熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施研究

張 斯

（河鋼股份有限公司承德分公司、河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067000）

我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)離不開鋼鐵行業(yè)，是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ?，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)量不斷增加，鋼鐵生產(chǎn)的總產(chǎn)量已經(jīng)占全球鋼鐵總產(chǎn)量的很大部分。我們生產(chǎn)鋼鐵時(shí)，需要能源作為生產(chǎn)基礎(chǔ)，生產(chǎn)的鋼鐵產(chǎn)量越高，所需能源越多，不必要的能源損耗，會(huì)增加鋼鐵生產(chǎn)的成本，導(dǎo)致鋼鐵行業(yè)在社會(huì)中的競(jìng)爭(zhēng)力下降。其中熱軋帶鋼加熱爐是鋼鐵生產(chǎn)的主要設(shè)備，也是能源消耗的主要場(chǎng)所，但現(xiàn)階段研發(fā)的熱軋帶鋼加熱爐還存在一些問(wèn)題，熱軋帶鋼加熱爐容易出現(xiàn)漏火漏氣現(xiàn)象，能源不能全部被燃燒利用，加熱擋板容易堵塞影響，加熱爐熱量傳輸性能較差。為了保證生產(chǎn)鋼鐵的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)鋼鐵行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，必須降低熱軋帶鋼加熱爐的能源損耗成本，所以研究熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施尤為重要。通過(guò)節(jié)能降耗措施能夠提高熱軋帶鋼加熱爐的工作性能，能夠有效控制整個(gè)加熱爐中能源的燃燒過(guò)程，讓能源能夠產(chǎn)出最大熱能，將熱能有效傳遞給生產(chǎn)中的熱軋帶鋼，熱軋帶鋼加熱率的能效研究還包括爐體保溫盒余熱回收能效。

1 熱軋帶鋼加熱爐發(fā)展現(xiàn)狀

熱軋帶鋼加工爐是鋼鐵生產(chǎn)中重要的加工設(shè)備，燃燒加熱物料的主要場(chǎng)所，它的主要作用就是根據(jù)具體的制造鋼鐵要求，將鋼鐵材料加熱到標(biāo)準(zhǔn)溫度，有利于鋼鐵材料順利進(jìn)入下一步加工環(huán)節(jié)。加熱爐將燃料中能量轉(zhuǎn)化為熱能，需要大量燃料作為支撐，成為鋼鐵行業(yè)的主要耗能設(shè)備，我國(guó)熱軋帶鋼加熱爐一般采用煤和天然氣作為主要燃料，燃料在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳和氮氧化合物，以及其他污染物，嚴(yán)重影響大氣環(huán)境[1]。熱軋帶鋼加熱爐類型較多，可以按照加熱爐的結(jié)構(gòu)、用途和操作壓力進(jìn)行分類，不同類型加熱爐的加熱對(duì)象和加熱目的不同。根據(jù)某地區(qū)鋼鐵行業(yè)的加熱爐運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行分析，某地區(qū)鋼鐵加熱爐工作環(huán)境如下圖1所示。

圖1 加熱爐加工場(chǎng)景

圖1表示熱軋帶鋼加熱爐工作場(chǎng)景，容量規(guī)模為100萬(wàn)噸的熱軋帶鋼加熱爐每年燃料消耗量大約為8萬(wàn)噸，每年燃料費(fèi)用為3.5億元，每年煙氣排放量為175萬(wàn)噸，容量規(guī)模為150萬(wàn)噸的熱軋帶鋼加熱爐每年燃料消耗量為13.5萬(wàn)噸，每年燃料費(fèi)用為5.4億元，每年煙氣排放量為180萬(wàn)噸[2]。根據(jù)上述某地區(qū)鋼鐵行業(yè)加熱爐發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，加熱爐燃料消耗量和煙氣排放量較大，加熱爐的熱效能利用率不高。研究熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施尤為重要，解決加熱爐熱效率、環(huán)境污染和加熱爐安全等問(wèn)題，提高鋼鐵行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 熱軋帶鋼加熱爐存在的問(wèn)題

