李會(huì)朝，馮葉龍，李愛國(guó)， 李安州

(河鋼邯鋼邯寶公司熱軋廠， 河北 邯鄲 056015)

當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，正在經(jīng)歷從高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變期，鋼鐵工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，首當(dāng)其沖受到經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的影響，面對(duì)新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，國(guó)內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)，紛紛將“綠色、低碳、節(jié)能、減排”納入企業(yè)的戰(zhàn)略調(diào)整內(nèi)容。在此背景下探索、軋鋼加熱爐生產(chǎn)、維護(hù)的節(jié)能、減排方法意義更加明顯。

1 工況與工藝參數(shù)

某公司熱軋廠(以下簡(jiǎn)稱熱軋廠)，建有一條常規(guī)2250熱連軋帶鋼生產(chǎn)線，于2008年8月份投產(chǎn)，年設(shè)計(jì)產(chǎn)能480萬t。該生產(chǎn)線配備有四座步進(jìn)梁加熱爐，單爐冷裝設(shè)計(jì)產(chǎn)能375 t/h，燃料為高爐、焦?fàn)t和轉(zhuǎn)爐混合煤氣，混合煤氣熱值8 364 kJ/m3(標(biāo)準(zhǔn))，燃燒系統(tǒng)采用數(shù)字化脈沖燃燒技術(shù)，助燃空氣單預(yù)熱。空氣換熱器采用列管式金屬換熱器，每座加熱爐有六組，每組順煙氣流向，熱風(fēng)部分22排換熱管，冷風(fēng)部分21排，沿寬度方向?yàn)?3根，前10排材質(zhì)為OCr18SiAl(厚度3.5 mm)，共計(jì)230根，后12排為材質(zhì)OCr17(厚度3 mm)，共計(jì)276根；冷風(fēng)組全部為20 g滲鋁(厚度3 mm)，共計(jì)483根，自建廠使用至今，換熱效率95%以上，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，每年對(duì)換熱管和換熱箱體進(jìn)行除塵，去灰一次，相關(guān)工藝參數(shù)如表1所示。

2 操作方法

2.1 降 溫

加熱爐停止生產(chǎn)后，加熱爐按照50 ℃/h進(jìn)行降溫，降溫過程中，煙道閘板，冷風(fēng)注入閥門，冷風(fēng)稀釋閥門控制方式均為自動(dòng)模式，爐膛溫度降至1 000 ℃后，加熱爐各功能區(qū)段按表2所示，設(shè)定各區(qū)段溫度控制值，到達(dá)設(shè)定溫度后，加熱爐進(jìn)入壓力調(diào)整階段。

表1 空氣換熱器工藝參數(shù)

表2 爐膛各段溫度設(shè)定值 ℃

2.2 換熱器后過度區(qū)建立

將換熱器與煙道閘板之間、冷風(fēng)注入閥門的控制模式切換為手動(dòng)，把開度值調(diào)整為100%。將煙道閘板控制模式切換為手動(dòng)，調(diào)整開度值，直至爐膛壓力穩(wěn)定在0～20 Pa。此舉目的是在換熱器與煙道閘板之間煙道封閉區(qū)域，形成一定壓力的含有冷風(fēng)的煙氣過渡區(qū)。

2.3 換熱器前過度區(qū)建立

將換熱器前冷風(fēng)稀釋閥門控制模式，切換為手動(dòng)，開度值調(diào)整為100%，重新調(diào)整煙道閘板開度值，直至爐膛壓力穩(wěn)定在0～20 Pa，具體工藝參數(shù)如表3所示。此舉目的是在換熱器前引入冷風(fēng)，在換熱器入口區(qū)域，形成一定壓力的含有冷風(fēng)的過度區(qū)。

