太鋼三軋廠2_加熱爐蓄熱式HTAC技術(shù)節(jié)能改造實(shí)例.doc

太鋼三軋廠2#加熱爐蓄熱式HTAC技術(shù)節(jié)能改造實(shí)例吳道洪1 武慶明21 北京神霧熱能技術(shù)有限公司2 太原鋼鐵（集團(tuán)）有限公司機(jī)動(dòng)處 摘 要：介紹了太鋼三軋廠2號(hào)加熱爐蓄熱式改造情況，并對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，三軋廠2加熱爐采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)進(jìn)行節(jié)能改造是成功的，使我公司軋鋼加熱爐的技術(shù)水平上了一個(gè)新的臺(tái)階。 關(guān)鍵詞：節(jié)能；蓄熱 1 概況 太鋼三軋廠原為年產(chǎn)量40萬噸的650開坯廠，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，1995年經(jīng)過工藝改造，現(xiàn)己變?yōu)槟戤a(chǎn)20萬噸高速線材的生產(chǎn)廠，產(chǎn)品以特鋼為主1Cr18Ni9Ti、冷墩鋼等，有少量的普鋼規(guī)格為5.516mm。 該廠配有兩座推鋼式燃油加熱爐，設(shè)計(jì)能力為65t/h，一臺(tái)生產(chǎn)一臺(tái)備用。 三軋廠2加熱爐自1989年大修以來，到2001年已使用十多年的時(shí)間，尤其是在改建高線前，該爐長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，爐底存留的熔融鋼液滲漏到基礎(chǔ)，對(duì)基礎(chǔ)和爐墻造成嚴(yán)重的侵蝕，爐墻和爐頂也出現(xiàn)了不同程度的開裂和剝落，爐子的加熱段、均熱段鋼結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重。由此造成該爐的能耗高、加熱質(zhì)量差、氧化燒損嚴(yán)重。2爐的狀況己不能適應(yīng)高速線材生產(chǎn)的要求，為此公司對(duì)定三軋廠2加熱爐進(jìn)行節(jié)能改造。 2 改造方案 根據(jù)當(dāng)前加熱爐燃燒技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀調(diào)查，神霧公司蓄熱式高溫空氣燃燒技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在我國(guó)一些大型的加熱爐上得到了成功的應(yīng)用，取得了明顯的節(jié)能效果1。我們決定運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)對(duì)2加熱爐進(jìn)行蓄熱式改造。2.l加熱爐爐體 加熱爐爐體基礎(chǔ)基本不變，加熱爐的砌磚尺寸與原尺寸一致。 加熱爐爐墻和爐頂采用整體澆注方式。通過加強(qiáng)絕熱，適當(dāng)減少孔洞，提高氣密性等措施，相應(yīng)地降低爐子外壁溫度和散熱損失并改善操作環(huán)境。 原2加熱爐采用三段多點(diǎn)供熱方式，爐頂曲線比較復(fù)雜。改造后，2爐仍采用三段爐型，加熱段、均熱段上下四點(diǎn)供熱。加熱段、均熱段爐頂為同一標(biāo)高的平頂，中間用豎隔墻隔開。爐頂曲線比原爐頂簡(jiǎn)單而且易施工。 爐底水管采用水平爐底，用兩根縱水管，橫水管間距為2320mm，管底比控制在0.5以下。同時(shí)改進(jìn)爐底管支撐，采用半熱滑軌和高強(qiáng)度澆注料對(duì)爐底管實(shí)行絕熱包扎，以降低水管的熱損失。 原2爐的加熱能力為65t/h，經(jīng)公司有關(guān)技術(shù)人員多次論證，認(rèn)為該廠自改為高線后年產(chǎn)量均在20萬噸以下，如還設(shè)計(jì)為加熱能力65t/h的爐子，該爐將長(zhǎng)期處于低負(fù)荷狀態(tài)，不利于節(jié)能，所以，決定將該爐的加熱能力設(shè)計(jì)為45t/h，短時(shí)間可達(dá)到5560t/h。 本次改造仍采用原推鋼方式及推鋼設(shè)備。 三軋廠2號(hào)加熱爐的技術(shù)性能如表1。 