太鋼三軋廠2_加熱爐蓄熱式HTAC技術節(jié)能改造實例.doc

太鋼三軋廠2#加熱爐蓄熱式HTAC技術節(jié)能改造實例吳道洪1 武慶明21 北京神霧熱能技術有限公司2 太原鋼鐵（集團）有限公司機動處 摘 要：介紹了太鋼三軋廠2號加熱爐蓄熱式改造情況，并對應用效果進行了分析，結果表明，三軋廠2加熱爐采用蓄熱式高溫空氣燃燒技術進行節(jié)能改造是成功的，使我公司軋鋼加熱爐的技術水平上了一個新的臺階。 關鍵詞：節(jié)能；蓄熱 1 概況 太鋼三軋廠原為年產量40萬噸的650開坯廠，由于產品結構的調整，1995年經過工藝改造，現己變?yōu)槟戤a20萬噸高速線材的生產廠，產品以特鋼為主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，設計能力為65t/h，一臺生產一臺備用。 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間，尤其是在改建高線前，該爐長期超負荷運行，爐底存留的熔融鋼液滲漏到基礎，對基礎和爐墻造成嚴重的侵蝕，爐墻和爐頂也出現了不同程度的開裂和剝落，爐子的加熱段、均熱段鋼結構變形嚴重。由此造成該爐的能耗高、加熱質量差、氧化燒損嚴重。2爐的狀況己不能適應高速線材生產的要求，為此公司對定三軋廠2加熱爐進行節(jié)能改造。 2 改造方案 根據當前加熱爐燃燒技術發(fā)展的現狀調查，神霧公司蓄熱式高溫空氣燃燒技術已經比較成熟，在我國一些大型的加熱爐上得到了成功的應用，取得了明顯的節(jié)能效果1。我們決定運用該項技術對2加熱爐進行蓄熱式改造。2.l加熱爐爐體 加熱爐爐體基礎基本不變，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。通過加強絕熱，適當減少孔洞，提高氣密性等措施，相應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供熱方式，爐頂曲線比較復雜。改造后，2爐仍采用三段爐型，加熱段、均熱段上下四點供熱。加熱段、均熱段爐頂為同一標高的平頂，中間用豎隔墻隔開。爐頂曲線比原爐頂簡單而且易施工。 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。同時改進爐底管支撐，采用半熱滑軌和高強度澆注料對爐底管實行絕熱包扎，以降低水管的熱損失。 原2爐的加熱能力為65t/h，經公司有關技術人員多次論證，認為該廠自改為高線后年產量均在20萬噸以下，如還設計為加熱能力65t/h的爐子，該爐將長期處于低負荷狀態(tài)，不利于節(jié)能，所以，決定將該爐的加熱能力設計為45t/h，短時間可達到5560t/h。 本次改造仍采用原推鋼方式及推鋼設備。 三軋廠2號加熱爐的技術性能如表1。 表1 2號加熱爐的技術性能 名稱 單位 改造前數據 改造后計算數據 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 爐子產量 t/h 65 45 有效爐底強度 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標煤/t鋼 72.878 42 2.2 燃燒系統 本次2號爐改造中，主要是燃燒系統的改造。 采用“北京神霧”開發(fā)研制的單預熱空氣蓄熱式燒嘴，由空氣蓄熱室，煤氣噴槍和點火系統組成。煤氣不預熱。 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于陶瓷小球蓄熱體的2.6倍，蜂窩狀蓄熱體在氣流通過時，其阻力遠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 從鼓風機出來的常溫空氣由換向閥切換進入蓄熱式燒嘴B后，再經過蓄熱式燃燒器B時被加熱，在極短的時間內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入爐膛后，卷吸爐內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，同時往稀薄空氣附近注入燃料，燃料在貧氧（220%）狀態(tài)下實現燃燒；與此同時，爐膛內高溫熱煙氣通過蓄熱式燒嘴A，將顯熱儲存在蓄熱式燒嘴A內，然后以低于150的低溫煙氣經過換向閥排出。工作溫度不高的換向閥以一定的頻率進行切換，使兩個蓄熱式燒嘴處于蓄熱與放熱交替工作狀態(tài)，從而達到節(jié)能和降低NOX排放的目的。 每個燒嘴都自帶點火系統，在冷爐以及爐溫低于800的工況下，點火系統始終處于工作狀態(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。不需要設置單獨的點火燒嘴，既簡化了系統操作，又節(jié)省了烘爐費用。 蓄熱式燒嘴，具有燒嘴和熱交換器的雙重功能，結構緊湊，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，系統使用的蓄熱式燒嘴有如下的優(yōu)點： （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熱，無煤氣中的焦油等臟物堵塞蜂窩體之虞。 （3）爐墻結構與普通加熱爐相同（無須加厚），對筑爐材料、施工、烘爐操作等無特殊要求。 （4）容易實現自動點火，可直接冷爐點火升溫，新爐建成后直接烘爐，不用另設烘爐系統。 （5）容易分段供熱，各段熱負荷調節(jié)方便，可以按照加熱工藝的需要，靈活調節(jié)加熱爐溫度。同一段中的上部下部燒嘴的供熱量也可調節(jié)，便于改變上、下熱負荷分配。從而減少鋼坯上下表面溫差。 （6）在爐下側墻開設扒渣爐門，可及時清理氧化鐵皮。