梅鋼熱軋加熱爐空煤氣雙預(yù)熱的節(jié)能效果分析

常志明

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱軋板廠，江蘇南京210039）

梅鋼熱軋加熱爐空煤氣雙預(yù)熱的節(jié)能效果分析

常志明

（上海梅山鋼鐵股份有限公司熱軋板廠，江蘇南京210039）

簡(jiǎn)述了梅鋼熱軋加熱爐采用空氣、煤氣雙預(yù)熱工藝技術(shù)，并對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，加熱爐采用空煤氣預(yù)熱技術(shù)，降低了加熱爐燃料消耗和生產(chǎn)成本，提高了加熱爐的熱效率，取得了明顯的節(jié)能效果。

加熱爐；預(yù)熱器；節(jié)能；雙預(yù)熱

軋鋼加熱爐生產(chǎn)中爐尾排出的廢氣溫度很高，一般在600~800℃，如果不進(jìn)行余熱回收利用，將帶走大量煙氣中的熱量，不僅浪費(fèi)能源及成本，而且對(duì)環(huán)保也不利。為了提高加熱爐的熱效率，節(jié)約燃料，應(yīng)該最大限度地利用排出爐外的廢氣余熱，目前加熱爐尾氣的余熱利用主要有以下兩個(gè)途徑：

（1）利用排出爐外的煙氣來預(yù)熱空氣、煤氣，提高爐子的熱效率；

（2）利用排出爐外的煙氣來作為低壓余熱鍋爐的熱源，生產(chǎn)蒸汽或再進(jìn)行蒸汽發(fā)電，以供生產(chǎn)和生活之用。

梅鋼熱軋板廠加熱爐煙氣余熱回收上，不僅只預(yù)熱助燃空氣，而且還繼續(xù)對(duì)加熱爐煤氣進(jìn)行預(yù)熱，簡(jiǎn)稱“空煤氣雙預(yù)熱”技術(shù)。目前梅鋼熱軋兩條產(chǎn)線6座加熱爐全部采用空氣、煤氣雙預(yù)熱的金屬管狀換熱器，預(yù)熱器設(shè)計(jì)由中冶賽迪工業(yè)爐公司設(shè)計(jì)，制作由無錫拓邦爐業(yè)有限公司制作，采用空煤氣雙預(yù)熱的技術(shù)優(yōu)勢(shì)使經(jīng)濟(jì)效益越來越明顯，既節(jié)約能源，又提高加熱爐的熱效率。

1 梅鋼熱軋加熱爐空煤氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

國內(nèi)其它鋼廠加熱爐一般只預(yù)熱助燃空氣，不預(yù)熱混合煤氣，主要考慮煤氣換熱器安全性和可靠性等方面原因；隨著預(yù)熱器制造工藝提升和技術(shù)進(jìn)步，在空煤氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)形式、管材選擇、換熱面積、阻力損失及耐腐防蝕等方面，尤其煤氣預(yù)熱器制作的可靠性和生產(chǎn)中的穩(wěn)定性，有了比較大的提高。

1.1 熱軋加熱爐空煤氣預(yù)熱器布置

梅鋼熱軋加熱爐空煤氣預(yù)熱器布置在下降水平煙道中，采用金屬管狀二行程預(yù)熱器，煤氣換熱器布置在空氣預(yù)熱器之后，金屬管狀預(yù)熱器整體煙氣側(cè)阻力小、結(jié)構(gòu)比較緊揍，見圖1。

1.2 預(yù)熱器上下風(fēng)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梅鋼熱軋加熱爐預(yù)熱器，沒有采用傳統(tǒng)U型結(jié)構(gòu)的型式，而是采用上下風(fēng)箱的二流程結(jié)構(gòu)（見圖2），解決了U型制作的困難以及生產(chǎn)使用過程中變形大的問題，又解決了組焊后管板與換熱管密封焊道間有泄漏不易發(fā)現(xiàn)和不易補(bǔ)焊的問題。由于雙管板結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，所以預(yù)熱器的投資費(fèi)用不會(huì)有明顯的增加。

