帶鋼熱處理機組退火爐煙氣余熱綜合利用

楊柏松

（重慶賽迪熱工環(huán)保工程技術有限公司，重慶401122）

全輻射管爐間接加熱帶鋼至退火溫度，輻射管加熱采用自身預熱式燒嘴，熱交換器安裝在輻射管排煙的末端，將助燃空氣預熱到450 ℃左右，輻射管燒嘴排出的廢氣溫度約650 ℃。對于大型立式全輻射管爐，一般設置預熱段將輻射管爐燃燒廢氣由保護氣體換熱器加熱氣體，通過對流傳熱預熱帶鋼，將廢氣溫度降至500 ℃左右。將出預熱段約500 ℃的廢氣降至最終排放溫度200 ℃以下排出煙囪[1]。在不考慮全線用戶點的前提下，最直接的熱能回收是在煙道中設置過熱水換熱器或者余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽。

本文針對處理線以鍍鋅機組為例分析系統(tǒng)能源利用的可能性。

如圖1 所示，一條機組所用的熱源點或者潛在的熱源點一般包括：

（1）三個干燥點，即清洗段干燥、水淬槽干燥和光整機出口干燥。這三個點的共同特點都是鋼板表面由濕變干，目前通用的做法是采用翅片管式蒸汽換熱器為每個干燥點提供11 000～17 000 m3/h、90～110 ℃的清潔空氣作為干燥熱風，統(tǒng)計參數(shù)是每個點消耗1～1.4 t 飽和蒸汽（140 ℃）。

（2）四個水系統(tǒng)。帶鋼熱處理機組的清洗段配置組成較為相似，各種水介質(zhì)包括漂洗熱水、堿洗熱水及電解水熱水。除此之外水淬槽的補熱也在潛在需要熱源的用戶點范圍內(nèi)，因此理論上講一條處理線至少有7 個點需要補熱，最簡單的辦法就是采用飽和蒸汽（140 ℃）進行循環(huán)補熱。

1 現(xiàn)有的余熱利用

如何將處理線潛在用戶點的熱源利用和熱處理爐的余熱回收直接聯(lián)系在一起？ 以某國企的連退機組為例，全線以蒸汽為加熱介質(zhì)的用戶點包括清洗段的三個水系統(tǒng)（漂洗、電解清洗、堿洗）；一個水淬槽加熱系統(tǒng)；三個干燥點（清洗段干燥、水淬槽干燥、平整機干燥），上述7 點采用蒸汽方式每小時需要7 t 飽和蒸汽（140 ℃）。

圖1 以鍍鋅機組為例闡述潛在熱源用戶點

該廠于2014 年投產(chǎn)；生產(chǎn)產(chǎn)品為CQ、DQ、DDQ、EDDQ、SEDDQ 的產(chǎn)品，涵蓋建筑、家電用板、汽車用板，年產(chǎn)量70 萬t，機組速度最大為450 m/min。

根據(jù)圖2 中的布置，產(chǎn)生的煙氣分別來自兩個輻射管加熱爐，所產(chǎn)生的煙氣匯總后經(jīng)過現(xiàn)有的熱水鍋爐排出廠外。所產(chǎn)生的煙氣參數(shù)見表1。

圖2 退火爐布置圖

表1 煙氣利用參數(shù)表

可以看到45 000～58 000 m3/h 的煙氣量要達到排煙風機的安全排氣溫度則還需要摻冷風才能達到250 ℃以下的要求。因此該機組一方面余熱利用并不徹底，大量熱能外排；同時每小時全機組還需要外部提供7 t 飽和蒸汽（140 ℃）。

本設計基于本線內(nèi)部消化退火爐余熱的目的，在充分考慮了余熱鍋爐、 過熱水等間接利用的方法后，尋求更加直接的利用方法，同時保證設備的安全性，就是說余熱利用裝置不能改變爐子的生產(chǎn)工況，不能因為產(chǎn)量的高低、 產(chǎn)線運行速度的快慢而失去調(diào)整和控制能力。

2 余熱利用的優(yōu)化設計

改進余熱利用系統(tǒng)的目的是更直接地利用煙氣余熱，不需要將余熱交換給蒸汽再經(jīng)過熱交換變成干燥熱風，而是直接利用全機組現(xiàn)有的三個用戶點，設計煙氣-熱空氣的低溫換熱器，直接供給清洗段干燥、水淬槽干燥、光整機干燥。

