李 敬

（安陽鋼鐵股份有限公司 第二煉軋廠，河南 安陽 455004）

在鋼鐵行業(yè)競爭激烈的今天，現(xiàn)代化的鋼鐵企業(yè)必須走節(jié)能降耗、清潔發(fā)展的道路。軋鋼加熱爐是軋鋼工序中的能源消耗大戶，其加熱爐燃料消耗占到了該工序能源介質(zhì)消耗總量的80%～85%。對加熱爐不斷研究摸索和實(shí)施應(yīng)用新的節(jié)能技術(shù)是企業(yè)降本增效的可行之路，也是必然之路。

1 1 780機(jī)組加熱爐主要技術(shù)參數(shù)

爐體內(nèi)砌尺寸：43 500 mm×11 700 mm

所用燃料：高、焦?fàn)t混合煤氣（熱值：7 524 kJ/m3）

爐子產(chǎn)量：額定270 t/h，最大300 t/h（冷裝）；額定300 t/h，最大350 t/h（熱裝）

空、煤換熱器形式：帶插入件式金屬管狀換熱器

燒嘴類型：平焰+調(diào)焰

空氣預(yù)熱溫度：550℃

煤氣預(yù)熱溫度：300℃

裝、出料方式：端進(jìn)端出

排煙方式：下排煙

冷卻方式：汽化強(qiáng)制循環(huán)冷卻

2 加熱爐節(jié)能研究方向的確定

加熱爐的煤氣消耗是整個軋鋼工序中最主要的能源消耗，其消耗成本占了該工序能源消耗總成本的60%。為此，研究人員將1 780 mm機(jī)組加熱爐煤氣消耗作為節(jié)能技術(shù)研究和施實(shí)的重點(diǎn)。研究人員首先采集出了1 780 mm機(jī)組加熱爐每個月穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)行期間的相關(guān)參數(shù)，然后通過熱平衡計算得出了單位時間加熱爐的各項(xiàng)熱收入和熱支出所占的比例數(shù)值，并繪制了加熱爐熱平衡圖，如圖1所示。可以看出，該機(jī)組加熱爐鋼坯出爐帶走的熱量僅為熱投入總量的40.4%，煤氣燃燒的熱效率偏低。其主要原因是加熱爐在生產(chǎn)運(yùn)行中，煙氣、爐底水冷管及爐墻帶走的熱損失量過大。因此，要想提高該加熱爐煤氣燃燒熱效率、降低煤氣消耗量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的，應(yīng)把降低該爐生產(chǎn)過程中煙氣、爐底水冷管、爐墻帶走的熱量損失作為節(jié)能研究和采取措施解決問題的關(guān)鍵點(diǎn)。

圖1 1 780機(jī)組加熱爐熱平衡圖

3 爐子熱量損失增加的原因分析

3.1 爐墻熱損失量增加的原因

通過停爐期間到爐內(nèi)檢查，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)高溫段爐頂、側(cè)墻工作層耐火材料出現(xiàn)了不同位置、面積的局部脫落現(xiàn)象和膨脹縫隙過大問題，如圖2所示。經(jīng)測量，爐頂工作層耐材厚度減薄了30 mm，側(cè)墻工作層耐材厚度減薄了20 mm。加熱爐內(nèi)，爐墻傳熱的原理是：爐內(nèi)工作層的傳熱為傳導(dǎo)傳熱，爐墻外表面的傳熱為對流傳熱。爐內(nèi)耐火工作層的傳熱量要依據(jù)傳導(dǎo)傳熱計算公式來進(jìn)行研究分析：

圖2 爐頂工作層脫落現(xiàn)場圖

式中：q—熱流密度，W/m2

A—傳熱表面積，m2

λ—工作層耐材熱導(dǎo)率，W/（m·℃）

δ—工作層耐材厚度，m

t1、t2—爐氣溫度和工作層耐材的溫度，℃

通過上述公式可以看出，耐火材料厚度與傳熱量成反比關(guān)系，在爐溫、傳熱面積及爐墻外環(huán)境溫度一定的情況下，爐內(nèi)耐火材料厚度的減薄是導(dǎo)致爐墻熱損失量增加的主要原因。

3.2 爐底管熱量損失增加的原因

1 780 mm機(jī)組加熱爐的結(jié)構(gòu)型式為步進(jìn)梁式加熱爐；在爐內(nèi)布置有活動梁、固定梁及相應(yīng)數(shù)量的活動、固定立柱，其在爐內(nèi)的絕熱方式為50 mm厚耐火澆注料+20 mm厚硅酸鋁纖維毯復(fù)合包扎絕熱。水梁和立柱內(nèi)冷卻方式采用汽化強(qiáng)制循環(huán)冷卻。因加熱爐長期生產(chǎn)運(yùn)行過程中存在的升、降溫情況；導(dǎo)致水梁和立柱外的耐火澆注料抗熱震性能降低，最終出現(xiàn)了開裂、脫落現(xiàn)象，如圖3所示。而內(nèi)層的硅酸鋁纖維毯因耐火度不高[1]，高溫爐氣直接沖刷一段時間后出現(xiàn)了再結(jié)晶和收縮變形現(xiàn)象。裸露的水梁和立柱本體，加劇了高溫爐氣對其部位的對流傳熱。致使水梁和立柱帶走的爐內(nèi)熱量增加，煤氣燃燒熱效率降低。

