加热炉节能措施和特点

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摘要：本文列举加热炉节能途径和措施，并对各自特点进行分析。这些节能措施包括：蓄热烧嘴的使用、加强水梁绝热、余热锅炉回收烟气余热、脉冲控制系统的使用、完善二级数学模型等。加热炉综合采取适当的节能措施后，能带来的直接的经济收益，同时带来环境保护等方面社会收益。

关键词：加热炉节能；节能措施；蓄热燃烧

中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

前言

近年来，钢铁企业利润下降，如何通过节能增效，在市场竞争中取得优势地位是钢铁生产企业面临的问题， 下面讨论一下如何在轧钢生产中加热炉的节能。

加热炉节能措施及其特点

加热炉产量大，总耗能量大，具有很大的节能潜力，是每个钢铁厂尤为关注的问题。我国钢铁行业在经过十几年的发展后，一批大型加热炉正好渐渐进入改造期，在此时此刻谈论这批炉子的节能改造问题，正当其时。对于这批加热炉的改造，不能简单重复以前的技术模式，需要应用今天最新的技术和发展成果，下面从加热炉设计、运行管理等方面来谈论节能改造问题。

2.1 采用蓄热燃烧系统

多年来，国内就十分在大型加热炉十分采用蓄热燃烧系统存在很多争论，我们一直认为蓄热燃烧技术是一个很好的节能途径，并立足于追求技术的先进性、可靠性和环保性。

蓄热燃烧系统具有下列特点：

1) 炉膛温度均匀性好

采用无焰燃烧技术,使燃料分散到炉膛广大的区域中燃烧,避免局部温度过高；烧嘴的煤气、空气均以很高的速度喷到炉内，实现炉内气氛的搅动，从而达到炉温均匀化的目的。

2)烧嘴寿命长，可维护性高

国内有很多蓄热燃烧系统的供应商，并投产了很多蓄热式加热炉，大多用蜂窝体作蓄热体，存在的主要问题是蓄热体寿命短，维护、运行成本高的问题。

蓄热燃烧系统采用高纯Al2O3小球作蓄热体，由于高纯Al2O3抗热冲击能力强，耐火度高，寿命长。蓄热体检修周期平均约一年。检修时，在去掉其中灰和粉尘, 板结部分,小尺寸，90%的小球可重复使用，大大节省运行成本。

蓄热烧嘴的煤气喷管采用特殊的设计，选择合适的安装位置、特殊的密封结构、用一次风冷却、改进烧嘴砖结构等措施，大大提高了其使用寿命。而同类型的国外的蓄热烧嘴，由于设计上的缺陷，存在烧嘴的煤气喷管使用短的缺陷。

3)低NOx排放特性

烧嘴采用无焰燃烧技术，炉温均匀，且具有低NOx排放特性，在加热炉的操作条件下，NOx的生成量在80ppm(1300℃)以下；同时，由于单耗低，燃料消耗少，CO2生成量少。

