鍛造天然氣爐窯設(shè)備節(jié)能措施研究與實踐

文/王立偉，李建輝，王成輝，李培龍·中鋼集團邢臺機械軋輥有限公司

燃?xì)鉅t窯是鍛造行業(yè)常用的配套設(shè)施，且根據(jù)不同企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模，一臺鍛造設(shè)備往往需要多臺爐窯配套生產(chǎn)，因此燃?xì)鉅t窯的能源消耗，成為了鍛造行業(yè)最大的成本組成，而以天然氣為燃料的天然氣爐窯如圖1 所示，以其清潔能源的優(yōu)勢，在當(dāng)前全球注重環(huán)保的形勢下，成為鍛造行業(yè)爐窯的首選，但同樣也增加了能源成本

圖1 天然氣爐窯

經(jīng)統(tǒng)計，天然氣消耗一般占鍛造產(chǎn)品總成本的8%～10%，占鍛造階段成本的50%～55%。天然氣成本的高低直接影響著企業(yè)的利潤以及在鍛造市場上的競爭力,因此如何降低鍛造能耗成本，一直是國內(nèi)外鍛造行業(yè)的共同追求。在新形勢下,采取有效的節(jié)能措施，降低能源消耗，提高能源利用效率，已成為降低產(chǎn)品成本、提高企業(yè)競爭力直接而有效的途徑。

研究對象及方向

研究方向

鍛造用天然氣爐窯，燃料為天然氣，主要成分是甲烷。天然氣作為一種清潔燃料，一般含硫量低，雜質(zhì)含量較少，容易實現(xiàn)爐窯燒嘴火焰的自動調(diào)整和爐溫自動控制。天然氣的理論熱值在37600 ～41800kJ/m3。以我們現(xiàn)在使用的爐窯為例，為保證燃?xì)鉅t窯加熱效果、減少能源消耗，重點在以下幾個方面開展研究和試驗，目的在于降低燃?xì)鈫魏摹?/p>

⑴爐窯燒嘴的選用和調(diào)整；

⑵煙氣溫度控制；

⑶爐內(nèi)氣氛壓力控制；

表1 試驗設(shè)備主要參數(shù)

表2 不同工藝段每小時單耗情況

⑷爐窯整體密封性能的保證；

⑸鍛造生產(chǎn)過程控制及其他管理措施的實施。

試驗方案

針對以上措施，我們選取15m2加熱爐進行試驗，設(shè)備主要參數(shù)見表1。

同時，根據(jù)加熱產(chǎn)品的不同，我們把工藝過程分為不同的加熱工藝段，統(tǒng)計各個工藝段平均每小時的單耗情況見表2。

試驗改進過程

爐窯燒嘴的選用和調(diào)整

為保證燃?xì)獬浞秩紵蜏p少熱量損失，采用蓄熱式平焰燒嘴逐漸成為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)爐窯設(shè)計建設(shè)的主流方向。蓄熱式平焰燒嘴，如圖2 所示，通過爐窯兩側(cè)成對布置統(tǒng)一控制，設(shè)置一定換向時間，分別控制兩個燒嘴的打開和關(guān)閉，利用蓄熱體提高助燃風(fēng)溫度，以此來保證爐窯溫度曲線的同時，實現(xiàn)熱能資源利用的最大化。蓄熱式平焰燒嘴，主要以對流方式將熱量均布至整個爐膛，再通過爐膛內(nèi)氣氛，以輻射方式傳遞給被加熱工件，火焰不會直接接觸到被加熱工件，有利于工件均勻加熱，避免過燒。

兩側(cè)燒嘴的開啟時間、開關(guān)頻次和開啟程度之間的配合，以及燃?xì)馀c助燃風(fēng)的配比直接給燃?xì)庀膸砭薮蟮挠绊憽?/p>

空燃比的調(diào)整。通過定期測定煙道內(nèi)煙氣內(nèi)氧含量，對爐窯燒嘴的手動閥門進行調(diào)整，經(jīng)過多次調(diào)整摸索驗證，當(dāng)煙氣中殘氧含量小于4%時，容易出現(xiàn)爐內(nèi)燃?xì)馊紵怀浞?，?yīng)適當(dāng)增加助燃風(fēng)量；當(dāng)煙氣中殘氧含量超過6%時，說明助燃風(fēng)量較大，應(yīng)適當(dāng)降低助燃風(fēng)量，避免無謂消耗。

