常規(guī)式熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用技術(shù)研究

王鐵民,王 濤,陳素君,陳贊華

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200)

常規(guī)式熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用技術(shù)研究

王鐵民,王 濤,陳素君,陳贊華

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部，河北唐山063200)

常規(guī)式熱軋加熱爐煙氣余熱具備利用價(jià)值，但國內(nèi)余熱資源回收利用率還較低。針對這一狀況，就某廠2250常規(guī)式熱軋加熱爐尾部煙氣進(jìn)行長時(shí)間數(shù)據(jù)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析制定了可行的余熱回收方案，小時(shí)回收1.3Mpa飽和蒸汽18噸，投資效℃較好。

常規(guī)加熱爐；煙氣余熱；回收；效℃

1 序言

中國鋼鐵工業(yè)高速發(fā)展，粗鋼產(chǎn)量從2000年的12850萬t增至2005年的35239萬t，增長了174.2%，是世界最大的鋼材生產(chǎn)、消費(fèi)國。鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展，對我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了有效的支撐作用。但是，鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量余熱資源，譬如高溫?zé)煔?、紅焦、荒煤氣、燒結(jié)礦、高爐渣、軋材等載熱質(zhì)攜帶的余熱資源，很少被及時(shí)回收利用。國外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)的余熱、余能（包括副產(chǎn)煤氣在內(nèi)）等余熱資源的回收率一般在90%以上，如日本的新日鐵達(dá)到92%，而我國余熱資源的回收利用率不足30%。

本文就是針對常規(guī)式熱軋加熱爐煙氣溫度較高的現(xiàn)狀，對余熱回收的可行性進(jìn)行科學(xué)的研究與分析，并給出了切實(shí)可行的回收方案。

2 基本情況

常規(guī)式2250熱軋加熱爐采用如下的煙道布置，自加熱爐預(yù)熱段后分別是空氣預(yù)熱器與煤氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器主要技術(shù)性能見表1，煤氣預(yù)熱器主要技術(shù)性能見表2。

表1 空氣預(yù)熱器主要技術(shù)性能

表2 煤氣預(yù)熱器主要技術(shù)性能

正常生產(chǎn)過程中，出于對空氣預(yù)熱器設(shè)備的保護(hù)，常開啟預(yù)熱段的摻冷風(fēng)機(jī)對預(yù)熱段排煙進(jìn)行摻混，降低進(jìn)入空氣預(yù)熱器的溫度。即便如此，煤氣預(yù)熱器后排煙溫度也保持在300℃左右。

從圖1可以看出，兩臺加熱爐共用一座煙囪，加熱爐的出口煙溫在700℃左右，然后分別通過兩個(gè)分煙道并經(jīng)過空氣預(yù)熱器與煤氣預(yù)熱器后，最終煙氣溫度降低至300℃，由總煙囪排出。

圖1 加熱爐地下煙道布置圖

3 余熱分析及測試

加熱爐的余熱資源分為兩部分：一部分是加熱爐采用汽化冷卻器進(jìn)行冷卻，被加熱汽水混合物進(jìn)入汽包進(jìn)行汽水分離后產(chǎn)生低壓飽和蒸汽；另一部分是非蓄熱式加熱爐尾部煙道煤氣預(yù)熱器出口的煙氣余熱。前一部分余熱資源已經(jīng)采取汽化冷卻的方式進(jìn)行了余熱回收，后一部分余熱資源還未得到有效利用。要回收利用此部分余熱資源，需要全面考慮加熱爐實(shí)際生產(chǎn)過程中存在的小修、換輥以及生產(chǎn)品種更換等原因引發(fā)的待軋狀態(tài)，并對加熱爐煙氣余熱資源進(jìn)行長時(shí)間的監(jiān)測分析。

為此，針對某型常規(guī)式加熱爐進(jìn)行了詳盡的數(shù)據(jù)測試，通過大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析了加熱爐排煙溫度變化情況，具體數(shù)據(jù)如圖2~圖9（曲線圖橫坐標(biāo)為監(jiān)測時(shí)間長度，縱坐標(biāo)為溫度值；統(tǒng)計(jì)圖橫坐標(biāo)為溫度，縱坐標(biāo)為相應(yīng)溫度出現(xiàn)的時(shí)間長度）。

圖2 預(yù)熱段排煙溫度曲線圖

圖3 預(yù)熱段排煙溫度統(tǒng)計(jì)圖

從測試結(jié)果可以得到預(yù)熱段加權(quán)平均值排煙溫度為：甲側(cè)789℃，乙側(cè)778℃。

圖4 空氣預(yù)熱器前煙氣溫度曲線圖

從測試結(jié)果可以得到空氣預(yù)熱器前加權(quán)平均值排煙溫度為：甲側(cè)550℃，乙側(cè)578℃。

圖5 空氣預(yù)熱器前溫度統(tǒng)計(jì)圖

圖6 空氣預(yù)熱器后溫度曲線圖

圖7 空氣預(yù)熱器后溫度統(tǒng)計(jì)圖

從測試結(jié)果可以得到空氣預(yù)熱器后加權(quán)平均值排煙溫度為：甲側(cè)387℃，乙側(cè)418℃。

圖8 煤氣預(yù)熱器后煙氣溫度曲線圖

圖9 煤氣預(yù)熱器后煙氣溫度統(tǒng)計(jì)圖

從測試結(jié)果可以得到煤氣預(yù)熱器后加權(quán)平均值排煙溫度為：甲側(cè)280℃，乙側(cè)252℃。

經(jīng)過對常規(guī)式加熱爐預(yù)熱段排煙溫度，空氣預(yù)熱器前溫度，空氣預(yù)熱器后溫度，煤氣預(yù)熱器后溫度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)見表3。

