軋鋼廠加熱爐的節(jié)能措施

宮紹華

賽能杰合達(dá)熱風(fēng)爐技術(shù)有限公司，北京 100083

鋼鐵需求量和生產(chǎn)量的迅速增長(zhǎng)使鋼鐵工業(yè)的能源消耗越來(lái)越多，鋼鐵工業(yè)總能耗在近幾年一直在全國(guó)總能耗的15%以上。鋼鐵工業(yè)產(chǎn)品品種和質(zhì)量的升級(jí)并沒(méi)有帶來(lái)能源的節(jié)約，反而加重了軋鋼工序的能耗增加。加熱爐一直是軋鋼廠最主要的耗能設(shè)備，其能耗占據(jù)了軋鋼廠總能耗的70%左右。軋鋼廠加熱爐高居不下的能源消耗不僅浪費(fèi)了國(guó)家的能源，污染了環(huán)境，還加大了企業(yè)的生產(chǎn)成本，不利于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)持久發(fā)展，無(wú)論是軋鋼廠加熱爐的能耗降低還是加熱爐節(jié)能的改進(jìn)都是勢(shì)在必行的。

1 軋鋼廠加熱爐存在的問(wèn)題

加熱爐是把金屬加熱軋制到鍛造溫度的專(zhuān)業(yè)工業(yè)爐，包括室式加熱爐和連續(xù)加熱爐等等，鋼坯在鍛造和生產(chǎn)的過(guò)程中能夠在加熱爐火焰的氧化中得以加熱。但是加熱爐對(duì)鋼坯加熱的溫度比較高，釋放的熱氣不僅帶走了大量的熱量，造成了能源的白白浪費(fèi)，大量未燃燒燃?xì)獾牧魇б苍斐闪四茉吹臒o(wú)故浪費(fèi)。

1）加熱爐漏火漏氣嚴(yán)重。加熱爐蓄熱室漏火漏氣的現(xiàn)象一般出現(xiàn)在加熱爐投入使用的半年以后，加熱段和均熱段局部的漏火漏氣不僅能夠?qū)е录訜釥t護(hù)爐板的損壞，嚴(yán)重的情況下還會(huì)導(dǎo)致加熱爐報(bào)廢。一般蓄熱室的結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因之一，蓄熱室里面是纖維板的保溫層，外面的鋼板則和護(hù)爐板焊接在一塊，預(yù)制燒嘴磚的結(jié)構(gòu)和蓄熱室不能形成統(tǒng)一的整體，兩者接縫的位置很容易在高溫的作用下變形。同時(shí)，接縫位置太薄的澆筑層在使用一段時(shí)間以后也會(huì)出現(xiàn)直通的裂紋，煤氣泄漏現(xiàn)象嚴(yán)重；

2）擋板磚堵塞和燒嘴磚損壞。擋板磚在使用的過(guò)程中因?yàn)槭艿綗煔怆s質(zhì)、煤氣含塵和加熱爐粉末等的影響，很容易出現(xiàn)擋板磚氣孔的堵塞現(xiàn)象。堵塞嚴(yán)重的氣孔會(huì)導(dǎo)致?lián)醢宕u的彎曲變形，加熱爐的爐溫和產(chǎn)量都會(huì)受到嚴(yán)重的影響。此外，高溫?zé)煔獾臎_刷以及煤氣雜質(zhì)的侵蝕還會(huì)導(dǎo)致燒嘴磚強(qiáng)度的降低，燒嘴磚在加熱爐運(yùn)行幾年以后會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞。燒嘴磚的損壞導(dǎo)致了燃燒質(zhì)量的下降、耗能的增高、氧化鐵皮的增多以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度的加大；

3）其他方面的問(wèn)題。加熱爐是比較大型的煅燒加熱設(shè)備，設(shè)備很多零件的損壞都會(huì)導(dǎo)致加熱爐功能的降低，除了漏火漏氣、堵塞損壞之外，還存在很多耗能的問(wèn)題。首先，換熱器的損壞。換熱器導(dǎo)氣管的封死會(huì)導(dǎo)致均熱段煅燒風(fēng)量的減少，換熱器的腐蝕老化也會(huì)造成煤氣的泄露和自燃。其次，爐底的結(jié)渣。加熱爐負(fù)荷的提高和加熱爐爐壓控制不好的問(wèn)題都會(huì)加重加熱爐吸冷風(fēng)的現(xiàn)象，爐底結(jié)渣比較嚴(yán)重。再次，爐內(nèi)水管的結(jié)垢、閥門(mén)的故障和損壞、煤氣壓力和熱值的波動(dòng)都會(huì)將加熱爐內(nèi)的熱量帶走，加熱爐在長(zhǎng)期的超負(fù)荷作用下，其使用的壽命會(huì)逐漸縮短。