2.1 加熱爐漏火漏氣嚴(yán)重

熱軋帶鋼加熱爐在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，加熱爐投入使用時(shí)間較長(zhǎng)，熱軋帶鋼加熱爐會(huì)出現(xiàn)漏火漏氣現(xiàn)象，漏火漏氣現(xiàn)象主要出現(xiàn)在加熱爐蓄熱室局部區(qū)域，漏火漏氣會(huì)導(dǎo)致加熱爐的內(nèi)部溫度受熱不均勻，嚴(yán)重?fù)p壞加熱爐護(hù)爐板和墊塊，直接影響加熱爐的工作效能，導(dǎo)致加熱爐不能正常運(yùn)行加工工作。加熱爐墊塊是加熱爐的核心部件，是加熱爐加工工作的重要組成部分，墊塊材料一般選用鈷基合金材料和鎳鉻合金材料，不同規(guī)模熱軋帶鋼加熱爐選用的墊塊材料不同，加熱爐墊塊具有很強(qiáng)的耐磨性和抗高溫性，一旦加熱爐墊塊受到損壞，很大程度上加熱爐會(huì)出現(xiàn)報(bào)廢情況[3]。造成加熱爐漏氣漏火的主要因素是由加熱爐蓄熱室的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定導(dǎo)致的，制造加熱爐采用纖維板作為加熱爐的保溫材料，加熱爐蓄熱室中的纖維板和護(hù)爐板銜接效果不好，加熱爐在加工過(guò)程中，內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，兩個(gè)板塊銜接點(diǎn)的地方就容易出現(xiàn)漏火漏氣現(xiàn)象。加熱爐加工時(shí)，煤氣進(jìn)行換向運(yùn)轉(zhuǎn)，換向閥門被卡阻，或者密封不嚴(yán)也會(huì)出現(xiàn)漏火漏氣現(xiàn)象[4]。蓄熱室燃?xì)鈸Q向過(guò)程圖如下圖2所示。

圖2 燃?xì)鈸Q向過(guò)程圖

根據(jù)上圖可知，蓄熱室中的燃?xì)鈺?huì)通過(guò)換向閥進(jìn)行傳輸，燃料熱能也會(huì)通過(guò)換向閥進(jìn)入蓄熱室，換向過(guò)程完成，關(guān)閉換向閥。換向閥和蓄熱室是造成漏氣漏火的主要場(chǎng)所。

2.2 加熱爐燒嘴磚易損壞

熱軋帶鋼加熱爐在使用過(guò)程中，加熱爐的擋板磚容易出現(xiàn)堵塞情況，擋板磚堵塞會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞燒嘴磚。鋼鐵行業(yè)中的熱軋帶鋼加熱爐一般采用的煤炭作為主要的燃料，燃燒煤炭會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣、粉末和雜質(zhì)，是堵塞加熱爐擋板磚的主要物質(zhì)。擋板磚由很多氣孔構(gòu)成，對(duì)加熱爐內(nèi)部溫度起到一個(gè)調(diào)節(jié)作用，保證加熱爐的溫度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，一旦氣孔被堵塞，加熱爐的擋板磚結(jié)構(gòu)可能會(huì)產(chǎn)生一定的變化，嚴(yán)重時(shí)擋板磚會(huì)出現(xiàn)彎曲變形等情況，加熱爐內(nèi)部溫度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，加工出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)受到嚴(yán)重影響。燃料產(chǎn)生的煙氣和粉塵具有一定的腐蝕作用，長(zhǎng)期受到煙氣和粉塵的污染，會(huì)降低燒嘴磚的強(qiáng)度，加熱爐運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，燒嘴磚的受損程度越高，燒嘴磚的強(qiáng)度是影響加熱爐加工質(zhì)量和耗能的主要因素，加熱爐加工工作時(shí)間越久，加熱爐的燃燒質(zhì)量會(huì)降低，燃燒耗能量增加，燒嘴磚主要是采用鐵皮合金鑄成，煙氣會(huì)加快燒嘴磚的鐵皮氧化量，維護(hù)成本較高。構(gòu)成加熱爐的零部件較多，每一個(gè)零部件的損壞都會(huì)影響加熱爐的加工效能，比如換熱器損壞、爐底結(jié)渣和爐內(nèi)水管結(jié)垢都會(huì)影響加熱爐的燃燒質(zhì)量，縮短加熱爐的使用周期。

3 熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施

3.1 優(yōu)化加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)

