軋鋼加熱爐汽化冷卻及煙氣余熱利用改造

王永鋒（上海嘉德環(huán)境能源科技有限公司,上海200011）

軋鋼加熱爐汽化冷卻及煙氣余熱利用改造

王永鋒
（上海嘉德環(huán)境能源科技有限公司,上海200011）

加熱爐是軋鋼企業(yè)中主要消耗設(shè)備，加熱爐的水梁冷卻由水冷循環(huán)改為汽化循環(huán)，產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過(guò)煙道中的過(guò)熱器，產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽用于發(fā)電，同時(shí)煙道中的煙氣大幅度降低。由水冷改為汽化減少了用水節(jié)約能源，降低了煙氣排放溫度減少了污染排放，產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽用于發(fā)電降低企業(yè)的運(yùn)行成本，對(duì)軋鋼企業(yè)增效具有重要意義。

加熱爐；熱效率；余熱回收；汽化冷卻系統(tǒng)；飽和蒸汽

1　引言

湘潭鋼鐵某厚板廠有3座步進(jìn)梁式加熱爐。爐內(nèi)支撐梁冷卻方式均為水冷卻，不僅耗水量大，且冷卻水帶走的熱量不能再回收利用，造成了能源的巨大浪費(fèi)。本改造方案對(duì)3座加熱爐支撐梁冷卻方式由水冷方式改為汽化冷卻，用水量?jī)H為水冷卻的1/60，具有顯著的節(jié)水效果，由于系統(tǒng)溫度的提高，這對(duì)減輕鋼坯黑印，改善鋼坯加熱爐質(zhì)量也有一定的好處。并在煙道中安裝蒸發(fā)器和過(guò)熱器，對(duì)煙氣進(jìn)行深度余熱回收，產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽用于發(fā)電，降低了軋鋼廠的運(yùn)行成本，改善環(huán)境，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2　原加熱爐技術(shù)參數(shù)

爐子有效長(zhǎng)：41400mm，爐子內(nèi)寬：8120mm；爐子產(chǎn)量：140t/ h坯料規(guī)格：寬度1200mm，厚度220mm，長(zhǎng)度7500mm；燃料：高焦混合煤氣，熱值2200Kcal/Nm3。

3　技術(shù)改造主要內(nèi)容

3.1概述

本套系統(tǒng)中共有三座加熱爐，其中給水、加藥系統(tǒng)是共用系統(tǒng)，其它如排污、蒸汽、循環(huán)系統(tǒng)都是獨(dú)立的。生產(chǎn)時(shí)3座加熱爐2用1備，即設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組時(shí)只能按2臺(tái)加熱爐正常生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的蒸汽量配備發(fā)電機(jī)組。

3.2改造的主要設(shè)備

爐內(nèi)支撐梁及絕熱包扎；汽包規(guī)格：Φ1800x8000mm，每座加熱1臺(tái)；單座加熱爐配置電動(dòng)循環(huán)水泵2臺(tái)，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用；單座加熱爐配置1臺(tái)柴油循環(huán)水泵，停電備用泵；3座加熱爐共用1臺(tái)熱力除氧器；給水系統(tǒng)配備3臺(tái)電動(dòng)給水泵，2用1備；3座加熱爐共用1臺(tái)柴油給水泵，停電備用泵；軟水供給配有3臺(tái)軟水泵，2用1備。加藥裝置由聯(lián)氨加藥裝置和磷酸三鈉加藥裝置兩個(gè)獨(dú)立的加藥部分組成。

在每座加熱爐煤氣換熱器后煙道內(nèi)設(shè)置一套蒸汽發(fā)生器和一套過(guò)熱器。

4　改造后蒸汽及煙氣的參數(shù)

經(jīng)過(guò)爐內(nèi)水梁循環(huán)后匯集到汽包內(nèi)蒸汽主要數(shù)據(jù)：汽包額定壓力1.6MPa；蒸汽并網(wǎng)壓力1.27MPa；絕熱層完好時(shí)平均蒸汽產(chǎn)量7.7t/h（約60%額定負(fù)荷）；絕熱層脫落10%時(shí)蒸汽產(chǎn)量16.1t/h（額定負(fù)荷）；連續(xù)排污率（正常生產(chǎn)）≤5%（產(chǎn)汽量）。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定蒸汽過(guò)熱器參數(shù)：過(guò)熱蒸汽量：6.4t/h；蒸汽進(jìn)口壓力：～1.27MPaG；進(jìn)口蒸汽溫度：≥194℃；出口蒸汽溫度：＞250℃。經(jīng)過(guò)過(guò)熱器后的煙氣參數(shù)：進(jìn)入過(guò)熱器的煙氣最高溫度＜450℃，常用負(fù)荷下蒸發(fā)器后煙氣溫度＜240℃。

5注意事項(xiàng)

水梁設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮，爐膛內(nèi)的高度。特別是活動(dòng)梁立柱，因活動(dòng)梁立柱較長(zhǎng)，穿過(guò)爐底時(shí)，爐膛內(nèi)高度空間不夠，從爐底下部也沒(méi)有足夠空間穿上來(lái)，因此設(shè)計(jì)時(shí)要考慮好水梁立柱怎么安裝，是否需要分成兩節(jié)，現(xiàn)場(chǎng)再焊接。

