降低1 780 mm加熱爐熱量損失的措施及效果

李 敬

（安陽鋼鐵股份有限公司 第二煉軋廠，河南 安陽 455004）

在鋼鐵行業(yè)競爭激烈的今天，現(xiàn)代化的鋼鐵企業(yè)必須走節(jié)能降耗、清潔發(fā)展的道路。軋鋼加熱爐是軋鋼工序中的能源消耗大戶，其加熱爐燃料消耗占到了該工序能源介質(zhì)消耗總量的80%～85%。對加熱爐不斷研究摸索和實施應(yīng)用新的節(jié)能技術(shù)是企業(yè)降本增效的可行之路，也是必然之路。

1 1 780機組加熱爐主要技術(shù)參數(shù)

爐體內(nèi)砌尺寸：43 500 mm×11 700 mm

所用燃料：高、焦爐混合煤氣（熱值：7 524 kJ/m3）

爐子產(chǎn)量：額定270 t/h，最大300 t/h（冷裝）；額定300 t/h，最大350 t/h（熱裝）

空、煤換熱器形式：帶插入件式金屬管狀換熱器

燒嘴類型：平焰+調(diào)焰

空氣預(yù)熱溫度：550℃

煤氣預(yù)熱溫度：300℃

裝、出料方式：端進端出

排煙方式：下排煙

冷卻方式：汽化強制循環(huán)冷卻

2 加熱爐節(jié)能研究方向的確定

加熱爐的煤氣消耗是整個軋鋼工序中最主要的能源消耗，其消耗成本占了該工序能源消耗總成本的60%。為此，研究人員將1 780 mm機組加熱爐煤氣消耗作為節(jié)能技術(shù)研究和施實的重點。研究人員首先采集出了1 780 mm機組加熱爐每個月穩(wěn)定生產(chǎn)運行期間的相關(guān)參數(shù)，然后通過熱平衡計算得出了單位時間加熱爐的各項熱收入和熱支出所占的比例數(shù)值，并繪制了加熱爐熱平衡圖，如圖1所示?？梢钥闯?，該機組加熱爐鋼坯出爐帶走的熱量僅為熱投入總量的40.4%，煤氣燃燒的熱效率偏低。其主要原因是加熱爐在生產(chǎn)運行中，煙氣、爐底水冷管及爐墻帶走的熱損失量過大。因此，要想提高該加熱爐煤氣燃燒熱效率、降低煤氣消耗量，達到節(jié)能降耗的目的，應(yīng)把降低該爐生產(chǎn)過程中煙氣、爐底水冷管、爐墻帶走的熱量損失作為節(jié)能研究和采取措施解決問題的關(guān)鍵點。

圖1 1 780機組加熱爐熱平衡圖

3 爐子熱量損失增加的原因分析

3.1 爐墻熱損失量增加的原因

通過停爐期間到爐內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)高溫段爐頂、側(cè)墻工作層耐火材料出現(xiàn)了不同位置、面積的局部脫落現(xiàn)象和膨脹縫隙過大問題，如圖2所示。經(jīng)測量，爐頂工作層耐材厚度減薄了30 mm，側(cè)墻工作層耐材厚度減薄了20 mm。加熱爐內(nèi)，爐墻傳熱的原理是：爐內(nèi)工作層的傳熱為傳導(dǎo)傳熱，爐墻外表面的傳熱為對流傳熱。爐內(nèi)耐火工作層的傳熱量要依據(jù)傳導(dǎo)傳熱計算公式來進行研究分析：

圖2 爐頂工作層脫落現(xiàn)場圖

式中：q—熱流密度，W/m2

A—傳熱表面積，m2

λ—工作層耐材熱導(dǎo)率，W/（m·℃）

δ—工作層耐材厚度，m

t1、t2—爐氣溫度和工作層耐材的溫度，℃

通過上述公式可以看出，耐火材料厚度與傳熱量成反比關(guān)系，在爐溫、傳熱面積及爐墻外環(huán)境溫度一定的情況下，爐內(nèi)耐火材料厚度的減薄是導(dǎo)致爐墻熱損失量增加的主要原因。

3.2 爐底管熱量損失增加的原因

1 780 mm機組加熱爐的結(jié)構(gòu)型式為步進梁式加熱爐；在爐內(nèi)布置有活動梁、固定梁及相應(yīng)數(shù)量的活動、固定立柱，其在爐內(nèi)的絕熱方式為50 mm厚耐火澆注料+20 mm厚硅酸鋁纖維毯復(fù)合包扎絕熱。水梁和立柱內(nèi)冷卻方式采用汽化強制循環(huán)冷卻。因加熱爐長期生產(chǎn)運行過程中存在的升、降溫情況；導(dǎo)致水梁和立柱外的耐火澆注料抗熱震性能降低，最終出現(xiàn)了開裂、脫落現(xiàn)象，如圖3所示。而內(nèi)層的硅酸鋁纖維毯因耐火度不高[1]，高溫爐氣直接沖刷一段時間后出現(xiàn)了再結(jié)晶和收縮變形現(xiàn)象。裸露的水梁和立柱本體，加劇了高溫爐氣對其部位的對流傳熱。致使水梁和立柱帶走的爐內(nèi)熱量增加，煤氣燃燒熱效率降低。