表1 2號(hào)加熱爐的技術(shù)性能 名稱 單位 改造前數(shù)據(jù) 改造后計(jì)算數(shù)據(jù) 爐子用途 鋼坯軋前加熱 鋼坯軋前加熱 加熱鋼種 炭素鋼及合金鋼 炭素鋼及合金鋼 坯料尺寸 mm 215175（30003550） 215175（30003550） 鋼坯入爐溫度 常溫 常溫 鋼坯加熱溫度 12501300 12501300 爐子產(chǎn)量 t/h 65 45 有效爐底強(qiáng)度 kg/m3.h 678 587463 燃料 筑路油 發(fā)生爐煤氣 燃料發(fā)熱量 kJ/Nm3 38056（kJ/Kg） 5645 最大燃料消耗量 Nm3/h 2200(kg/h) 9800 GJ/h 83.7 55.3 最大空氣消耗量 Nm3/h 26255 11663 最大煙氣量 Nm3/h 27540 19405 空氣預(yù)熱溫度 450 10001100 燒嘴形式 普通燃油燒嘴 蓄熱式燒嘴 爐底管冷卻方式 汽化冷卻 汽化冷卻 可比單耗 kg標(biāo)煤/t鋼 72.878 42 2.2 燃燒系統(tǒng) 本次2號(hào)爐改造中，主要是燃燒系統(tǒng)的改造。 采用“北京神霧”開發(fā)研制的單預(yù)熱空氣蓄熱式燒嘴，由空氣蓄熱室，煤氣噴槍和點(diǎn)火系統(tǒng)組成。煤氣不預(yù)熱。 蓄熱室采用蜂窩狀陶瓷體砌筑而成，其單位體積的傳熱能力相當(dāng)于陶瓷小球蓄熱體的2.6倍，蜂窩狀蓄熱體在氣流通過時(shí)，其阻力遠(yuǎn)小于陶瓷小球蓄熱體的阻力。 蓄熱式燃燒器的工作原理如圖1所示。 圖1 蓄熱式燃燒器的工作原理 從鼓風(fēng)機(jī)出來的常溫空氣由換向閥切換進(jìn)入蓄熱式燒嘴B后，再經(jīng)過蓄熱式燃燒器B時(shí)被加熱，在極短的時(shí)間內(nèi)常溫空氣被加熱到接近爐膛溫度（一般比爐溫低50100），被加熱的高溫空氣進(jìn)入爐膛后，卷吸爐內(nèi)周圍的煙氣形成一股含氧量大大低于21%的稀薄貧氧高溫氣流，同時(shí)往稀薄空氣附近注入燃料，燃料在貧氧（220%）狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)燃燒；與此同時(shí)，爐膛內(nèi)高溫?zé)釤煔馔ㄟ^蓄熱式燒嘴A，將顯熱儲(chǔ)存在蓄熱式燒嘴A內(nèi)，然后以低于150的低溫?zé)煔饨?jīng)過換向閥排出。工作溫度不高的換向閥以一定的頻率進(jìn)行切換，使兩個(gè)蓄熱式燒嘴處于蓄熱與放熱交替工作狀態(tài)，從而達(dá)到節(jié)能和降低NOX排放的目的。 每個(gè)燒嘴都自帶點(diǎn)火系統(tǒng)，在冷爐以及爐溫低于800的工況下，點(diǎn)火系統(tǒng)始終處于工作狀態(tài)。因此，任何情況下開主煤氣都能保證點(diǎn)燃，燒嘴工作十分安全。這也為烘爐和冷爐升溫提供了極大方便。不需要設(shè)置單獨(dú)的點(diǎn)火燒嘴，既簡(jiǎn)化了系統(tǒng)操作，又節(jié)省了烘爐費(fèi)用。 蓄熱式燒嘴，具有燒嘴和熱交換器的雙重功能，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，維修也十分便利，安裝方式類似普通燒嘴，爐墻厚度也和通常一樣不增加爐體施工和檢修的難度。歸納起來，系統(tǒng)使用的蓄熱式燒嘴有如下的優(yōu)點(diǎn)： （1）煤氣和空氣通道由鋼管道分開，沒有串氣的可能，非常安全可靠。 （2）本方案中，煤氣不通過蓄熱室預(yù)熱，無煤氣中的焦油等臟物堵塞蜂窩體之虞。 （3）爐墻結(jié)構(gòu)與普通加熱爐相同（無須加厚），對(duì)筑爐材料、施工、烘爐操作等無特殊要求。 （4）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火，可直接冷爐點(diǎn)火升溫，新爐建成后直接烘爐，不用另設(shè)烘爐系統(tǒng)。 （5）容易分段供熱，各段熱負(fù)荷調(diào)節(jié)方便，可以按照加熱工藝的需要，靈活調(diào)節(jié)加熱爐溫度。同一段中的上部下部燒嘴的供熱量也可調(diào)節(jié)，便于改變上、下熱負(fù)荷分配。從而減少鋼坯上下表面溫差。 （6）在爐下側(cè)墻開設(shè)扒渣爐門，可及時(shí)清理氧化鐵皮。