低爐蓋表面溫度，減少散熱損失。

采取以上措施后，可將初軋廠的整體單耗穩定在385m3/t左右。