根據(jù)熱軋帶鋼存在的問(wèn)題提出相應(yīng)的解決措施，加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)是造成加熱爐漏火漏氣的主要原因，我們需要不斷優(yōu)化加熱爐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，緊密銜接加熱爐中每一個(gè)運(yùn)行區(qū)域。對(duì)加熱爐內(nèi)部材料進(jìn)行改變，采用耐火纖維和輕質(zhì)耐火材料結(jié)合筑路，內(nèi)部材料主要以輕質(zhì)耐火材料為主，能夠提高蓄熱室的散熱和蓄熱功能，有效增加加熱爐的熱能利用率。輕質(zhì)耐熱材料的利用率能夠達(dá)到86%，熱量損失在16%左右，加熱爐在加工過(guò)程中，加熱爐內(nèi)部材料會(huì)吸收很大部分的熱量，輕質(zhì)材料吸收的熱量較低，保障了加熱爐蓄熱室中的熱能。輕質(zhì)材料還具有隔熱和保溫功能，減少加熱爐中的熱量流失。加熱爐裝爐技術(shù)會(huì)對(duì)加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成一定程度的影響，傳統(tǒng)的裝爐技術(shù)采用澆灌和預(yù)制構(gòu)件等方法進(jìn)行筑路，加熱爐內(nèi)部的嚴(yán)密性不高，降低了加熱爐的使用壽命，維修靈活性較差[5]?，F(xiàn)階段的鑄造技術(shù)不斷提高，筑爐技術(shù)得到很大提升，加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密性較好，縫隙縫合質(zhì)量高，使用多功能爐襯加熱爐，以黑體強(qiáng)化輻射技術(shù)為主，有利于增強(qiáng)氣密性。

3.2 調(diào)整燒嘴磚角度

加熱爐燒嘴磚分為均熱段端燒嘴磚，加熱段上部側(cè)燒嘴磚，加熱段中部側(cè)燒嘴磚和加熱段下部側(cè)燒嘴磚，每一個(gè)區(qū)域的燒嘴磚個(gè)數(shù)也不相同，我們需要根據(jù)加熱爐加工工作的實(shí)際情況進(jìn)行布局，調(diào)整每一個(gè)燒嘴磚的位置和角度，減少燒嘴磚的損壞程度。由于每一個(gè)加熱爐內(nèi)部區(qū)域溫度和壓力不同，區(qū)域中燒嘴磚角度需要按照加熱爐內(nèi)部壓力進(jìn)行調(diào)整，壓力值大的區(qū)域增加燒嘴磚數(shù)量，傾斜角增加，壓力值較小的區(qū)域減少燒嘴磚數(shù)量，傾斜角減小。煙氣和粉塵是影響燒嘴磚的主要因素之一，我們可以減少煙氣和粉塵對(duì)燒嘴磚的影響程度，采用煙氣凈化技術(shù)降低煙氣的排放量，采用更加環(huán)保的燃料作為加工生產(chǎn)的主要燃料，減少粉塵的排放量。加熱爐的運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，燒嘴磚的性能越差，我們按時(shí)更換燒嘴磚，定期維護(hù)燒嘴磚。燒嘴磚會(huì)吸收一部分蓄熱室熱量，我們可以采用熱氣回收技術(shù)，回收燒嘴磚中的熱量，通過(guò)改變水管支撐結(jié)構(gòu)，有效制定燒嘴磚的合理位置。

3.3 加熱爐分段燃燒控制技術(shù)

對(duì)加熱爐進(jìn)行分段燃燒技術(shù)的應(yīng)用，其中要在爐膛的各個(gè)控制端進(jìn)行氣氛測(cè)量探頭的安裝，對(duì)于各段氧氣和一氧化碳的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量值對(duì)各段的空氣配比進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，控制氧氣和一氧化碳的含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)耗能的減少。

3.4 加熱爐燃燒優(yōu)化過(guò)程

由于受到煤氣熱值波動(dòng)、流量計(jì)量誤差、閥門開度誤差、氣體泄漏、排煙速度等因素的影響，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)燃燒狀態(tài)出現(xiàn)偏離的情況。要想將燃燒提升到最佳狀態(tài)，進(jìn)行燃燒狀態(tài)檢測(cè)、動(dòng)態(tài)尋優(yōu)、優(yōu)化調(diào)整是必不可少的，從而從根本上節(jié)約了煤氣的使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究熱軋帶鋼加熱爐節(jié)能降耗措施，研究措施運(yùn)用到實(shí)際加熱爐運(yùn)行中，加熱爐在節(jié)能降耗方面取得了良好的效果，減少了鋼鐵行業(yè)的制造成本。根據(jù)熱軋帶鋼加熱爐發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)加熱爐在工作時(shí)存在一些問(wèn)題，根據(jù)具體問(wèn)題給出相應(yīng)的解決措施。本文對(duì)熱軋帶鋼加熱爐存在的問(wèn)題分析不全面，加熱爐節(jié)能降耗還有很大潛力，希望在下一次研究中優(yōu)化加熱爐節(jié)能降耗措施，擴(kuò)大鋼鐵行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。