這對(duì)于爐墻通道式爐子是無法做到的。減少了因爐底氧化鐵皮升高引發(fā)的停爐打渣。 本方案采用空氣蓄熱式燒嘴，煤氣不預(yù)熱。負(fù)荷按上供熱與下供熱比例4:6分配，燒嘴只布置在加熱段，均熱段，預(yù)熱段不布置燒嘴，44%的煙氣量靠預(yù)熱段鋼坯吸熱，同時(shí)也解決了合金鋼800前需要緩慢升溫的問題。 各區(qū)段燒嘴布置及供熱分配如表2所示： 表 2號(hào)加熱爐供熱分配表 參數(shù) 區(qū)段 燒嘴數(shù)量 （個(gè)） 單個(gè)燒嘴能力 （Nm3/h） 該段總供熱能力（Nm3/h） 加熱爐總供熱能力（Nm3/h） 預(yù)熱段 0 0 0 10400 加熱段 上部 8 300 2400 6400 下部 8 500 4000 均熱段 上部 5 300 1500 4000 下部 5 500 2500 2.3燃料供應(yīng) 三軋廠2爐原使用筑路油作燃料，改造后使用太鋼煤氣廠提供的冷發(fā)生爐煤氣，熱值為5645kJ/m3。煤氣接點(diǎn)位置位于三軋廠加熱車間西側(cè)約二十米處，接點(diǎn)管徑DN800。 2爐煤氣總管由上述接點(diǎn)處由西向東穿過初軋?jiān)蠌S房，延車間立柱接至1加熱爐爐尾處，然后向北接自2爐北側(cè)。 2.4加熱爐供風(fēng) 2加熱爐現(xiàn)在和1爐共用同一助燃風(fēng)機(jī)，型號(hào)為9-19-14D，風(fēng)量為32500m3/h，風(fēng)壓15700Pa。改造后，2爐需要空氣量為11663m3/h，原風(fēng)機(jī)不再適合新的燃燒系統(tǒng)。 改造后，擬選用一臺(tái)9-26No.6.3A風(fēng)機(jī)供風(fēng)，風(fēng)量：12699m3/h，風(fēng)壓：6000Pa，配套電機(jī)Y250M-2，75kW。新風(fēng)機(jī)放置到2加熱爐北側(cè)原換熱器坑內(nèi)，煙道改為縱向主煙道。 2.5換向及排煙系統(tǒng) 2爐改造成蓄熱式燃燒系統(tǒng)后，采用均熱段和加熱段兩段式控制。設(shè)兩臺(tái)四通換向閥，600，500各一臺(tái)，對(duì)加熱段和均熱段分段控制。換向閥常用的切換周期為30200秒。 約56%的煙氣從蓄熱式燒嘴排出后，經(jīng)支管到換向閥，兩臺(tái)換向閥的煙管匯總后進(jìn)入排煙機(jī)，通過排風(fēng)機(jī)由新增鋼制煙囪排出廠房。 本次改造排煙風(fēng)機(jī)選型為：Y9-38No.6.3D，風(fēng)量：19323m3/h，風(fēng)壓：5707Pa，配套電機(jī)：Y250M-2，功率：55kW。排煙風(fēng)機(jī)布置在2爐的北側(cè)。 2.6汽化冷卻 2爐汽化冷卻系統(tǒng)基本仍延用舊有汽化冷卻管路。所需要的軟水，由太鋼管網(wǎng)統(tǒng)一供給。軟水箱水位、浮球、標(biāo)心、指針直讀，電接點(diǎn)遠(yuǎn)傳到值班室顯示、記錄、上下限報(bào)警；氣包水位自動(dòng)記錄，當(dāng)液位達(dá)到下限時(shí)自動(dòng)停止補(bǔ)水。汽化冷卻新增控制點(diǎn)將納入整個(gè)加熱爐的控制回路中。 2.7自動(dòng)化儀表 三軋廠2加熱爐大修改造為以發(fā)生爐煤氣為燃料的蓄熱式加熱爐。它采用單預(yù)熱空氣方式，分2個(gè)供熱段、亦即加熱段和均熱段，預(yù)熱段不供熱。自動(dòng)化儀表系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)儀表、儀表盤和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。具有自動(dòng)換向和調(diào)節(jié)功能。 3 改造后的運(yùn)行情況 經(jīng)過幾個(gè)月運(yùn)行，加熱爐操作工人普遍反映，該加熱爐容易控制，爐壓爐溫穩(wěn)定，不粘鋼，周圍環(huán)境整潔。 （1）完全能夠滿足三軋廠各種品種、各規(guī)格的軋制要求。軋制普材時(shí)，多次出現(xiàn)小時(shí)產(chǎn)量突破設(shè)計(jì)值45t/h，達(dá)到55t/h左右，軋制不銹鋼時(shí)，爐溫可達(dá)到1320，鋼溫達(dá)12301250連續(xù)出鋼。