圖1 加熱爐煙道預(yù)熱器布置示意圖

圖2 預(yù)熱器結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 預(yù)熱器管材選擇

梅鋼加熱爐使用的燃料是高、焦、轉(zhuǎn)三種煤氣的混合煤氣，燃燒后的煙氣中含有少量的H2S等有害成分，其中硫化腐蝕是預(yù)熱器損壞的關(guān)鍵因素，若選擇耐腐蝕的鉻鎳鋼作為預(yù)熱器的管材，則價(jià)格昂貴成本較高。因此梅鋼熱軋加熱爐煤氣預(yù)熱器選擇了滲鋁無縫鋼管，鋼管表面經(jīng)熱浸滲鋁處理后，滲鋁管表層中的鋁熔化并向鋼基體內(nèi)部擴(kuò)散滲透，從而形成了鋁化和固溶體結(jié)晶組織的表面，在管件表面形成一層致密的氧化鋁保護(hù)薄膜[1]，可顯著提高耐腐蝕和抗氧化性能，且成本較低；空氣預(yù)熱器高溫組采用1Cr17,低溫組采用20 g鍋爐管。

1.4 預(yù)熱器管件帶插入件

對(duì)預(yù)熱空氣、煤氣介質(zhì)增加換熱面積，在管束內(nèi)插入金屬件，增強(qiáng)換熱效果，提高空煤氣的預(yù)熱溫度，如圖3所示。

2 梅鋼熱軋加熱爐預(yù)熱器生產(chǎn)跟蹤

在正常生產(chǎn)過程中，以梅鋼熱軋1422產(chǎn)線2#加熱爐為例，通過對(duì)加熱爐的煙氣溫度及空煤氣預(yù)熱溫度情況進(jìn)行跟蹤分析。

2#加熱爐空煤氣預(yù)熱溫度、煙氣溫度跟蹤記錄見表1。

圖3 帶插入件的金屬管狀預(yù)熱器示意圖

表1 2#加熱爐空煤氣預(yù)熱溫度、煙氣溫度（℃）

產(chǎn)線2#加熱爐爐膛溫度跟蹤記錄見表2。

表2 2#加熱爐各段爐膛平均溫度（℃）

2#加熱爐生產(chǎn)的過鋼量見表3。

表3 2#加熱爐測(cè)試時(shí)間段加熱鋼坯

測(cè)試時(shí)間段內(nèi)混合煤氣平均流量：22 963 m3/h，空氣平均流量：50 836 m3/h。

3 空煤氣雙預(yù)熱器的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益

以梅鋼熱軋1422產(chǎn)線加熱爐預(yù)熱器為例，預(yù)熱器設(shè)計(jì)空氣預(yù)熱溫度為550℃、煤氣預(yù)熱溫度設(shè)計(jì)為300℃；實(shí)際正常生產(chǎn)中空氣預(yù)熱溫度范圍為400～500℃、煤氣預(yù)熱溫度范圍為250～300℃。從生產(chǎn)跟蹤看，空氣預(yù)熱溫度平均451℃、煤氣預(yù)熱溫度設(shè)計(jì)為287℃。

3.1 節(jié)能效果

按空氣預(yù)熱溫度451℃計(jì)，空氣預(yù)熱器每小時(shí)回收煙氣余熱量：

Q=0.316×（451-20）×50 836 m3/h=28.94×106kJ/h

相當(dāng)于節(jié)約混合煤氣3 297 m3/h（按Q低=8 778 kJ/ m3計(jì)算）。

按煤氣預(yù)熱溫度287℃計(jì)，煤氣預(yù)熱器每小時(shí)回收的煙氣余熱量：

Q=0.32×（287-20）×22 963=8.2×106kJ/h

相當(dāng)于每小時(shí)節(jié)約混合煤氣934 m3/h（按Q低=8 778 kJ/m3計(jì)算）。

兩項(xiàng)每小時(shí)共節(jié)約煤氣4 231 m3/h，占該爐每小時(shí)耗煤氣量的18.43%，也就是說與空煤氣均不預(yù)熱情況相比，節(jié)約了近1/5的混合煤氣消耗。如果只預(yù)熱空氣，不預(yù)熱煤氣，只能節(jié)約14.35%的混合煤氣?？梢娂阮A(yù)熱空氣又預(yù)熱煤氣，可以從煙氣回收更多的熱量，收到更為顯著的節(jié)能效果。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