2.1 干燥器的余熱利用工作原理

根據(jù)圖3 所示，改進后的干燥器采用預熱空氣取代原有經(jīng)過蒸汽加熱的干燥熱風，這一優(yōu)點是正常生產(chǎn)后完全不用蒸汽了，當時原有蒸汽換熱器可以保留作為輔助系統(tǒng)。

根據(jù)圖4 所示，改進后的干燥器預熱空氣采用吸入式換熱器并聯(lián)結構，這樣三個干燥點只需要一臺換熱器，同時各個干燥風機布置在干燥器附近便于壓力控制。

圖3 干燥器改進示意圖

圖4 改進后的干燥點分布示意圖

2.2 各種清洗段水介質(zhì)的余熱利用工作原理

清洗段原有各種清洗介質(zhì)的加熱也是通過蒸汽的換熱器對個循環(huán)槽進行加熱的，改進后的供熱改為熱水，循環(huán)系統(tǒng)的原理如圖5 所示。

圖5 各種清洗介質(zhì)加熱循環(huán)系統(tǒng)原理圖

（1）熱水系統(tǒng)最優(yōu)的設計是不用旁通，用熱水水箱循環(huán)加熱系統(tǒng)是安全的，但設計方的安全系統(tǒng)包括換熱器前后的保護是十分重要的。

（2）水系統(tǒng)的換熱器和煙氣的換熱最好不要受到產(chǎn)量高低的影響，同時能有效應對水質(zhì)各種離子，尤其是氯離子的腐蝕作用。

（3）水換熱器的選擇介質(zhì)最好不要多樣性，不起泡、不腐蝕、不結垢等。

3 采用熱風干燥和熱水循環(huán)余熱利用系統(tǒng)的設計參數(shù)

根據(jù)表2~表4 所示，所有干燥器采用了一臺換熱器給三個點提供干燥熱風；相當于三個點，每個干燥點11 000 m3/h 的熱空氣由一臺換熱器提供；采用負壓式操作；這一設計的特點是控制方便、免維護，同時這一部分的輔助蒸汽徹底不用了，這三個點節(jié)約4.2 t 飽和蒸汽（140 ℃）。

表2 煙氣利用參數(shù)表

表3 干燥空氣用換熱器設計計算表

表4 熱水用換熱器設計計算表

所有水系統(tǒng)加熱器采用了一臺換熱器給三個點提供熱水；相當于三個點消耗量110 t/h，節(jié)約3 t 飽和蒸汽（140 ℃）。

根據(jù)圖5 優(yōu)化后的設計，消除了堿洗水、電解洗水等起泡、氣堵、超溫等不利因素；換熱器采用開式內(nèi)部循環(huán)，不存在介質(zhì)內(nèi)部堵塞腐蝕的現(xiàn)象，溫度調(diào)節(jié)能力體現(xiàn)在不銹鋼水箱上面，不需要旁通煙道；同時沒有爐區(qū)改變工況。

本次改造優(yōu)化余熱利用的總原則： 根據(jù)余熱資源的數(shù)量、品質(zhì)（溫度）和用戶需求，按照能級相匹配的原則，按質(zhì)回收溫度對口，梯級利用，若有合適的熱用戶,直接利用余熱最為經(jīng)濟[2]。

因此，本著上述原則的完整余熱利用系統(tǒng)包括負壓式干燥換熱器和開式熱水循環(huán)系統(tǒng)。

4 改造后的經(jīng)濟效益分析

本機組的余熱利用改造用熱風代替現(xiàn)有清洗出口、水淬出口、光整機出口的帶鋼烘干；用熱水取代清洗段的各種介質(zhì)的蒸汽加熱，合計解決蒸汽用戶7 個點，每小時減少蒸汽用量7 t（140 ℃飽和蒸汽）。

飽和蒸汽按照140 元/t 計算：

7 800×7×（0.8）×140/10 000=611.5（萬元）

5 結論

（1）單獨循環(huán)水系統(tǒng)方式，設備安全簡單，但占地面積大。

（2）熱風干燥系統(tǒng)采用吸入式并聯(lián)負壓換熱器，完全滿足清洗、水淬、光整的技術要求。

（3）采用余熱利用系統(tǒng)，完全取代蒸汽加熱，滿足整線的各工藝點的熱能需要。

（4）針對鍍錫板、不銹鋼光亮機組等極薄和較高的爐子，該余熱利用系統(tǒng)完全取代預熱爐。