表3 快速冷卻工藝控制值

2.4 換熱器過度區(qū)建立

首先將煙道閘板開度值按照每次減小5%、逐步減小，每次煙道閘板開度調(diào)整后，同步減小冷風(fēng)注入和稀釋風(fēng)閥門開度，保持爐膛壓力p穩(wěn)定在0～20 Pa。其次、每次閥門調(diào)整完畢，記錄換熱器前煙氣溫度t值，當(dāng)滿足爐壓0～20 Pa，t值最小時(shí)，停止調(diào)整，換熱器過度區(qū)建立完成。數(shù)據(jù)顯示，換熱器過度區(qū)建立過程中，t值和p值隨煙道閘板開度變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 爐壓煙氣溫度隨煙道閘板開度關(guān)系

2.5 快速冷卻

首先將熱風(fēng)放散閥門控制模式切換為手動(dòng)，將閥門開度設(shè)置為100%。其次調(diào)整助燃空氣壓力工藝設(shè)定值至最大，增加助燃風(fēng)機(jī)送風(fēng)量。第三對(duì)冷風(fēng)注入和稀釋風(fēng)閥門進(jìn)行調(diào)整，保持爐膛壓力穩(wěn)定在0～20 Pa。

2.6 升溫恢復(fù)

首先將煙道閘板、冷風(fēng)注入、稀釋風(fēng)和熱風(fēng)放散控制模式均設(shè)置為自動(dòng)，爐壓設(shè)定值0～5 Pa。其次設(shè)定升溫梯度50 ℃/h，爐膛各區(qū)溫度目標(biāo)值1 100 ℃，開始升溫。第三步爐膛溫度達(dá)到1 100 ℃后，升溫梯度根據(jù)生產(chǎn)需要按50～200 ℃/h設(shè)定，爐膛目標(biāo)溫度設(shè)置為1 250 ℃。

3 有益效果

3.1 工作效率

原方法主要分四步：第一步控制降溫，通過降低爐膛溫度，來降低換熱器外高溫?zé)煔鉁囟?。第二?自然降溫，根據(jù)軋鋼安全規(guī)程，當(dāng)爐膛溫度低于800 ℃后，執(zhí)行停爐作業(yè)，將爐膛燒嘴熄火，爐膛及換熱器進(jìn)行自然降溫。第三步強(qiáng)制降溫，爐膛溫度自然降溫至400 ℃溫度后，為了加快降溫速度，會(huì)將換熱器部位維修人孔打開，接入鼓風(fēng)機(jī)等降溫設(shè)備，對(duì)換熱器進(jìn)行強(qiáng)制降溫，直至維修可以接受的溫度(換熱器管壁溫度小于50 ℃)，第四步升溫恢復(fù)至可以生產(chǎn)溫度(1 250 ℃)，整個(gè)過程需要48 h。

新方法分為三步：第一步控制降溫，爐膛溫度從1 250 ℃，降溫至1 000 ℃。第二步平衡調(diào)節(jié)，使?fàn)t膛與換熱器建立壓力平衡，將冷卻模式調(diào)整至快速冷卻。第三步將爐膛溫度升溫至可以生產(chǎn)溫度(1 250 ℃)，整個(gè)過程用時(shí)12 h。

3.2 能源消耗

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，按照原來方法，完成一次換熱器降溫過程，爐膛溫度需要從1 250 ℃降低至200 ℃，在此過程中，需要啟停爐期間的煤氣管道置換，維修完畢需要將爐膛溫度恢復(fù)至1 250 ℃生產(chǎn)工況，整個(gè)過程需要消耗49.3 t標(biāo)煤，新方法僅需降溫至1 000 ℃，然后爐膛保溫，處理完畢再升溫至裝鋼溫度即可，全程需要13.7 t標(biāo)煤，兩種方法對(duì)比能源消耗(以維修用時(shí)5 h為例)如表4所示。