3.2.1 直接效益

煙氣溫度由進(jìn)空氣預(yù)熱器668℃下降到出預(yù)熱器的324℃左右，并使加熱爐煤氣消耗下降了17.7 m3/t坯，按照產(chǎn)線能力300萬t規(guī)模，年節(jié)約混合煤氣5 310萬m3，價(jià)值3 717萬元，理論上一個(gè)多月即收回預(yù)熱器投資（每座加熱爐配置6組空氣預(yù)熱器、6組煤氣預(yù)熱器的總投資約300萬元）。

3.2.2 間接效益

由于對(duì)煤氣和空氣進(jìn)行了預(yù)熱，使得燃燒的火焰溫度和加熱速度都得到相應(yīng)提高，從而使加熱能力也有較大提高，經(jīng)計(jì)算加熱能力比不采用空煤氣預(yù)熱器應(yīng)該提高了18%左右。但目前由于加熱爐能力大于軋線能力，不需要加熱爐滿負(fù)荷生產(chǎn)，間接效益沒有完全體現(xiàn)出來。另外由于預(yù)熱器的使用，使排煙溫度大大降低，因此也減輕了對(duì)大氣環(huán)境的污染。

4 2#加熱爐爐膛熱平衡和全爐熱平衡測(cè)試

2#加熱爐爐膛熱平衡和全爐熱平衡測(cè)試結(jié)果，見表4、表5。

從表4、5看，2#加熱爐的爐膛熱效率為51.18%，全爐熱效率為63.79%，其中經(jīng)過空煤氣預(yù)熱器后，煙氣排煙損失由出爐膛的65.34×106kJ/h熱量，降低到經(jīng)過預(yù)熱器的20.97×106kJ/h熱量，也就是出爐煙氣中余熱有67.9%被空煤氣預(yù)熱器回收起來，煙氣余熱回收率為近68%。

5 對(duì)加熱爐煙氣余熱再回收的思考

通過對(duì)全爐熱平衡的測(cè)量，煙氣經(jīng)過加熱爐空煤氣預(yù)熱器后，煙氣進(jìn)煙道閘板處溫度仍有280℃多，煙氣帶出物理熱有20.97×106kJ/h，占全爐熱量的近11%，仍有回收價(jià)值和可行性。

表4 2#加熱爐爐膛熱平衡表

表5 2#加熱爐全爐膛熱平衡表

隨著低溫?zé)煔鉄峄厥占夹g(shù)的不斷成熟和工藝方案的優(yōu)化，目前國內(nèi)已有部分鋼廠加熱爐進(jìn)行了低溫?zé)煔獾挠酂崂?，如采用低溫?zé)煔馍a(chǎn)過熱蒸汽發(fā)電、采用熱水鍋爐等，可進(jìn)一步利用煙氣中余熱。

[1]王中生,蘆杰.煤氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].鋼鐵,l992,27(3)：57-60．

Energy Saving Effect Analysis of Air and Gas Double Preheating in Hot Rolling Reheating Furnace at Meigang

CHANG Zhiming
（Hot Rolling Plantof Meishan Iron&Steel Co.,Ltd,Nanjing 210039,China）

The technology about air and gas double preheating in hot rolling reheating furnace at Meigang is introduced,and the production data of reheating furnace are analyzed.The results show that the air and gas double preheating technology can reduce the energy consumption and production costs,increase the heat effectofthe heating furnace,and achieve obvious energy saving effect.

reheating furnace;preheater;energy-saving;double preheating

TF066.2

B

1001-6988（2016）06-0060-04

2016-04-06；

2016-09-18

常志明（1966—），男，高級(jí)工程師，主要從事軋鋼加熱爐工藝技術(shù)等方面工作.