柯 燕
(寶武集團(tuán)鄂鋼公司,湖北 鄂州 436000)
寶武集團(tuán)鄂鋼公司軋材廠棒二車間加熱爐原來為通道式加熱爐,于2003年開始運(yùn)行,2008年進(jìn)行了一次改造。改造后是一座燃料為高、焦混合煤氣的雙蓄熱、步進(jìn)梁式加熱爐,有效尺寸24m*9.8m,改造后運(yùn)行已達(dá)10年,存在較高的安全、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行。在2018年的環(huán)保督查過程中,被點(diǎn)名批評(píng)煙氣無組織排放,定為環(huán)保重點(diǎn)整改項(xiàng)目,且加熱爐爐壓高、爐體冒火對(duì)爐外設(shè)備損傷大、能耗高,煙氣外泄安全風(fēng)險(xiǎn)大。
隨著國家環(huán)境保護(hù)政策要求的提升,鄂鋼面臨著巨大的環(huán)保壓力。棒二加熱爐作為鄂鋼主軋線的龍頭設(shè)備,因增產(chǎn)需要,長期超負(fù)荷運(yùn)行,燃燒能力不能夠滿足鄂鋼的效益需求,同時(shí)也不能滿足能源節(jié)約及環(huán)保指標(biāo)的要求,在目前“節(jié)能環(huán)保、降本增效”的大環(huán)境下,存在巨大的成本和環(huán)保劣勢(shì),燃燒系統(tǒng)改造升級(jí),迫在眉睫。
2019年,軋材廠對(duì)棒二加熱爐進(jìn)行了全面改造升級(jí),改造后加熱爐實(shí)現(xiàn)了煤氣零泄漏、能耗低、操作方便、加熱質(zhì)量好、產(chǎn)量高等目標(biāo)。
棒二加熱爐在2008年的爐體大修中,燒嘴磚為直接和爐墻一體澆筑,蓄熱式再在外面和爐墻鋼板進(jìn)行焊接,此處焊接在結(jié)構(gòu)上沒有密封。在生產(chǎn)過程中,煤氣會(huì)從此焊接縫隙處竄出,形成微爆或者冒火現(xiàn)象,存在安全風(fēng)險(xiǎn)。
另外爐墻內(nèi)裂紋較多,局部爐墻有翹曲的情況,存在剝落、垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。爐體密封性差,加熱段爐墻外皮溫度超過200℃、爐頂表面溫度超過350℃、爐底鋼板溫度150℃左右,爐膛熱損失大。
蓄熱箱體積小,導(dǎo)致蓄熱體容量小,蓄熱能力不足???、煤氣預(yù)熱溫度降低,排煙溫度升高,經(jīng)常出現(xiàn)超溫報(bào)警現(xiàn)象。
由于加熱能力不足,存在鋼坯在爐時(shí)和強(qiáng)化加熱現(xiàn)象,從而造成鋼坯加熱質(zhì)量下降,鋼坯坯斷面溫差大,氧化燒損嚴(yán)重等缺陷。
原燃燒系統(tǒng)采用集中換向,每換向一次有3秒鐘煤氣向大氣直排,屬于重大安全及環(huán)保隱患。且燃燒狀態(tài)和排煙狀態(tài)切換時(shí)不可避免地存在煤氣短路泄漏,造成煤氣浪費(fèi)。
爐壓、爐溫不能自動(dòng)控制,人工操作滯后且隨意性較大,操作精度低,操作頻繁,勞動(dòng)強(qiáng)度大,且爐溫、爐壓控制不穩(wěn),波動(dòng)大。
棒二加熱爐水梁及水封槽屬于超期服役,已經(jīng)疲勞、碳化嚴(yán)重,多處漏水,存在較大運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
加熱爐升級(jí)改造標(biāo)準(zhǔn):技術(shù)先進(jìn)、操作可靠、各項(xiàng)指標(biāo)先進(jìn),節(jié)能、環(huán)保。
(1)加熱爐砌體全部拆除,重新施工。砌體重新設(shè)計(jì),對(duì)爐墻的兩側(cè)墻進(jìn)行重新砌筑,通過改變爐墻鋼結(jié)構(gòu)立柱的分布,加熱爐內(nèi)寬(9800mm)不變,將棒二的爐墻厚度由現(xiàn)在的1000 mm降低為500 mm。
(2)對(duì)現(xiàn)有加熱爐侵蝕較嚴(yán)重的爐頂進(jìn)行拆除,將爐頂抬高200mm,增加上部爐膛空間。
(3)重新設(shè)計(jì)爐底砌體,爐底減薄,增加下部爐膛空間100mm。增大整個(gè)加熱爐的燃燒空間。
原爐體尺寸:
加熱爐砌體全長------------25648mm。
加熱爐有效長--------------24060mm。
爐子砌體外寬---------------11800 mm。
爐子內(nèi)寬-------------------9800 mm(爐墻厚度1000mm)。
加熱段上爐膛高度-----------1400 mm。
均熱段下爐膛高度-----------1800 mm。
原燃燒空間:24.06×9.8×3.2=754.5216m3。
改造后加熱爐主要尺寸:
加熱爐砌體全長--------------25648mm。
加熱爐有效長----------------24060mm。
加熱爐砌體寬-----------------10800mm。
加熱爐內(nèi)寬-------------------9800mm。
上部爐膛高度-------------------1600mm。
下部爐膛高度-------------------1900mm。
改造后燃燒空間:24.06×9.8×3.5=825.258m3。
燃燒空間在原基礎(chǔ)上增大了9.38%。
通過爐墻減薄內(nèi)縮的方式,將節(jié)省下來的空間用來加大蓄熱箱,蓄熱燒嘴由原來的內(nèi)嵌式改為外拉式蓄熱燒嘴,將擋磚及蓄熱體的安裝位置全部移到爐墻以外的蓄熱箱箱體內(nèi),爐墻內(nèi)只留下燒嘴噴口,在保證爐墻穩(wěn)定的情況下可以將蓄熱箱做得更大,安裝更多的蜂窩體,提高加熱爐的供熱蓄熱能力。同時(shí)蓄熱箱噴口改為剛玉質(zhì)的預(yù)制燒嘴磚,耐侵蝕、耐沖刷。提高了爐體使用壽命,極大程度地降低了煤氣泄漏風(fēng)險(xiǎn),提高了燃燒系統(tǒng)安全性。
