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)。

1 改造前加熱爐存在的問題

1.1 爐況差、爐膛熱損失大，煤氣泄漏危險(xiǎn)系數(shù)高

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。

1.2 蓄熱能力凸現(xiàn)不足

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。

1.3 鋼坯加熱質(zhì)量下降、氧化燒損嚴(yán)重

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。

1.4 燃燒系統(tǒng)存在缺陷

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)。

1.5 人工操作控制水平低、勞動(dòng)強(qiáng)度大

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。

1.6 水粱、水封槽等設(shè)備老舊

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)。

2 加熱爐升級(jí)改造方案

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。

2.1 爐體重新設(shè)計(jì)，增大燃燒空間

（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%。

2.2 增大蓄熱燒嘴的蓄熱能力

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。

2.3 換向閥升級(jí)改造

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。

2.4 燃燒控制系統(tǒng)升級(jí)

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。

2.5 其他設(shè)備改造

（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。

3 加熱爐升級(jí)改造效果

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

3.1 加熱能力和加熱質(zhì)量得到提升

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。

3.2 爐況得到改善

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。

3.3 自動(dòng)控制程度提高

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。

3.4 加熱成本及氧化燒損減少

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。

3.5 加熱爐安全系數(shù)提高

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。

4 結(jié)語

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。