空氣預(yù)熱溫度可達(dá)到8501150，經(jīng)換向后排煙溫度可達(dá)到120140。 （2）鋼溫均勻，表現(xiàn)在上下表面溫差小，表面與中心溫度溫差小。出鋼后翻鋼時(shí)，不仔細(xì)看很難分出“陰陽面”。軋制幾道后，鋼溫?zé)o較大降溫，軋鋼工人也反映2爐燒的鋼“透”。經(jīng)三軋廠技術(shù)科現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試鋼表面溫差為31.8。 （3）氧化燒損經(jīng)稱重法測(cè)試，燒損率僅為1%，比原來的1.6%下降62.5%。 （4）燃料消耗低，從幾個(gè)月來生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，月平均燃料單耗在1.11.3GJ/t，折算成爐子可比單耗可達(dá)到40kg/t鋼，屬于原冶金部特等標(biāo)準(zhǔn)。 （5）電耗降低。原燃油爐子鼓風(fēng)機(jī)為220kW電機(jī)（未計(jì)算油泵電機(jī)容量）?，F(xiàn)在鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)電機(jī)容量加起來為130kW，裝機(jī)容量減少。軋鋼工序單耗由2001年的平均122kWh/t下降為105kWh/t，工序電耗下降14%。工序電耗降低的原因與加熱風(fēng)機(jī)容量降低和坯料加熱均勻，軋機(jī)電流下降均有關(guān)。 4 經(jīng)濟(jì)效益 太鋼三軋廠2001年鋼產(chǎn)量為151491t，年耗筑路油8079t，平均筑路油單耗53.33kg/t鋼（主要是該廠1爐的單耗，2爐基本上沒開，2爐的單耗為60kg/t）。筑路油對(duì)三軋的內(nèi)部結(jié)算為700元/t，焦化廠實(shí)際對(duì)外市場(chǎng)銷售價(jià)為1150元/t，因此該廠2001年加熱爐實(shí)際加熱成本為按內(nèi)部?jī)r(jià)算37.33元/t鋼，按實(shí)際市場(chǎng)價(jià)算為61.33元/t鋼。 從4月7日到現(xiàn)在經(jīng)初步測(cè)算改造后的蓄熱式爐煤氣實(shí)際單耗為1.11.3GJ/t，經(jīng)觀察軋制大規(guī)格的普鋼時(shí)單耗在1.1GJ/t左右，軋制不銹鋼或55的普鋼時(shí)單耗在1.3GJ/t左右。按該爐1.2GJ/t測(cè)算，發(fā)生爐煤氣結(jié)算單價(jià)為15元/GJ，故加熱成本為1.215=18元/t鋼，改造前后加熱成本的節(jié)約價(jià)值以內(nèi)部筑路油價(jià)算為19.33元/t鋼，以市場(chǎng)價(jià)結(jié)算為43.33元/t鋼，以三軋廠2002年計(jì)劃產(chǎn)18萬t/年減去已生產(chǎn)的三個(gè)月產(chǎn)量，按13.5萬t/年測(cè)算，年實(shí)際節(jié)約燃料費(fèi)用為19.33元/t鋼13.5萬t/年=260萬元/年，對(duì)公司實(shí)際產(chǎn)生的效益為43.33元/t13.5萬t/年=584萬元/年。 電力消耗由于改造后的2加熱爐的總用電負(fù)荷為75kW55kW=130kW，而原2爐與現(xiàn)在的l爐共用一臺(tái)220kW的風(fēng)機(jī)，減少用電負(fù)荷220kW-130kW90kW，節(jié)約電費(fèi)為90kW0.3元/kWh24h30d8月=15萬元/年。 由于蓄熱式加熱爐技術(shù)具有低氧燃燒的功能，因此可降低氧化燒損，經(jīng)實(shí)測(cè)氧化燒損由改造前1.6%下降到1%。該廠的平均坯料價(jià)格按2000元/t計(jì)算，產(chǎn)量按8個(gè)月的產(chǎn)量13.5萬噸/年測(cè)算，一年僅減少氧化燒損的價(jià)值為162萬元。 改造后的2加熱爐經(jīng)初步測(cè)定僅燃料節(jié)約費(fèi)和加熱爐風(fēng)機(jī)耗電節(jié)約的費(fèi)用減少三項(xiàng)8個(gè)月可節(jié)約26015162=437萬元/年。如按焦化對(duì)外