退火爐加熱系統(tǒng)故障攻關(guān)與改進(jìn)

劉增倫，魏嘉珺，馬曉璇

（河鋼邯鋼邯寶冷軋廠，河北 邯鄲 056000）

邯寶2080mm連退機(jī)組的連續(xù)退火爐年設(shè)計(jì)產(chǎn)能100萬t，隨著操作水平的提高，最高年產(chǎn)已達(dá)100多萬噸，加熱爐加熱能力是制約產(chǎn)能進(jìn)一步提高的主要矛盾，邯鋼2080mm連退機(jī)組的連續(xù)退火爐加熱系統(tǒng)安裝有378根W型輻射管及其燃燒控制系統(tǒng)，加熱方式采用輻射管中燃燒混合煤氣，燃燒過程中產(chǎn)生的熱量以輻射方式對(duì)帶鋼進(jìn)行加熱，通過控制爐溫達(dá)到對(duì)帶鋼溫度進(jìn)行控制的目的。

加熱爐按照結(jié)構(gòu)分為三個(gè)部分，分別為加熱一、加熱二、加熱三，其中加熱一和加熱二按照控制區(qū)域各分為4個(gè)區(qū)，均熱段2個(gè)區(qū)劃分到加熱三共計(jì)6個(gè)區(qū)，共計(jì)14個(gè)加熱區(qū)。加熱區(qū)域前12個(gè)區(qū)域中，相鄰的兩個(gè)區(qū)域?qū)ΨQ分布在爐子兩側(cè)，共用一個(gè)溫度控制器；13區(qū)和14區(qū)各獨(dú)立使用一個(gè)溫度控制器。

加熱系統(tǒng)按照功能可分為輻射管系統(tǒng)和燒嘴控制系統(tǒng)，在實(shí)際生產(chǎn)中，由于長(zhǎng)期連續(xù)高溫工作，輻射管系統(tǒng)和燒嘴控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)損壞或故障，影響連退爐加熱控制，造成加熱能力不足和生產(chǎn)質(zhì)量問題，導(dǎo)致無法進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和效益。此外輻射管的損壞，導(dǎo)致爐內(nèi)氣氛外泄或燃燒氣體串入影響加熱爐的爐內(nèi)氣氛控制，影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和成本消耗。由于輻射管的損壞破壞了燃燒條件，不利于節(jié)能環(huán)保綠色生產(chǎn)。為了保正綠色穩(wěn)定高效生產(chǎn)，通過優(yōu)化空氣煤氣燃燒比例，提高點(diǎn)火控制系統(tǒng)完好率等攻關(guān)改進(jìn)措施，使得加熱爐加熱能力進(jìn)一步提升，增加連退線經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 燃燒系統(tǒng)故障及主要解決措施

1.1 建立燒嘴燃燒狀態(tài)管理臺(tái)賬

通過建立統(tǒng)一直觀的燒嘴燃燒狀態(tài)臺(tái)賬，每日定時(shí)對(duì)所有燒嘴燃燒狀況進(jìn)行記錄，找出經(jīng)常性處于非燃燒狀態(tài)的燒嘴，通過時(shí)間縱軸對(duì)比，結(jié)合燒嘴控制單元信息提示確定燒嘴故障原因，進(jìn)行相應(yīng)處理。這樣更準(zhǔn)確對(duì)燒嘴故障進(jìn)行處理，避免由于偶然因素造成的非正常狀態(tài)干擾。通過建立燒嘴燃燒狀態(tài)管理臺(tái)賬和燒嘴故障的及時(shí)處理保證了正常燒嘴數(shù)量在90%以上。

1.2 燃燒系統(tǒng)故障排查及處理

燃燒系統(tǒng)主要故障無法點(diǎn)火，原因是檢測(cè)不到火焰和燃燒器內(nèi)漏，檢測(cè)不到火焰的主要原因是煤氣管道雜質(zhì)堵塞導(dǎo)致煤氣流量減少、煤氣電磁閥過濾網(wǎng)堵塞、電磁閥無法正常打開或者火焰檢測(cè)玻璃鏡頭臟或火焰檢測(cè)器故障等導(dǎo)致檢測(cè)不到火焰。燃燒器內(nèi)漏主要原因是密封圈損密封面損壞和電磁閥芯卡死無法徹底關(guān)閉等。