煙氣溫度控制

圖2 爐體側(cè)面燒嘴控制部分

排煙溫度高低，反映出換向保溫及蓄熱體的蓄熱量的高低。排煙溫度較高，說明蓄熱體蓄熱量已達到飽和，時間長造成燃?xì)鉄o謂浪費。將排煙溫度控制在較低水平，可保證煙氣熱量的充分回收利用。我單位目前將排煙溫度的高低作為爐窯空燃比調(diào)整的重要標(biāo)記，一般煙氣溫度控制在200℃以下。

表3 不同工藝段試驗前后天然氣消耗對比

爐內(nèi)氣氛壓力控制

爐內(nèi)壓力高低也是衡量燃?xì)鉄崃砍浞掷玫闹匾笜?biāo)。爐壓高對設(shè)備損壞較大，爐壓低容易造成燃?xì)獾臒o謂消耗，因此保證爐窯在合理范圍之內(nèi)，是保證設(shè)備充分利用，同時保證節(jié)能的重要措施。目前我們將爐壓范圍控制在20 ～50Pa 內(nèi)。

爐窯整體密封保溫性能的保證

爐體設(shè)計采用頂部和側(cè)墻部分使用復(fù)合纖維模塊，每次停爐后將檢查模塊及補償邊條緊實程度作為爐窯保養(yǎng)的重點項次，保證每次停爐后利用陶瓷纖維氈塊將所有縫隙塞實；日常監(jiān)測爐體外墻溫度，檢測溫度高于65℃時，對爐體模塊進行局部或全部更換。

臺車密封由沙封刀、沙封槽和密封用沙子組成，沙封刀、沙封槽在日常運行中，由于高溫的環(huán)境頻繁變化，容易出現(xiàn)損壞，造成爐內(nèi)高溫氣體與外部對流交換，形成熱量損失，因此日常必須隨時保持沙封刀埋入到沙封槽的沙子內(nèi)。沙封槽內(nèi)的沙子，由于臺車頻繁的往復(fù)運動，造成沙子的流失。臺車上氧化皮掉入沙封槽內(nèi)，最終影響了密封效果，因此每次停爐后要對沙封槽內(nèi)掉落的氧化皮及時清理并補充沙子，保證臺車密封效果。

爐門密封采用自壓緊，前期加熱爐爐門采用氣缸壓緊方式，因爐門口爐溫較高，極易烤壞氣缸內(nèi)密封，造成無法正常使用，還容易造成熱停爐。因此為減少設(shè)備損壞及停爐時間，目前爐窯采用機械自壓緊方式，同時在爐門護板增加凸條方式，將爐門內(nèi)纖維和爐門護板上的凸條緊密結(jié)合達到壓緊的目的。

鍛造生產(chǎn)過程控制及其他管理措施的實施

在采取以上設(shè)備參數(shù)調(diào)整的同時，在日常運行中進行過程控制，采取了有效利用高溫余熱連續(xù)生產(chǎn)、減少裝出爐次數(shù)、減少出爐等待時間、增加單爐次裝爐量和班組能耗競賽等措施。

有效利用高溫余熱連續(xù)生產(chǎn)，有效利用了爐體、蓄熱體及臺車的剩余熱量，減少了爐次之間爐窯余熱的損失，實現(xiàn)了熱量的有效充分利用。通過管理措施，合理的組織生產(chǎn)模式和出爐頻次，提前做好吊裝轉(zhuǎn)運準(zhǔn)備工作，減少出爐次數(shù)和出爐等待時間，也一定程度上減少了熱量損失。在設(shè)備承載能力范圍之內(nèi)，合理的增加裝爐量，有效的降低了加熱成本的噸單耗。通過班組能耗競賽，有效的鞏固了以上措施的執(zhí)行，保證了能耗的降低。

試驗效果

不同工藝段試驗前后天然氣消耗對比見表3，從表3 中可以看出，通過各項措施的實施，爐窯處于各工藝段的瞬時流量均有了不同程度的降低，不同溫度段能耗節(jié)約比例在20%～30%。

結(jié)束語

本文通過對天然氣爐窯設(shè)備節(jié)能措施的研究過程和實踐結(jié)果的分析介紹。通過技術(shù)及管理措施的實施，可以非常有效的實現(xiàn)鍛造加熱爐燃?xì)獬杀镜墓?jié)約，且該措施可以向其他爐窯進行推廣，降低鍛造工序制作成本，提升行業(yè)市場競爭力。