水經(jīng)過(guò)爐內(nèi)水梁循環(huán)后產(chǎn)生蒸汽，蒸汽和水形成汽水混合物，汽水混合物在循環(huán)管路系統(tǒng)的拐角處會(huì)產(chǎn)生氣阻。因系統(tǒng)中循環(huán)的動(dòng)力為蒸汽循環(huán)泵，流速較高，在管道的拐角處會(huì)形成水流的較大阻力，導(dǎo)致管道振動(dòng)較大，所以在管道的拐彎處，要使用較大的轉(zhuǎn)彎半徑，減少局部阻力損失，一般是3～5倍的管道直徑。

循環(huán)管路支架，安裝位置要合理，強(qiáng)度要夠，特別是水管的拐彎處，安裝要牢固。

測(cè)量裝置的導(dǎo)壓管，在冬天比較冷的地區(qū)，要考慮管道伴熱，以免停爐后凍裂水管及測(cè)量元器件。

所用的循環(huán)水，要嚴(yán)格按照國(guó)家低壓鍋爐用水標(biāo)準(zhǔn)，以防長(zhǎng)期運(yùn)行中出現(xiàn)結(jié)垢、溶解物的沉積等現(xiàn)象堵塞循環(huán)管路，造成水管的破裂，降低使用壽命。

設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮管道的排污，管道運(yùn)行后的沖洗，以及在北方使用的加熱爐，停爐后水管內(nèi)的水應(yīng)盡可能的放凈，避免冬天凍裂水管和設(shè)備。

設(shè)計(jì)排煙溫度、蒸發(fā)器、過(guò)熱器時(shí)，要考慮煙囪的抽力，降低排煙溫度和增加煙道阻力后，煙氣能否排出，煙囪的抽力能否滿足要求。

6　本次改造中出現(xiàn)的問(wèn)題

施工完畢后，點(diǎn)火烘爐，等爐溫達(dá)到出鋼溫度后，出現(xiàn)某些管道振動(dòng)較大，管道竄動(dòng)約10cm，嚴(yán)重超出了汽化冷卻系統(tǒng)的振動(dòng)范圍。經(jīng)仔細(xì)查看分析原因后，停爐整改，整改完畢后現(xiàn)象消除。具體原因如下：施工過(guò)程中沒(méi)有完全按照施工圖制作，在某些管道的拐彎處使用較小的彎頭半徑，循環(huán)水流通不暢，沖擊力太大。

在拐彎處沒(méi)有安裝支架，兩側(cè)的支架距離太遠(yuǎn)，管道固定不牢。

7　蒸汽發(fā)電

3座加熱爐的過(guò)熱蒸汽并網(wǎng)后，送往蒸汽發(fā)電機(jī)組。按照軋鋼廠生產(chǎn)要求，加熱爐是2用1備，平時(shí)2臺(tái)加熱爐生產(chǎn)，所以產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽量為2臺(tái)加熱爐之和。

根據(jù)國(guó)內(nèi)小汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)，選擇汽輪機(jī)排氣壓力為0.007Mpa，因此可以計(jì)算出汽輪機(jī)功率：

W=Q(H0-H1)η/3600=12800x(2786-2572.2)x0.7/3600=532kW

式中符合說(shuō)明：流量：Q=6.4x2=12.8x103kg/h；進(jìn)口熱焓值為：H0=2786KJ/Kg，出口熱焓值為：H1=2572.2KJ/Kg；汽輪機(jī)效率：η=0.7；電能當(dāng)量值：3600KJ/Kw。

故該部分蒸汽可以做功532kW/h，因加熱爐生產(chǎn)具有很大的波動(dòng)性，則按產(chǎn)生蒸汽量的95%計(jì)算，即發(fā)電量約為505kW/h計(jì)算，則年創(chuàng)效益為：

505千瓦/小時(shí)x7000小時(shí)/年x0.65元/度=229萬(wàn)元/年

經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)組后形成的冷凝水，送回加熱爐汽化冷卻的軟水箱，重復(fù)利用，即節(jié)約了能源，又創(chuàng)造了效益。

8　結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用前景分析：我國(guó)是一個(gè)鋼鐵大國(guó)，現(xiàn)有常規(guī)燃燒的軋鋼加熱爐近千余座。現(xiàn)投入的企業(yè)很少，約有1/4，所以潛在的市場(chǎng)數(shù)量很大，前景非常廣闊。這是一個(gè)利國(guó)利民的技術(shù)，應(yīng)該有廣泛的改造市場(chǎng)。其技術(shù)成熟，經(jīng)濟(jì)合理，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益、社會(huì)效益，值得在鋼鐵企業(yè)內(nèi)大力推廣應(yīng)用。

[1]鋼鐵廠工業(yè)爐設(shè)計(jì)參考資料[S].北京:冶金工業(yè)出版社.

[2]朱能闖.鋼鐵企業(yè)低壓飽和蒸汽發(fā)電技術(shù)應(yīng)用[M].