表3 煙氣溫度綜合測試結(jié)果℃

根據(jù)測算數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：

(1)加熱爐預(yù)熱段至空氣預(yù)熱器前的溫度差在200~220℃，表明該段地下煙道的散熱損失較大，具備回收利用潛力。

(2)煤氣預(yù)熱器后排煙溫度為250~280℃，按照增加余熱回收裝置后，排煙溫度降低至150℃考慮，具備100~130℃溫差的回收潛力。

4 回收方案制定

針對測試結(jié)論，制定了切實(shí)可行的余熱回收方案。一是加熱爐空氣預(yù)熱器前高溫段余熱回收裝置采用強(qiáng)制循環(huán)，該段為蒸發(fā)受熱面，受熱面采用管屏吊掛形式，布置在原煙道內(nèi)，余熱系統(tǒng)布置示意見圖10?；厥諢崃恐饕獮榧訜釥t出口至空氣預(yù)熱器前的排煙道散熱損失，以及摻冷風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)造成的排煙熱損失。該段余熱回收裝置設(shè)流量控制閥，調(diào)節(jié)受熱面循環(huán)水量，控制進(jìn)入空氣預(yù)熱器的煙氣溫度不低于550℃，保證預(yù)熱空氣所需熱量，負(fù)荷調(diào)整范圍為50%~110%。二是煤氣預(yù)熱器后低溫段余熱回收裝置采用強(qiáng)制循環(huán)，該段包括蒸發(fā)受熱面以及除氧受熱面，受熱面采用管屏形式，回收熱量主要為煤氣預(yù)熱器后的排煙余熱，通過受熱面后的煙氣溫度降至150℃，布置在原煙道內(nèi)。

圖10 余熱系統(tǒng)布置示意圖

蒸發(fā)量及熱平衡計(jì)算數(shù)據(jù)如下:

CO2：10%

O2：5%

N2：85%

高溫段入口總煙氣量平均值：120000.0 m3/h

高溫段入口總煙氣量最大值:135000.0 m3/h

低溫段入口總煙氣量平均值:160000.0 m3/h

低溫段入口總煙氣量最大值:175000.0 m3/h

高溫段余熱裝置入口平均煙氣溫度:790.0℃

高溫段余熱裝置入口最大煙氣溫度:850.0℃

高溫段余熱裝置出口煙道溫度:550.0℃

低溫段余熱裝置入口平均煙氣溫度:310.0℃

低溫段余熱裝置入口最大煙氣溫度:360.0℃

低溫段余熱裝置出口煙道溫度:150.0℃

飽和蒸汽壓力:1.30 MPa

飽和蒸汽溫度:195.6℃

飽和蒸汽量平均值:18170 kg/h

換熱面積:3497 m2

5 經(jīng)濟(jì)效℃

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，每小時(shí)可以回收1.3 MPa飽和余熱蒸汽18 t，按年運(yùn)行7000 h計(jì)算，扣除項(xiàng)目余熱鍋爐電耗及軟水消耗的年運(yùn)行費(fèi)用247.31萬元后，年回收蒸汽收℃為1012.7萬元，整體建設(shè)費(fèi)用為1000萬元，由此可知項(xiàng)目靜態(tài)投資回收期為0.99年。

A Study on Waste Heat Recovery Technology for Conventional Hot Rolling Heating Furnaces

Wang Tiemin,Wang Tao,Chen Sujun,Chen Zanhua
(Energy and Environment Department of Shougang Jingtang United Steel,Tangshan,Hebei 063200,China)

Though the flue gas waste heat from conventional hot rolling heating furnaces bears recovery value,the recovery rate in domestic steel industry is low.In view of this situ原ation,long-term data monitoring on the flue gas from a 2250 conventional rolling heating fur原nace in some company was carried out and a feasible waste heat recovery scheme was devel原oped based on analysis of the monitoring data.After completion of the project 18 tons of 1.3MPa saturated steam was recovered in every hour,achieving good investment benefit.

conventional heating furnace;flue gas waste heat;recovery;benefit

TK115

B

1006-6764（2014）11-0044-04

2014-05-20

王鐵民（1971-）,男，畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)熱能動(dòng)力工程專業(yè)，大學(xué)本科,現(xiàn)從事鋼鐵企業(yè)余能余熱回收、EMC項(xiàng)目實(shí)施工作。