降低蓄熱式加熱爐燃耗的研究與應(yīng)用

王林

摘 要 隨著加熱技術(shù)的不斷發(fā)展，蓄熱式加熱爐在軋鋼工序中得到越來越廣泛的應(yīng)用，其采用燒嘴換向脈沖燃燒控制方法，各燒嘴蓄熱體在排煙過程中吸收的煙氣顯熱在燃燒過程中對(duì)助燃空氣/煤氣進(jìn)行高溫預(yù)熱。雙蓄熱式加熱爐則是通過對(duì)助燃空氣、煤氣的雙預(yù)熱，成功將低熱值的高爐煤氣作為軋鋼加熱爐的燃料。與傳統(tǒng)加熱爐相比，蓄熱式加熱爐的燃燒供熱方式、煙氣排放方式有很大不同，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低軋鋼成本。

關(guān)鍵詞 蓄熱式加熱爐；爐壓控制；節(jié)能技術(shù)

前言

20世紀(jì)90年代，有關(guān)人員在新型蓄熱式技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了高溫空氣燃燒技術(shù)（HTAC）。研究發(fā)現(xiàn)，在助燃空氣高溫條件下，燃料可以在低氧氣氛中進(jìn)行點(diǎn)火和燃燒，而且空氣預(yù)熱溫度越高，能維持穩(wěn)定燃燒的最低氧濃度也越低，當(dāng)空氣預(yù)熱溫度達(dá)1000℃時(shí)，含氧2%即可燃燒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明：高溫低氧氣氛能在很大程度上增大火焰體積，從而使最高火焰燃燒溫度趨于降低并使?fàn)t膛整體火焰的溫度趨于均勻化。

1 加熱爐存在的問題

1.1 爐體漏風(fēng)

乳鋼加熱爐在運(yùn)行過程中，為了使燃料燃燒充分，送往加熱爐的實(shí)際空氣供給量往往大于理論所需空氣量，即過?？諝庀禂?shù)大于1。但是實(shí)際空氣供給量并非越多越好，過?？諝庀禂?shù)的大小對(duì)加熱爐能耗有著非常大的影響當(dāng)過剩空氣系數(shù)大于1時(shí)，煙氣中的燃燒產(chǎn)物量也會(huì)隨著過?？諝庀禂?shù)的增加而增加。在燃料釋放的熱量一定的情況下，爐內(nèi)煙氣溫度下降，煙氣傳給鋼還的熱量減少，從而使得燃料消耗增加。其次，加熱爐傳熱減小，煙氣帶走的熱損失增加，從而燃耗升高。再次，過?？諝庀禂?shù)增加使得加熱爐燃燒產(chǎn)物中H原子氣體如CO2、比O等增加，這些H原子氣體的增加降低了爐氣黑度，導(dǎo)致爐子的輻射能力下降，從而燃耗升高。

1.2 裝鋼溫度對(duì)能耗的影響

提高鋼坯的裝鋼溫度和熱裝率，是降低軋鋼加熱爐能耗的重要方法之一。鋼坯的入爐溫度越高，所需的加熱時(shí)間越短，鋼坯加熱所需的總能量越低，相關(guān)研究表明：裝鋼溫度每提高10℃，能耗降低1.5kg/tce。此外，相同燃料供應(yīng)量條件下，鋼坯的裝鋼溫度越低，其吸熱量越大，爐膛內(nèi)的溫度越低。因此，當(dāng)裝鋼溫度較低時(shí)，需要增加燃料供應(yīng)量，即單位時(shí)間能耗，以保證爐內(nèi)溫度達(dá)到加熱制度的控制要求[1]。

2 蓄熱式加熱爐節(jié)能技術(shù)

2.1 節(jié)能降耗要確定加熱爐蓄熱方式

通過合金鋼的加熱工藝的特性和生產(chǎn)過程中的特性中，來確定采用單蓄熱式還是雙蓄熱式加熱，分析合金鋼加熱工藝，合金鋼要求的是低溫緩慢加熱與高溫極速加熱相結(jié)合的方式，當(dāng)有充足的低溫段，溫度低于700攝氏度時(shí)，采用單蓄熱的方式，保留預(yù)熱段，利用少一半的排放煙氣來進(jìn)行鋼坯預(yù)熱，這樣便能形成溫度梯度，要是采用雙蓄熱的形式加熱，加熱爐要在每段都布置上燒嘴，低溫的情況下燒嘴會(huì)在不穩(wěn)定燃燒情況下工作。雙蓄熱加熱爐是在混合煤氣蓄熱形式中運(yùn)行，加熱爐燒嘴保持在一到兩分鐘一次換向，在此過程中大約損失4～6立方米的煤氣，這樣看雙蓄熱加熱爐低負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)行與蓄熱式高熱值煤氣的節(jié)能情況，效果會(huì)打折扣。所以針對(duì)上述在生產(chǎn)和使用中，我廠使用混合煤氣的實(shí)情，采用了燒嘴式單蓄熱燃燒加熱爐。