2 傳統(tǒng)的加熱爐節(jié)能措施

在傳統(tǒng)能源浪費(fèi)與消耗的現(xiàn)實(shí)壓力下，國(guó)家已經(jīng)將能源的節(jié)約和利用提升到戰(zhàn)略發(fā)展的角度上來(lái)，節(jié)能已經(jīng)成為我國(guó)能源政策的核心組成部分，新技術(shù)新手段的利用已經(jīng)將我國(guó)的能源節(jié)約提升到新的高度。但是和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)傳統(tǒng)的節(jié)能措施還是每年多消耗掉幾億噸煤。

1）筑爐材料的改變。在上世紀(jì)七十年代起，耐火纖維和各種輕質(zhì)的耐火材料便被用來(lái)做復(fù)合爐襯，輕質(zhì)材料已經(jīng)成為當(dāng)下最為流行和主要的筑爐材料。原有的加熱爐材料蓄熱和散熱的損失高達(dá)70%以上，而加熱工件的熱能利用率也僅在30%左右，輕質(zhì)的耐火材料可以減少爐襯對(duì)熱量的過(guò)多吸收，能夠有效的減少加熱爐的蓄熱損失，加熱爐的隔熱與保溫功能還同時(shí)得到增強(qiáng)。但是這種“新型”的節(jié)能材料只是減少了爐內(nèi)熱量的流失，爐內(nèi)熱量利用率較低的這一問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解決；

2）自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)置。軋鋼廠加熱爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由兩部分組成，即換向控制和燃燒控制系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)有效的完成了加熱爐現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和處理，利用輸出控制和報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備燃燒和換向的手動(dòng)和自動(dòng)功能。其中換向系統(tǒng)控制包括了換向控制原理、煤氣燃燒安全的控制以及氣動(dòng)快切的報(bào)警系統(tǒng)，而燃燒系統(tǒng)控制則包括了燃燒控制原理、數(shù)據(jù)的處理與顯示以及汽化冷卻的自動(dòng)控制。加熱爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的采用有效的減少了爐內(nèi)熱量的損失，對(duì)加熱爐的爐溫和蓄熱室的溫度都實(shí)現(xiàn)了有效的控制；

3）加熱爐裝爐技術(shù)的改善。該技術(shù)從上世紀(jì)60年代中期就開(kāi)始采用，原有的施工方法是對(duì)不定形的耐火材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的搗打、澆灌和預(yù)制構(gòu)件的吊裝，增強(qiáng)了爐墻的氣密性，延長(zhǎng)了爐襯的壽命。近幾年加熱爐熱裝爐技術(shù)還通過(guò)提高連鑄坯質(zhì)量、對(duì)連鑄機(jī)和加熱爐進(jìn)行有效銜接、協(xié)調(diào)軋鋼機(jī)和連鑄機(jī)的生產(chǎn)節(jié)奏等方面進(jìn)行了改進(jìn)，連鑄機(jī)偏析的問(wèn)題和廢氣熱損失的問(wèn)題都在一定程度上得到了改善；

4）其他方面的改善。傳統(tǒng)的加熱爐節(jié)能技術(shù)還對(duì)燃燒系統(tǒng)節(jié)能進(jìn)行了改進(jìn)和完善，不僅加大了燃料熱能的有效釋放，還確保了加熱工件對(duì)熱能的有效吸收，能源的浪費(fèi)和熱量的損失都在一定程度上得到了改善。此外，傳統(tǒng)的節(jié)能措施還包括對(duì)爐子冷卻系統(tǒng)的完善，各種技術(shù)上和非技術(shù)上的措施都有效的改善了傳統(tǒng)加熱爐的損失。但是這些傳統(tǒng)的加熱爐節(jié)能技術(shù)應(yīng)經(jīng)遇到了發(fā)展的瓶頸，加熱爐節(jié)能要想實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展已經(jīng)非常困難。相關(guān)技術(shù)人員還要采取新的技術(shù)和措施來(lái)改善這些問(wèn)題，進(jìn)一步提高工業(yè)加熱爐的熱效率。