4)该烧嘴结构，既可以用做蓄热烧嘴，又可以当普通烧嘴使用，不需设置烘炉烧嘴

5)采用灵活的控制技术，具有很高调节比，各段的调节比可达1:10，满足工艺多样性的要求。

6）节能效果明显

与常规加热炉相比，蓄热式加热炉可在原来的基础上节能8～10%。下图为烧嘴在实际现场的照片。

2.2 纳米水梁包扎

对于加热炉内坯料支撑梁的热损失约占炉膛总热损失的8~12%，在倡导节能环保的背景下，如何将这部分能耗降低是每个加热炉用户的强烈愿望。

通过引入一个新型高性能隔热材料用于水梁的绝热包扎结构，并改善砌筑结构，降低水梁带走的热损失，从而将加热炉的单耗降低3~4%。

传统的水梁的隔热层是由一层硅酸铝纤维毯和一层浇注料组成，为了增加隔热层的稳定性，在水梁上焊接料锚固钩，施工是采用现场支模板，浇注施工成型。传统的水梁结构如下：

工作层： 低水泥浇注料

隔热层： 硅酸铝纤维毯

我们推荐的新型水梁隔热结构如下：

工作层： 低水泥浇注料

隔热层： 硅酸铝纤维毯

绝热层： 新型隔热材料。

使用改进后的水梁结果，带来如下好处：

这种新型材料的导热系数是纤维材料的1/3～1/9，采用新型纳米隔热结构的水梁热损失比传统隔热结构的水梁热损失低～30％，节约能耗8～10kcal/kg钢。

同时，水梁热损失的降低，也可大大降低汽化冷却设备的能力，循环泵的功率、汽包的容量、旋转接头的数量均有减少。

2.3 余热回收系统

近些年来我们专注于加热炉余热回收节能利用技术，率先在国内尝试在加热炉尾部烟道内设置蒸发器、过热器等余热回收设备，降低排烟温度回收余热，技术成熟可靠且拥有专利技术保障。

烟道内增设余热锅炉有如下节能优势：

余热锅炉热效率高，余热回收量大，通过其的烟气温度能降低至~250℃甚至更低，加热炉综合热效率明显提高。

蒸汽附加值高：余热锅炉产生的蒸汽并入车间蒸汽管网，可供生产、生活使用，也可用于发电。

有效减少工业炉烟气排放热污染。

相关的技术应用在太钢热轧加热炉改造工程中，在烟道空气换热器后面，设置有蒸汽过热器，产生的蒸汽经过热器提温并网供发电用汽，有效提高蒸汽附加值。同时在烟道内设置有蒸发器，当加热炉烟气量在～80000 Nm3/h范围时，蒸发器进口烟温400℃，出口烟温~250℃，产生蒸汽~6t/h，投资在半年内可回收全部投资。

2.4 脉冲控制系统

脉冲控制系统最初应用在热处理控制上，由于该控制模式诸多优点，现越来越多地应用在大型加热炉的控制上，并获得了很大的技术进步。

脉冲燃烧系统采用控制烧嘴开启/关闭时间比例来控制能量的输出，可以获得稳定的火焰长度和炉内气氛。脉冲燃烧系统应从烧嘴层次、温度控制区、流量区层次和压力控制区层次来完善。

1）燃烧设备层次

要求参与脉冲控制烧嘴火焰温度均匀、调节灵活、结构紧凑；脉冲阀门泄露率低、寿命长、温度可靠，同时脉冲阀开启和关闭速度得到有效控制，实现柔性开启和关闭，平滑脉冲过程。

2）温度区层次

对于热轧加热炉采用侧烧嘴，1～2排侧烧嘴组成一个温度控制区，成排单独切断，灵活性强。适应冷热装、多品种、待轧/正常转化等要求。由于温度区的细化，提高炉温控制的精度，特别适合不锈钢加热工艺对炉温控制精度高的要求。

3）流量控制区层次

国外炉子公司在应用脉冲燃烧系统时，对脉冲过程中流量控制盒空燃比的调整不够重视，主要表现为空燃比控制不精确、对煤气热值波动适应性差、不能差异化控制各炉段的空燃比等。

我们认为：国内钢铁厂煤气系统存在煤气热值波动大，煤气较脏，煤气管道流通断面发生变化，因而流量控制和检测需要和脉冲控制系统结合，对脉冲控制系统参数进行修正和调整，从而达到精确控制空燃比的目的。

在大型加热炉中，我们保留了若干流量控制区，用以调控炉子空燃比。

4）压力控制区层次

压力控制区层次分为两部分炉压控制盒管道压力控制。通过平稳控制烧嘴的脉冲，通过错时开启和关闭烧嘴，优化烧嘴控制时序，避免烧嘴启动对炉压和管道的冲击。

应用脉冲控制系统后，能够使燃烧系统数字化、精确化，并很好地进行自动化控制，特别是它能够使L2的投入更加容易。

2.5 L2控制系统

加热炉二级系统包括炉区的生产管理和对钢坯的优化控制，通过热工数学模型反映钢坯在炉内的加热状况，实时计算板坯加热时在炉温度分布，并根据当前的加热状况控制加热方式，使板坯出炉时获得理想的温度值，同时通过延迟、待轧策略的实现，平稳地控制待轧过程中炉温控制，提高板坯的加热质量，节省能源。系统具备以下特点：