3.3 環(huán)保因素

對(duì)環(huán)保的不利影響主要包括兩個(gè)方面：一是在此過程產(chǎn)生的顆粒物，SO2和氮氧化物的排放，特別是氮氧化合物，根據(jù)實(shí)踐，啟停爐期間由于爐膛氣氛可控性差，會(huì)大量產(chǎn)生氮氧化合物，排放到大氣中形成，增加大氣污染壓力。其次是啟停爐過程中需要對(duì)煤氣掃線，置換，放散。煤氣中除了一氧化碳外還含有多種對(duì)大氣又危害的成分，這些組分對(duì)周圍生態(tài)均有不同影響，兩種方法加熱爐排放數(shù)據(jù)(以維修用時(shí)5 h為例)如表5所示。

表4 煤氣消耗數(shù)據(jù)

表5 加熱爐排放數(shù)據(jù)

4 注意事項(xiàng)

4.1 換熱管束熱脹冷縮

金屬材料在室溫下通常是性質(zhì)較為穩(wěn)定的材料，并具有良好的抗腐蝕性、堅(jiān)固耐磨、抗壓力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)?shù)氖褂脺囟茸兓螅蠖鄶?shù)金屬材料存在熱脹冷縮現(xiàn)象。溫度是影響金屬熱膨脹效應(yīng)的主要外部環(huán)境因素，它能夠?yàn)榻饘偬峁┌l(fā)生熱膨脹效應(yīng)的基本條件，金屬中的原子能夠從外部環(huán)境中吸收熱量，并實(shí)現(xiàn)自身能量的提升，通過改變分子或原子之間的制約力，改變自身的運(yùn)動(dòng)空間和振動(dòng)頻率。當(dāng)溫度升高能夠促使金屬發(fā)生 體積的脹大和長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，使得金屬在宏觀上的熱膨脹現(xiàn)象[1]。加熱爐用換熱器多采用低碳或含合金元素的不銹鋼材料，熱脹冷縮特性較為明顯。 該階段需要注意，降溫前要確認(rèn)不同材質(zhì)和尺寸換熱器設(shè)備，不同溫度工況換熱管所發(fā)生的線變化量，確認(rèn)在可承受該變形量，金屬的熱膨脹系數(shù)與熱容有關(guān)，其變化規(guī)律與熱容隨溫度變化規(guī)律一樣[2]，可以根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行測(cè)算。

金屬材料線變化與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系經(jīng)驗(yàn)公式[3]

L2=L1×[1+α×(T2-T1)]

式中:L1為對(duì)應(yīng)溫度T1時(shí)物體長(zhǎng)度,m；L2為對(duì)應(yīng)溫度T2時(shí)物體長(zhǎng)度,m；T1、T2為溫度,℃；Α為金屬的線膨脹系數(shù)。

4.2 煤氣安全

在調(diào)節(jié)助燃空氣壓力和爐壓過程中，要保證爐膛氧含量大于1%，空燃比滿足煤氣規(guī)程要求，避免因煤氣操作不當(dāng)引發(fā)爆炸。煤氣爆炸必須具備三個(gè)條件，一是煤氣和空氣(或氧氣)在煤氣管道、設(shè)備或爐窯里混合；二是煤氣濃度達(dá)到爆炸極限；三是要有激發(fā)能源。三個(gè)條件同時(shí)存在才能發(fā)生爆炸。防止煤氣爆炸事故可從以上三個(gè)方面采取措施，但重點(diǎn)是控制煤氣和空氣的混合，使其達(dá)不到爆炸極限。各種煤氣的可燃成分和爆炸范圍[4]如表6所示。

表6 煤氣可燃成分及爆炸范圍 %

5 結(jié) 語

本文介紹的換熱器降溫節(jié)能操作方法，是技術(shù)人員在工作實(shí)踐中總結(jié)而出，經(jīng)過反復(fù)修改驗(yàn)證，目前該方法已經(jīng)固化到熱軋廠加熱爐換熱器設(shè)備維護(hù)規(guī)程，實(shí)際運(yùn)行效果良好，對(duì)同類型操作，具有借鑒意義。