2.2 降低煙氣物理熱

（1）選用換熱面積大、體積小的蜂窩蓄熱體

增加蓄熱體換熱面積，使煙氣充分換熱，降低煙氣的排煙溫度。這就要求增加蓄熱體的體積，或在體積不變的情況下減小蓄熱體的壁厚。這種辦法為生產(chǎn)帶來了一定的問題。首先，增加蓄熱體體積會(huì)使本來就擁擠的擺滿蓄熱箱的加熱爐兩側(cè)通道更加擁擠，為操作及維護(hù)帶來一定困難，而且會(huì)增加煙氣通過蓄熱體的阻力，增大引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，動(dòng)力損耗加大，增加了爐壓控制的難度；而減小蓄熱體的壁厚會(huì)引起蓄熱體的強(qiáng)度下降，縮短了蓄熱體的壽命，同時(shí)降低了蓄熱體的蓄熱量，使換向周期變短，從對(duì)不完全燃燒化學(xué)熱的分析來看，會(huì)增大該部分的損失。所以，在工藝允許的情況下，增加蓄熱體的體積是可行的，而在蓄熱體的低溫?fù)Q熱段采用減小蓄熱體壁厚也是可行的。不過這種做法的節(jié)能效果是有限的，畢竟這只是回收余熱，而且還需增加生產(chǎn)成本，從節(jié)能減排的角度來說并不是最優(yōu)的。

（2）加強(qiáng)爐內(nèi)換熱

從高爐煤氣的成分來說， 17%的CO是有效燃燒成分，其他均為不可燃成分，這些成分不僅沒有給鋼坯加熱帶來任何用處，而且當(dāng)煙氣排放時(shí)這些成分還會(huì)帶走大量的熱量。唯一的解決辦法就是加強(qiáng)爐內(nèi)換熱，提高熱效率，以達(dá)到最終減少煙氣排放量的目的。另外從雙蓄熱燒嘴燃燒原理上來說，經(jīng)預(yù)熱的煤氣與空氣從蓄熱式燒嘴噴出后，在爐膛內(nèi)彌漫燃燒，燃燒完全后形成高溫?zé)煔?，鋼坯吸收煙氣?nèi)的熱量以達(dá)到加熱的目的，而后高溫的煙氣由噴嘴對(duì)面的蓄熱式燒嘴抽出，經(jīng)蓄熱體降溫后，再排出爐外。每次換熱都存在一個(gè)換熱效率問題，而置換的熱量再由鋼坯吸收，又有個(gè)換熱效率問題，所以，能將高溫?zé)煔獾臒崃勘M可能地由鋼坯直接吸收，是提高熱效率的主要方法。

2.3 優(yōu)化操作方面

加熱爐的優(yōu)化操作從根本上說是以最小的燃料消耗滿足軋機(jī)的溫度要求所進(jìn)行的操作，主要是從煤氣高效燃燒技術(shù)、合理控制爐壓、嚴(yán)格控制溫?zé)嶂扑行聽t殼焊接完畢后安裝新爐輥、軸承座、調(diào)整爐輥、安裝糾偏電動(dòng)缸并敷設(shè)電纜接線，糾偏系統(tǒng)單試；爐輥的安裝精度非常重要，輥?zhàn)又虚g水平要求≤0.05mm/m，爐輥和軸承座垂直≤0.15mm。

2.4 BCS燃燒優(yōu)化控制技術(shù)

BCS系統(tǒng)的通信共包含兩部分：一是BCS系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)間的通信，采用國際標(biāo)準(zhǔn)的OPC通信協(xié)議，完成兩系統(tǒng)間的雙向數(shù)據(jù)交換；二是BCS系統(tǒng)與遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)（HeroRTS）間的通信，基于3G網(wǎng)絡(luò)和DTU設(shè)備，采用虛擬VPN數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，完成對(duì)優(yōu)化控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程服務(wù)功能。在BCS系統(tǒng)上設(shè)計(jì)通信狀態(tài)診斷功能，當(dāng)OPC通信發(fā)生異常時(shí)，BCS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)無擾地將控制權(quán)切換到PLC系統(tǒng)上并發(fā)出語音報(bào)警。BCS燃燒優(yōu)化控制系統(tǒng)在保證設(shè)定燃燒裝置輸出負(fù)荷保持穩(wěn)定的前提下，BCS始終尋找并嵌位于最少的燃料量消耗[2]。

3 結(jié)束語

蓄熱式加熱爐采用高爐煤氣作為燃料本身就為鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排做出了巨大貢獻(xiàn)，而如何進(jìn)一步的節(jié)能增效，挖掘蓄熱式加熱爐的潛力，有待廣大科研技術(shù)人員更進(jìn)一步的研究與探索。

參考文獻(xiàn)

[1] 王安龍，張忠峰.蓄熱式燃燒技術(shù)在石特加熱爐的應(yīng)用與改進(jìn)[J].軋鋼，2011，28（5）：70.

[2] 劉強(qiáng)，李衛(wèi)東，徐春柏，等.軋鋼加熱爐綜合節(jié)能技術(shù)淺析[J]. 冶金能源，2016，35（4）：38-41.