1.3 輻射管故障排查及處理

一般情況下，輻射管的故障主要有變形和破裂兩種，輻射管變形會(huì)影響熱輻射加熱均勻性，不利于帶鋼均勻受熱及退火處理質(zhì)量，輻射管變形主要利用開爐檢修時(shí)目測(cè)檢查；輻射管破裂的破壞作用較大，主要對(duì)爐壓控制和爐內(nèi)露點(diǎn)影響較大。一般情況下，會(huì)造成爐膛內(nèi)的HNX保護(hù)氣體源源不斷地被排煙風(fēng)機(jī)抽出排放，造成爐壓降低，為保證爐壓正常，系統(tǒng)將進(jìn)行補(bǔ)壓，為此會(huì)增加NH保護(hù)氣體的流量，消耗更多的能源[1]。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在鼓-抽型燃燒系統(tǒng)中，由于煙氣管道破損等原因?qū)е虏糠州椛涔軆?nèi)出現(xiàn)正壓現(xiàn)象，露點(diǎn)較高的煙氣及部分助燃空氣會(huì)進(jìn)入爐內(nèi)，從而導(dǎo)致爐內(nèi)露點(diǎn)升高破壞爐內(nèi)還原氣氛造成不良后果。

泄漏情況的檢查一般采用在線檢查方式利用便攜式氫氣分析儀對(duì)輻射管狀態(tài)進(jìn)行判斷。檢查期間，產(chǎn)線保持運(yùn)行，爐內(nèi)氫氣含量維持在3%～5%，然后按照以下步驟對(duì)每一根輻射管進(jìn)行檢查，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知當(dāng)輻射管中的氫氣濃度大于3000ppm以上時(shí)，需對(duì)此輻射管進(jìn)行表面檢查。

表1 輻射管狀態(tài)檢查表

如果沒有便攜式氫氣分析儀，也可以使用便攜式煙氣分析儀對(duì)輻射管內(nèi)氣氛變化來判斷，根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)主要依據(jù)在無燃燒狀態(tài)下氧氣百分含量變化確定，當(dāng)O≤19.5%，可以認(rèn)為輻射管存在泄露，且氧含量越低泄漏越嚴(yán)重。目前實(shí)際檢測(cè)準(zhǔn)確率80%左右。當(dāng)輻射管出現(xiàn)泄漏情況時(shí)，應(yīng)該關(guān)閉該輻射管的助燃空氣手閥或者減小其開度，防止輻射管對(duì)爐內(nèi)氛圍產(chǎn)生不利影響。

1.4 同流換熱器的故障排查處理

輻射管同流換熱器故障通常造成燃燒放熱在輻射管外部，易導(dǎo)致安全事故，并導(dǎo)致輻射管加熱功能無法實(shí)現(xiàn)，對(duì)加熱效率影響最大。參考輻射管結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)，通過檢測(cè)燃燒后的火焰質(zhì)量和煙氣成份確定。通常認(rèn)為當(dāng)以不同空燃比燃燒時(shí)煙氣中CO均高于500ppm且殘氧量顯著降低時(shí)，可以認(rèn)為同流換熱器存在泄露，且一氧化碳含量越高泄漏越嚴(yán)重。此時(shí)輻射管燃燒系統(tǒng)被破壞，應(yīng)及時(shí)更換同流換熱器，減少能源消耗和事故擴(kuò)大。

2 優(yōu)化燃燒控制

2.1 燒嘴燃燒均衡調(diào)節(jié)