圖3 爐內(nèi)水梁立柱絕熱層脫落現(xiàn)場圖

3.3 煙氣熱量損失增加的原因

通過對1 780 mm機(jī)組加熱爐生產(chǎn)運(yùn)行期間的有關(guān)參數(shù)采集，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該爐煙氣熱損失量大的原因主要有以下幾個方面：

（1）操作過程中空氣過剩系數(shù)過大，造成單位燃燒生產(chǎn)的煙氣量增加。

（2）煤氣質(zhì)量在生產(chǎn)過程中存在波動現(xiàn)象，導(dǎo)致煙氣溫度增加。

（3）煙道內(nèi)設(shè)置的空、煤氣煙氣余熱回收率偏低；預(yù)熱空氣溫度僅為470℃，預(yù)熱煤氣溫度為290℃。

4 節(jié)能措施的應(yīng)用

針對上述得出的原因分析，熱工人員實(shí)施了以下節(jié)能措施：

（1）停爐期間，對爐內(nèi)側(cè)墻和爐頂絕熱層表面噴涂耐火度可達(dá)到1 600℃的高溫節(jié)能涂料，涂料經(jīng)過高溫加熱固化后在爐墻和爐頂絕熱層表面形成了一種堅硬的釉質(zhì)層，避免了高溫爐氣后期對爐內(nèi)側(cè)墻和爐頂表面的直接沖刷，有效保護(hù)了爐體的工作層面，遏制了絕熱層的進(jìn)一步脫落，如圖4所示。另外，涂料本身氣孔率低，體積密度大，對高溫爐氣輻射熱量的反射率大，有效降低了爐墻和爐頂?shù)某跏紓鳠釡囟燃盁崃繐p失。

圖4 爐頂高溫節(jié)能涂料噴涂效果圖

（2）檢修期間，對水梁和立柱損壞外絕熱層損壞部位的耐材全部打掉，重新進(jìn)行絕熱包扎檢修施工。為確保耐材澆注質(zhì)量，技術(shù)人員對澆注模板材質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，把原先用的鋼模板更換成了本體重量輕、結(jié)合面嚴(yán)密的塑料模板，保障了水梁和立柱外絕熱層耐材的澆注質(zhì)量，如圖5所示。另外，為進(jìn)一步降低水梁和立柱帶走的爐內(nèi)熱量，將隔熱層硅酸鋁纖維毯的體積密度由130 kg/m3提高到160 kg/m3，不僅降低了隔熱層的熱導(dǎo)率，而且提高了隔熱層的耐火溫度。

圖5 爐內(nèi)水梁、立柱澆注效果圖

（3）針對煙氣熱損失量過大的問題，實(shí)施了加熱爐生產(chǎn)運(yùn)行期間各加熱段空氣過剩系數(shù)的嚴(yán)格管控標(biāo)準(zhǔn)，要求均熱段空氣過剩系數(shù)控制在0.95～1.0，二加熱段空氣過剩系數(shù)控制在1.0～1.05，一加熱段控制在1.1～1.15，確保煙氣的產(chǎn)生量。對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的煤氣質(zhì)量波動情況，采取勤聯(lián)系、勤調(diào)整、間拔燒嘴等操作模式，避免爐內(nèi)超溫現(xiàn)象的發(fā)生。檢修停爐期間，對煙道內(nèi)的空、煤氣換熱器表面進(jìn)行清灰，封堵煙道漏風(fēng)口；生產(chǎn)期間及時調(diào)整爐膛壓力，關(guān)停稀釋風(fēng)機(jī)，通過上述措施來提高空、煤氣換熱效率，降低排煙溫度。

5 應(yīng)用效果

通過上述多項(xiàng)節(jié)能措施的實(shí)施，1 780 mm機(jī)組加熱爐爐內(nèi)的各項(xiàng)熱損失量大幅度降低，見表1。

表1 各項(xiàng)熱損失降低效果

同時，空、煤氣換熱器換熱效率明顯提高，空氣預(yù)熱溫度由470℃提高到了510℃；煤氣預(yù)熱溫度由290℃提高到了310℃。爐內(nèi)鋼坯在加熱過程中得到的有效熱量提高到了45%。經(jīng)過一年的實(shí)踐運(yùn)行，該機(jī)組加熱爐煤氣單耗由原來的56.52 kgce/t降低到目前的52.69 kgce/t，煤氣消耗成本得到了大幅降低。

6 結(jié)語

不斷實(shí)施加熱爐節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化，提高加熱爐生產(chǎn)率，降低燃料消耗成本是每個鋼鐵企業(yè)熱工技術(shù)人員堅持不懈的目標(biāo)和任務(wù)，也是企業(yè)降本增效中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。