余熱鍋爐在60 m 退火爐的應用及實踐

付俊生，崔建坤，劉俊文，楊軍期

（安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司，河南 安陽 455133）

0 引言

我國的球墨鑄鐵管行業起步于20 世紀90 年代初，在中國城鎮供水協會的大力支持下迅猛發展，經過20 余年的實踐使用，球墨鑄鐵管安全性、實用性已被供水行業高度認可。近年來，鑄管行業通過工藝技術改造、裝備結構優化、裝備水平提升等一些新工藝的引進，并加強工藝技術操作，努力提高鑄管產量、質量，使鑄管生產技術取得了較大進步，同時使鑄管技術經濟指標得到明顯改善。安鋼集團永通球墨鑄鐵管有限責任公司實現DN=80～1 200 mm 的球墨鑄鐵管年產75 萬t，有2 臺退火爐，生產工藝采用國內先進的60 m 長蓄式退火爐。進一步提高球墨鑄鐵管產量、降低成本、增加效益已經成為球墨鑄管行業新的努力方向。因此，在鑄管一車間現有的條件下深挖其內部潛力，促使退火工藝進一步的優化和升級，降耗就成為鑄管面臨的一個重要課題。

1 退火爐的構成及現狀

退火工藝采用國內先進的60 m 長蓄式退火爐，內寬7.2 m，共分四段，加熱段、保溫段、急冷段、緩冷段，進、出口有風幕，由鏈條將鑄鐵管帶入爐內進行退火處理。該爐采用高爐煤氣作為燃料，在加熱段爐窯內通過燒嘴噴射投入爐內燃燒來對鑄鐵管進行加熱，爐窯內溫度保持在1 040～1 050 ℃；保溫段的熱量由鑄鐵管帶入，另有燒嘴噴射燃燒來控制調節溫度，使溫度保持在990～1 010 ℃；急冷段是將鑄鐵管帶入的熱量通過爐冷卻水管路循環而由高溫傳入低溫，將溫度控制在700～900 ℃；緩冷段是將鑄鐵管帶入的熱量通過鼓風混合降溫后由引風機送至煙囪，使爐內溫度保持在600～700 ℃。

2 退火爐余熱利用方案

余熱回收主要利用60 m 退火爐緩冷段中鑄鐵管的熱量，通過增設余熱鍋爐交換產生蒸汽，以此來滿足生產用氣需求。

1）在退火爐緩冷段底均布開設Φ220 mm 孔20個，安裝Φ219 mm 不銹鋼導風管并將導風支管匯集到主管道上，Φ219 mm 不銹鋼導風管周圍用耐火材料密封。

2）在廠房外增設余熱蒸汽鍋爐，在被冷空氣冷卻的過程中，退火爐內緩冷段的熱鑄管產生了熱空氣，熱空氣由爐底管道引出，經過余熱鍋爐時被吸收并產生蒸汽，被冷卻的空氣由引風機經爐頂管道再送到退火爐內，實現了空氣循環冷卻熱鑄管和余熱的利用。

3）退火爐爐底及爐頂進出口管道設控制閥門，引風機為變頻控制，在確保退火溫度滿足工藝需要的前提下，回收余熱生產蒸汽。該余熱回收方式最大特點是冷卻風可循環利用，冷卻風量可以根據退火爐的生產工藝要求靈活調控，最大限度地實現了退火爐生產不受余熱回收影響，但同時也決定了余熱蒸汽的回收量完全是由退火爐的生產狀況來決定的。

4）余熱鍋爐所產生蒸汽與蒸汽主管道并網，實現車間內部用氣自產自用。

3 熱力計算

根據目前退火爐緩冷段爐膛溫度約700 ℃、冷卻鼓風量為13 000 m3/h（由工藝需要的退火溫度決定）的特性進行熱力計算。

3.1 傳熱部件計算結果

傳熱部件計算結果匯總情況如表1 所示。

表1 傳熱部件熱力計算結果

3.2 煙氣特性及溫焓計算

煙氣特性及溫焓計算結果如表2 所示。

表2 煙氣特性及溫焓計算表

4 余熱鍋爐設計特性

根據退火爐緩冷段生產現狀特性和熱力計算，對余熱鍋爐進行了優化設計，采用臥式余熱蒸汽鍋爐，將其布置于室外。

4.1 鍋爐總體結構布置

本鍋爐按煙氣流動方向布置前煙箱、煙管、后煙箱。

鍋筒采用煙管式單鍋筒結構，前后管板為平管板，鍋筒筒體的材料選用Q245R。

4.2 余熱鍋爐運行原理

鍋筒內的水經吸熱后，部分水蒸發為水蒸氣，在鍋筒內汽水被分離，分離出來的水蒸氣從鍋筒頂部管道流出。

4.3 煙氣流動過程

從退火爐出來的高溫煙氣通過鍋爐的前煙箱進入鍋爐螺紋煙管，經過煙管換熱后的煙氣流進后煙箱，從后煙箱進入節能器換熱后返回退火爐。

4.4 主要部件描述

4.4.1 鍋筒

筒身呈圓柱形，兩端為平管板，筒身頂部裝有供檢查用的讓人進出的人孔，筒體下部裝有2 個供檢查的手孔，筒體的材料選用Q245R。

飽和蒸汽由鍋筒上部的管座引出鍋筒，為了最大程度上獲得干燥的飽和蒸汽，在出口管子前的蒸汽空間裝有勻汽孔板，以分離蒸汽中剩余的水分。給水通過一個管座進入鍋筒后分成兩路均勻流向鍋筒左右側。

鍋筒底部布置2 個排污管座。帶有壓力表和安全閥的管座布置于鍋筒上部。在汽空間和水空間裝有2個水位計，用于測控水位。

鍋筒采用支座式結構，在筒體兩端布置了2 個支座。

4.4.2 螺紋煙管

煙管材質為20-GB3087，進口端設置防磨管。

4.4.3 爐墻和保溫

鍋爐前煙箱、后煙箱采用內保溫結構，筒殼采用外保溫結構，采用硅酸鋁耐火纖維棉作為保溫材料。

4.4.4 鍋爐相關參數

鍋爐相關參數如表3 所示。

表3 鍋爐相關參數

4.5 控制系統

在整個余熱利用系統中，水泵、風機、各種閥門的控制及余熱鍋爐的補水、排污采用微處理器為基礎的分散控制系統，實現了現場及遠程的自動控制。

5 效益分析

對鑄管一車間退火爐余熱進行利用后，可以滿足一車間生產用氣。車間產生蒸汽3.8 t/h，蒸汽單價按180 元/t 計算，一年生產時間按330 d 計算，所得效益為：180 元/t×3.8 t/h×24 h×330 d=5 417 280 元。

鑄管一車間年產鑄管45 萬t，每噸管成本可降低12.04 元，即5 417 280 元/450 000 t=12.038 4 元/t。

6 結語

在對鑄管一車間60 m 長蓄式退火爐進行余熱利用時，優先保證退火爐工藝溫度，經過回收利用緩冷段中的熱空氣，由引風機通過管道將熱風引出，經過換熱器換熱，積汽泡產生蒸汽，通過換熱器換熱后的冷風與退火爐緩冷段冷風管道對接進行循環。蒸汽通過管道輸送至一車間襯水泥三條線養生池、涂瀝青三條線烘干爐、水壓機三條線至襯層機軌道內側地面鋪設管路加熱等工序使用，既能起到節能降耗的作用，又可以緩解公司蒸汽不足的問題。