為了保證燒嘴燃燒負(fù)載均衡，需定期對(duì)燒嘴進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之達(dá)到均衡燃燒，燒嘴調(diào)節(jié)包括兩個(gè)部分：煤氣調(diào)節(jié)和助燃空氣調(diào)節(jié)。目的在于保證區(qū)域煤氣和助燃空氣均勻分配到區(qū)域內(nèi)每個(gè)燒嘴處，防止出現(xiàn)局部溫度偏差較大和個(gè)別輻射管過燒。對(duì)于空氣流量調(diào)節(jié)要保證風(fēng)機(jī)額定負(fù)荷設(shè)計(jì)風(fēng)量狀態(tài)下，每個(gè)燒嘴空氣流量均勻分配，這樣才能滿足空燃比修正后控制器的風(fēng)量設(shè)定要求，此外，根據(jù)系統(tǒng)空燃比動(dòng)態(tài)調(diào)整規(guī)則，空燃比與煤氣熱值、點(diǎn)燃燒嘴數(shù)量、負(fù)載設(shè)定相關(guān)，在空氣均衡性調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)固定以上參數(shù)保證調(diào)節(jié)時(shí)減少波動(dòng)。對(duì)于個(gè)別供氣管路有問題的，按照煙氣設(shè)定過剩氧含量進(jìn)行個(gè)別調(diào)節(jié)，這樣在不影響總體一致性的情況下，通過輻射管燃燒狀態(tài)個(gè)性化與一致性相結(jié)合調(diào)節(jié)，煙氣成份基本滿足效率最高，對(duì)提高加熱爐加熱能力有很大的幫助。

2.2 燒嘴控制系統(tǒng)優(yōu)化

在燃燒系統(tǒng)中，空燃比是最重要的可控指標(biāo)，它決定了燃料燃燒的完全程度，對(duì)煙氣中一氧化碳、氧氣殘余量有直接的影響?？杖急冗^低，則殘氧量低，燃燒不充分，火焰溫度低，燃燒效率低，此外，過剩的CO在廢氣管道內(nèi)與氧氣高溫狀態(tài)下發(fā)生二次燃燒會(huì)造成煙氣管道和同流換熱器溫度過高，進(jìn)而損壞同流換熱器，造成更大的損害；空燃比過高，造成過多的助燃空氣通過輻射管，帶走部分熱量，降低了輻射管輻射效率。一般情況下空燃比合適與否以煙氣中過剩氧含量來衡量，煙氣中過剩氧含量在3.8%～4.2%，燃燒的熱效率最高[2]。

邯寶連退線的空燃比設(shè)定是以某華白指數(shù)的氣體為標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)熱值變化給以一定系數(shù)的修正，與通過負(fù)載設(shè)定對(duì)應(yīng)的殘余氧含量設(shè)定換算后的空氣值及燒嘴數(shù)量修正系數(shù)的乘積得出，由控制器控制風(fēng)機(jī)流量給定空燃比，殘氧量的設(shè)定與按照加熱爐升溫梯度圖溫控器輸出負(fù)載成比例，負(fù)載較低時(shí)采用較高的殘氧量設(shè)定，其目的是防止燃燒氣體流量較低時(shí)，產(chǎn)生不穩(wěn)定的紊流，降低熱效率。對(duì)于穩(wěn)定的燃燒系統(tǒng)，應(yīng)在輻射管額定負(fù)載下，對(duì)每一個(gè)輻射管加熱系統(tǒng)進(jìn)行煙氣成份優(yōu)化調(diào)節(jié)，保證煙氣中過剩氧含量在4%左右，使得燃燒效率最高。

3 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析

3.1 降低加熱爐保護(hù)氣消耗

通過及時(shí)排查輻射管破損故障，減少了加熱爐保護(hù)氣體消耗，對(duì)比爐壓設(shè)定值為2.5hP時(shí)，爐內(nèi)保護(hù)氣體氮?dú)庀目偭坑?200m3/h左右減少2700m3/h以下，降低消耗10%以上。

3.2 減少輻射管損耗

通過輻射管燃燒均衡調(diào)節(jié)和燒嘴控制系統(tǒng)優(yōu)化，每年可減少輻射管內(nèi)火焰問題導(dǎo)致輻射管過熱或受熱不均導(dǎo)致的開裂和變形的輻射管約10根。

4 結(jié)語

通過對(duì)加熱系統(tǒng)常見故障處理方法措施和燒嘴燃燒均衡調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的優(yōu)化，保證了加熱爐加熱效率，延長(zhǎng)輻射管和爐輥的使用壽命，降低保護(hù)介質(zhì)的消耗，有利于節(jié)能減排減耗降損，并對(duì)加熱爐的爐內(nèi)氣氛控制提供了保證。