圖3 爐內(nèi)水梁立柱絕熱層脫落現(xiàn)場圖

3.3 煙氣熱量損失增加的原因

通過對1 780 mm機組加熱爐生產(chǎn)運行期間的有關(guān)參數(shù)采集，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該爐煙氣熱損失量大的原因主要有以下幾個方面：

（1）操作過程中空氣過剩系數(shù)過大，造成單位燃燒生產(chǎn)的煙氣量增加。

（2）煤氣質(zhì)量在生產(chǎn)過程中存在波動現(xiàn)象，導(dǎo)致煙氣溫度增加。

（3）煙道內(nèi)設(shè)置的空、煤氣煙氣余熱回收率偏低；預(yù)熱空氣溫度僅為470℃，預(yù)熱煤氣溫度為290℃。

4 節(jié)能措施的應(yīng)用

針對上述得出的原因分析，熱工人員實施了以下節(jié)能措施：

（1）停爐期間，對爐內(nèi)側(cè)墻和爐頂絕熱層表面噴涂耐火度可達到1 600℃的高溫節(jié)能涂料，涂料經(jīng)過高溫加熱固化后在爐墻和爐頂絕熱層表面形成了一種堅硬的釉質(zhì)層，避免了高溫爐氣后期對爐內(nèi)側(cè)墻和爐頂表面的直接沖刷，有效保護了爐體的工作層面，遏制了絕熱層的進一步脫落，如圖4所示。另外，涂料本身氣孔率低，體積密度大，對高溫爐氣輻射熱量的反射率大，有效降低了爐墻和爐頂?shù)某跏紓鳠釡囟燃盁崃繐p失。

圖4 爐頂高溫節(jié)能涂料噴涂效果圖

（2）檢修期間，對水梁和立柱損壞外絕熱層損壞部位的耐材全部打掉，重新進行絕熱包扎檢修施工。為確保耐材澆注質(zhì)量，技術(shù)人員對澆注模板材質(zhì)進行了改進，把原先用的鋼模板更換成了本體重量輕、結(jié)合面嚴密的塑料模板，保障了水梁和立柱外絕熱層耐材的澆注質(zhì)量，如圖5所示。另外，為進一步降低水梁和立柱帶走的爐內(nèi)熱量，將隔熱層硅酸鋁纖維毯的體積密度由130 kg/m3提高到160 kg/m3，不僅降低了隔熱層的熱導(dǎo)率，而且提高了隔熱層的耐火溫度。

圖5 爐內(nèi)水梁、立柱澆注效果圖

（3）針對煙氣熱損失量過大的問題，實施了加熱爐生產(chǎn)運行期間各加熱段空氣過剩系數(shù)的嚴格管控標準，要求均熱段空氣過剩系數(shù)控制在0.95～1.0，二加熱段空氣過剩系數(shù)控制在1.0～1.05，一加熱段控制在1.1～1.15，確保煙氣的產(chǎn)生量。對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的煤氣質(zhì)量波動情況，采取勤聯(lián)系、勤調(diào)整、間拔燒嘴等操作模式，避免爐內(nèi)超溫現(xiàn)象的發(fā)生。檢修停爐期間，對煙道內(nèi)的空、煤氣換熱器表面進行清灰，封堵煙道漏風(fēng)口；生產(chǎn)期間及時調(diào)整爐膛壓力，關(guān)停稀釋風(fēng)機，通過上述措施來提高空、煤氣換熱效率，降低排煙溫度。

5 應(yīng)用效果

通過上述多項節(jié)能措施的實施，1 780 mm機組加熱爐爐內(nèi)的各項熱損失量大幅度降低，見表1。

表1 各項熱損失降低效果

同時，空、煤氣換熱器換熱效率明顯提高，空氣預(yù)熱溫度由470℃提高到了510℃；煤氣預(yù)熱溫度由290℃提高到了310℃。爐內(nèi)鋼坯在加熱過程中得到的有效熱量提高到了45%。經(jīng)過一年的實踐運行，該機組加熱爐煤氣單耗由原來的56.52 kgce/t降低到目前的52.69 kgce/t，煤氣消耗成本得到了大幅降低。

6 結(jié)語

不斷實施加熱爐節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化，提高加熱爐生產(chǎn)率，降低燃料消耗成本是每個鋼鐵企業(yè)熱工技術(shù)人員堅持不懈的目標和任務(wù)，也是企業(yè)降本增效中的一項重要環(huán)節(jié)。