3 軋鋼廠加熱爐節(jié)能措施的新發(fā)展

如上所述，能源的浪費(fèi)已經(jīng)成為國(guó)家明令禁止的問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)部門(mén)和人員也對(duì)軋鋼廠加熱爐的能源消耗問(wèn)題進(jìn)行了研究，無(wú)論是加熱爐材料還是燃煤的技術(shù)都進(jìn)行了進(jìn)一步的發(fā)展和完善，但是傳統(tǒng)的加熱爐節(jié)能技術(shù)已經(jīng)很難再有新的突破，加熱爐節(jié)能技術(shù)還要尋求新的發(fā)展。

1）多功能爐襯的加熱爐。多功能爐襯是黑體強(qiáng)化輻射技術(shù)在軋鋼廠加熱爐內(nèi)的應(yīng)用，它的功能在于增強(qiáng)加熱爐的氣密性，提高工件的加熱效率。多功能爐襯是在爐壁和爐頂設(shè)置大量的黑體元件，對(duì)熱源裝置和燒嘴磚進(jìn)行保護(hù)性的處理，對(duì)加熱爐的整體爐墻進(jìn)行強(qiáng)化處理。不同爐型和不同使用溫度的黑體元件不僅能夠增大爐膛傳熱面積，提高爐膛的黑度，還能對(duì)熱射線進(jìn)行有效的調(diào)控，提高傳熱的效率，增大輻射傳熱比例。但是黑體元件本身并不是加熱爐的熱源，黑體元件和爐內(nèi)的燃料能起到相輔相成的作用。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，多功能爐襯節(jié)能在20%以上，生產(chǎn)率可以提高20%以上，爐溫的均勻性和爐襯的使用壽命都得到了顯著的提高；

2）加熱爐廢氣熱量的回收。軋鋼廠加熱爐的余熱資源可以分為氣體、固體和液體三類(lèi)，煙氣余熱是最主要的氣態(tài)余熱，占到了余熱資源的50%以上。余熱回收的主要手段是對(duì)爐內(nèi)的熱量進(jìn)行充分的利用，盡量不要讓熱量流失以后再進(jìn)行回收，那樣不僅會(huì)加大成本還會(huì)有更多技術(shù)上的難題。目前蓄熱式的工業(yè)爐是新型的廢氣余熱回收技術(shù)，它主要是利用技術(shù)手段來(lái)將爐內(nèi)的廢氣進(jìn)行了回收，并將余熱作為助燃加熱的空氣，這樣不僅提高了煤氣資源的利用效率，還減少了廢氣資源對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)約了企業(yè)的成本；

3）水管支撐機(jī)構(gòu)的改變。傳統(tǒng)的加熱爐水管是單層包扎磚形式的包裝，高溫抵御能力和絕熱性都比較差，因?yàn)闋t內(nèi)水管造成的能量損失占據(jù)了總損失的10%左右，能源浪費(fèi)問(wèn)題嚴(yán)重。水管新型的復(fù)合包裝具有較好的絕熱性，空氣流動(dòng)消耗的熱量比較低，爐子排煙的溫度也有所下降。隨著新技術(shù)和新手段的利用，還會(huì)有新的材料來(lái)代替現(xiàn)在的水管支撐結(jié)構(gòu)，無(wú)論是能耗的降低還是能源的節(jié)約都會(huì)有新的提高；

4）爐膛內(nèi)熱損失的減少。爐體散熱損失、擋板磚和燒板磚損壞的熱量損失以及爐底水冷卻管的損失都是爐膛內(nèi)熱損失的來(lái)源。爐底的水冷卻管承擔(dān)著爐內(nèi)鋼坯的整體重量，這些冷卻管不僅吸收了爐內(nèi)的大量熱量，還在鋼坯上留下了大量的水管黑印。對(duì)爐底的水冷卻管絕熱能力進(jìn)行加強(qiáng)是目前減少熱損失的主要手段，絕熱包扎有效的減少了熱損失。此外，熱性能好和絕熱性好的材料也是減少爐內(nèi)蓄熱損失的主要辦法。

4 結(jié)論

綜上所述，能源的節(jié)約已經(jīng)成為新時(shí)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分，軋鋼廠加熱爐由于設(shè)備材料和使用方法上的問(wèn)題而存在能源浪費(fèi)嚴(yán)重以及能源消耗嚴(yán)重的問(wèn)題，這不僅沒(méi)有做到能源的節(jié)約，還加大了企業(yè)的成本。傳統(tǒng)的加熱爐節(jié)能措施已經(jīng)遇到了發(fā)展的瓶頸，加熱爐能源浪費(fèi)的問(wèn)題依然嚴(yán)重。新時(shí)期還要加大人力和物力的投入，采取新的節(jié)能措施來(lái)提高加熱爐生產(chǎn)率。

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