這對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，煤氣不預熱。負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，預熱段不布置燒嘴，44%的煙氣量靠預熱段鋼坯吸熱，同時也解決了合金鋼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號加熱爐供熱分配表 參數 區(qū)段 燒嘴數量 （個） 單個燒嘴能力 （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 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。煤氣接點位置位于三軋廠加熱車間西側約二十米處，接點管徑DN800。 2爐煤氣總管由上述接點處由西向東穿過初軋原料廠房，延車間立柱接至1加熱爐爐尾處，然后向北接自2爐北側。 2.4加熱爐供風 2加熱爐現在和1爐共用同一助燃風機，型號為9-19-14D，風量為32500m3/h，風壓15700Pa。改造后，2爐需要空氣量為11663m3/h，原風機不再適合新的燃燒系統。 改造后，擬選用一臺9-26No.6.3A風機供風，風量：12699m3/h，風壓：6000Pa，配套電機Y250M-2，75kW。新風機放置到2加熱爐北側原換熱器坑內，煙道改為縱向主煙道。 2.5換向及排煙系統 2爐改造成蓄熱式燃燒系統后，采用均熱段和加熱段兩段式控制。設兩臺四通換向閥，600，500各一臺，對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，經支管到換向閥，兩臺換向閥的煙管匯總后進入排煙機，通過排風機由新增鋼制煙囪排出廠房。 本次改造排煙風機選型為：Y9-38No.6.3D，風量：19323m3/h，風壓：5707Pa，配套電機：Y250M-2，功率：55kW。排煙風機布置在2爐的北側。 2.6汽化冷卻 2爐汽化冷卻系統基本仍延用舊有汽化冷卻管路。所需要的軟水，由太鋼管網統一供給。軟水箱水位、浮球、標心、指針直讀，電接點遠傳到值班室顯示、記錄、上下限報警；氣包水位自動記錄，當液位達到下限時自動停止補水。汽化冷卻新增控制點將納入整個加熱爐的控制回路中。 2.7自動化儀表 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。它采用單預熱空氣方式，分2個供熱段、亦即加熱段和均熱段，預熱段不供熱。自動化儀表系統由現場儀表、儀表盤和計算機控制系統組成。具有自動換向和調節(jié)功能。 3 改造后的運行情況 經過幾個月運行，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，多次出現小時產量突破設計值45t/h，達到55t/h左右，軋制不銹鋼時，爐溫可達到1320，鋼溫達12301250連續(xù)出鋼?？諝忸A熱溫度可達到8501150，經換向后排煙溫度可達到120140。 （2）鋼溫均勻，表現在上下表面溫差小，表面與中心溫度溫差小。出鋼后翻鋼時，不仔細看很難分出“陰陽面”。軋制幾道后，鋼溫無較大降溫，軋鋼工人也反映2爐燒的鋼“透”。經三軋廠技術科現場測試鋼表面溫差為31.8。 （3）氧化燒損經稱重法測試，燒損率僅為1%，比原來的1.6%下降62.5%。 （4）燃料消耗低，從幾個月來生產統計數據看，月平均燃料單耗在1.11.3GJ/t，折算成爐子可比單耗可達到40kg/t鋼，屬于原冶金部特等標準。 （5）電耗降低。原燃油爐子鼓風機為220kW電機（未計算油泵電機容量）?，F在鼓風機、引風機電機容量加起來為130kW，裝機容量減少。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機容量降低和坯料加熱均勻，軋機電流下降均有關。 4 經濟效益 太鋼三軋廠2001年鋼產量為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）。筑路油對三軋的內部結算為700元/t，焦化廠實際對外市場銷售價為1150元/t，因此該廠2001年加熱爐實際加熱成本為按內部價算37.33元/t鋼，按實際市場價算為61.33元/t鋼。 從4月7日到現在經初步測算改造后的蓄熱式爐煤氣實際單耗為1.11.3GJ/t，經觀察軋制大規(guī)格的普鋼時單耗在1.1GJ/t左右，軋制不銹鋼或55的普鋼時單耗在1.3GJ/t左右。按該爐1.2GJ/t測算，發(fā)生爐煤氣結算單價為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)約價值以內部筑路油價算為19.33元/t鋼，以市場價結算為43.33元/t鋼，以三軋廠2002年計劃產18萬t/年減去已生產的三個月產量，按13.5萬t/年測算，年實際節(jié)約燃料費用為19.33元/t鋼13.5萬t/年=260萬元/年，對公司實際產生的效益為43.33元/t13.5萬t/年=584萬元/年。 電力消耗由于改造后的2加熱爐的總用電負荷為75kW55kW=130kW，而原2爐與現在的l爐共用一臺220kW的風機，減少用電負荷220kW-130kW90kW，節(jié)約電費為90kW0.3元/kWh24h30d8月=15萬元/年。 由于蓄熱式加熱爐技術具有低氧燃燒的功能，因此可降低氧化燒損，經實測氧化燒損由改造前1.6%下降到1%。該廠的平均坯料價格按2000元/t計算，產量按8個月的產量13.5萬噸/年測算，一年僅減少氧化燒損的價值為162萬元。 改造后的2加熱爐經初步測定僅燃料節(jié)約費和加熱爐風機耗電節(jié)約的費用減少三項8個月可節(jié)約26015162=437萬元/年。如按焦化對外