換向閥乃蓄熱式加熱爐的關(guān)鍵設(shè)備,因其動(dòng)作頻率高,必須保證其可靠性。改造后全部采用雙執(zhí)行器二位三通換向閥。原煤氣三通換向閥閥板動(dòng)作由兩個(gè)垂直排列的限位器檢測(cè),閥板在任一位置,都會(huì)形成氣體通路,故障率高,且安全系數(shù)低,維修工作量和備件費(fèi)用較高?,F(xiàn)將原三通閥改為性能優(yōu)越的雙關(guān)式三通閥,采用立式雙列布置,工作原理基本相同,區(qū)別為閥板動(dòng)作是通過兩個(gè)氣缸分別驅(qū)動(dòng),并且分別由兩個(gè)電磁閥進(jìn)行控制。該閥能實(shí)現(xiàn)先關(guān)后開,作為煤氣換向閥使用時(shí),能有效避免煤氣與煙氣互竄現(xiàn)象,使用更安全。且在斷電及排煙溫度超高時(shí),該閥可以實(shí)現(xiàn)雙關(guān),使系統(tǒng)運(yùn)行更安全,也有利于加熱爐檢修及加熱溫度控制。
燃燒控制系統(tǒng)的PLC軟硬件全部更換,爐頂煤氣管道重新布置,將原來的集中換向方式改為分散換向。系統(tǒng)根據(jù)人工設(shè)定的溫度目標(biāo),在燃燒中及時(shí)迅速地自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣和煤氣的流量,可以精確修正空燃比,確保爐膛溫度的穩(wěn)定性。解決了因現(xiàn)場(chǎng)操作人工監(jiān)控不足導(dǎo)致的爐壓波動(dòng)較大,能耗高、加熱不均等問題。
加熱爐實(shí)現(xiàn)智能燃燒后,可適應(yīng)煤氣熱值及壓力的大范圍波動(dòng)干擾,維持合理空燃比例,提高了燃燒的效率,節(jié)能降耗。同時(shí),大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,生產(chǎn)效率更高、生產(chǎn)成本更低,燃燒控制系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定可靠,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)更安全。
(1)爐內(nèi)所有水梁、水梁立柱及水封槽全部更換。
(2)排煙系統(tǒng)原有引風(fēng)機(jī)3臺(tái),2用1備。設(shè)計(jì)上倒換不方便,基本失去了備用的實(shí)際功能,同時(shí)原排煙風(fēng)機(jī)能力不足,供大于排,導(dǎo)致爐壓高,此次改造,拆除備用風(fēng)機(jī),2臺(tái)利舊風(fēng)機(jī)作為備用風(fēng)機(jī),新增2臺(tái)引風(fēng)機(jī)(200KW)作為主風(fēng)機(jī)。
(3)各段煤氣流量檢測(cè)和氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥均重新設(shè)計(jì)采購安裝,煤氣流量采用圓缺孔板流量計(jì),空氣及煤氣調(diào)節(jié)閥均采用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。所有熱電偶及熱電阻全部換新。為燃燒系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制提供必要條件。
加熱爐改造前后主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比如下:
表1 改造前后技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比表
加熱爐升級(jí)改造完成后,加熱能力得到了提升,冷坯加熱能力達(dá)到了137t/h,滿足軋線提產(chǎn)增效的需求。同時(shí)鋼坯加熱質(zhì)量得到了提升,鋼坯斷面和長度方向溫差減小。
升級(jí)改造后,爐壓降至30Pa以下,爐子絕熱效果加強(qiáng),煙溫下降明顯,爐周溫度降至70℃以下,蓄熱損失和散熱損失大大減小,爐周環(huán)境大為改善。加熱爐周圍實(shí)測(cè)煤氣泄漏量為零。
加熱爐燃燒系統(tǒng)升級(jí)后,實(shí)現(xiàn)了三段爐溫自動(dòng)控制、三段空燃比自動(dòng)控制、爐壓自動(dòng)控制等功能,控制精度和水平大大提高,消除了人工操作的不利因素。工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低,操作環(huán)境得到改善。
新的外拉式蓄熱箱增大了蜂窩體安裝體積,增大燃燒系統(tǒng)的蓄熱能力,降低排煙溫度,增加預(yù)熱溫度,從而降低煤氣消耗量,達(dá)到降低能耗的目的。同時(shí),燃燒系統(tǒng)升級(jí)后,實(shí)現(xiàn)了爐溫和能源消耗的優(yōu)化控制。在滿足軋線產(chǎn)量和加熱質(zhì)量的條件下,使坯料出爐溫度最準(zhǔn)、斷面溫差最小,坯料表面脫碳最少,燃耗最低。
雙執(zhí)行器兩位三通換向閥的應(yīng)用,大大提高了加熱爐的本質(zhì)安全水平。
寶武集團(tuán)鄂鋼公司棒二車間蓄熱式加熱爐升級(jí)改造后,各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到了大幅度提升,為公司創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,實(shí)現(xiàn)了棒二生產(chǎn)線的安全、高產(chǎn)、穩(wěn)定運(yùn)行。