王瑞良 周志勇
（邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司 邯鄲 056015）
摘要：在鋼鐵行業(yè)，軋鋼加熱爐節(jié)能至關(guān)重要。本論文剖析其節(jié)能技術(shù)，涵蓋優(yōu)化爐體結(jié)構(gòu)、智能燃燒控制等。研究結(jié)果表明，合理運(yùn)用適用的節(jié)能技術(shù)，能顯著降低軋鋼加熱爐能耗，提升且經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效益，為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供支撐。
關(guān)鍵詞：軋鋼加熱爐；節(jié)能環(huán)保；節(jié)能技術(shù)
1 前言
現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異，軋鋼加熱爐在發(fā)展的過(guò)程中有了越來(lái)越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的同時(shí)也有了更深一步的節(jié)能環(huán)保問(wèn)題，文章就此分析了相關(guān)的節(jié)能環(huán)保技術(shù)，希望能夠促進(jìn)有關(guān)工作人員加強(qiáng)相關(guān)研究，讓軋鋼加熱爐的運(yùn)行更加環(huán)保。
2 軋鋼加熱爐的發(fā)展進(jìn)程
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，軋鋼加熱爐已從只考慮軋鋼加熱需求，而無(wú)余熱回收的一段式爐改進(jìn)成既考慮軋鋼加熱需求、又有余熱回收的多段式爐，由單面、單排加熱改成雙面、多排加熱，同時(shí)在爐體設(shè)備、檢測(cè)儀表、工藝制度及控制水平方面也都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。自二十世紀(jì)60年代步進(jìn)梁式加熱爐出現(xiàn)以來(lái)，它以較大的節(jié)能優(yōu)勢(shì)逐步取代了推鋼式加熱爐J，成為大型板坯加熱爐的主要爐型，并在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。二十世紀(jì)80年代，蓄熱式燃燒技術(shù)問(wèn)世，并在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到迅速發(fā)展。我國(guó)在萍鋼棒材公司軋鋼加熱爐上首次應(yīng)用蓄熱式燃燒技術(shù)，由于蓄熱式燃燒技術(shù)節(jié)能效果顯著，且可直接使用低熱值煤氣，因此率先在沒(méi)有高熱值煤氣的中、小型鋼鐵企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。此后大型鋼鐵企業(yè)也開(kāi)始應(yīng)用蓄熱式燃燒技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)鋼鐵企業(yè)采用空、煤氣雙蓄熱式燃燒技術(shù)的加熱爐已達(dá)400余座。但是由于蓄熱式燃燒本身存在的技術(shù)問(wèn)題，比如爐壓波動(dòng)大且不易控制J，操作不靈活、不宜加熱冷坯、高合金鋼及特殊鋼種，換向閥和蓄熱體壽命相對(duì)較低、運(yùn)行與維護(hù)成本高等，制約了該項(xiàng)技術(shù)在大型鋼鐵企業(yè)的推廣應(yīng)用。為解決這一問(wèn)題，鞍鋼與東北大學(xué)及上海嘉德公司合作，開(kāi)發(fā)了蓄熱一換熱聯(lián)用式加熱爐技術(shù)，并得到成功應(yīng)用。盡管如此，任何一項(xiàng)新技術(shù)都有它的局限性，包打全局的技術(shù)是不存在的。要想實(shí)現(xiàn)軋鋼加熱爐綜合節(jié)能效益最大化，應(yīng)結(jié)合企業(yè)的特點(diǎn)，按軋鋼加熱爐的基本功能定位，分別從設(shè)計(jì)、操作及管理三個(gè)層面進(jìn)行量身定做，打造具有本企業(yè)特點(diǎn)的節(jié)能型加熱爐。
3 加熱爐的結(jié)構(gòu)形式、裝備水平及采用的新技術(shù)
3.1 加熱爐設(shè)計(jì)遵循的基本原則
針對(duì)企業(yè)的實(shí)際條件及基本需求(包括投資計(jì)劃、燃料種類(lèi)、加熱鋼種及規(guī)格、爐子產(chǎn)量、爐子作業(yè)率、冷熱坯比例、加熱溫度及斷面溫差、能耗等指標(biāo))，定位加熱爐的基本功能，進(jìn)而確定加熱爐的結(jié)構(gòu)形式及裝備水平。
3.2 加熱爐結(jié)構(gòu)形式的確定
從燃?xì)夥N類(lèi)及節(jié)能效果考慮，若企業(yè)只有低熱值煤氣，且加熱普通鋼種占比較大，應(yīng)優(yōu)先選擇空、煤氣雙蓄熱式加熱爐；若企業(yè)只有高熱值煤氣，且適應(yīng)高產(chǎn)及穩(wěn)產(chǎn)的要求，應(yīng)優(yōu)先選擇常規(guī)換熱式加熱爐；若企業(yè)煤氣種類(lèi)齊全，則需根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，按照經(jīng)濟(jì)效益的大小，合理確定具體爐型結(jié)構(gòu)形式。從實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性考慮，對(duì)于大型鋼鐵企業(yè)，應(yīng)以加熱爐基本功能定位為基礎(chǔ)，優(yōu)先考慮鋼坯加熱質(zhì)量及生產(chǎn)穩(wěn)定性，然后考慮節(jié)能效果及鋼坯氧化燒損等指標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)：若以加熱普碳鋼為主，且熱裝率較高，應(yīng)優(yōu)先選擇空、煤氣雙蓄熱式加熱爐；若以加熱高合金鋼或特殊鋼為主或冷坯占比很大、要求爐子適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)穩(wěn)定、場(chǎng)地相對(duì)較大，應(yīng)優(yōu)先選擇常規(guī)換熱式加熱爐；若兼顧上述兩種情況，既考慮鋼種變化及冷、熱坯變化，又注重考慮節(jié)能效果，應(yīng)選擇蓄熱一換熱聯(lián)用式加熱爐。
3.3 加熱爐裝備水平的確定
加熱爐裝備水平的高低，是鋼坯加熱質(zhì)量及節(jié)能與否的先天條件，沒(méi)有良好的檢測(cè)儀表及控制手段，只靠簡(jiǎn)單的人工操作，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的加熱質(zhì)量和節(jié)能效果的，對(duì)此必須引起高度的重視。要從發(fā)展的角度，促進(jìn)加熱爐的裝備水平與工業(yè)智能化、信息化技術(shù)相融合。
3.4 加熱爐設(shè)計(jì)應(yīng)采用的新技術(shù)
3.4.1高效、環(huán)保型燃燒器
燃燒器作為加熱爐的核心部件，越來(lái)越引起人們的重視。隨著新環(huán)保法的頒布實(shí)施，低NO燃燒器已成為今后的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)要考慮燃料的燃燒效率和爐溫均勻性。對(duì)于大型加熱爐，應(yīng)優(yōu)先選用低NO可調(diào)焰燒嘴、低NO扁平焰燒嘴及高調(diào)節(jié)比平火焰燒嘴。
3.4.2高效、低成本換熱器
換熱器作為加熱爐煙氣余熱回收的一種專(zhuān)用節(jié)能設(shè)備，已在軋鋼加熱爐上廣泛應(yīng)用。空、煤氣預(yù)熱溫度高，投資與維護(hù)成本低一直是企業(yè)所追求的重點(diǎn)。目前主要采用的有片狀管式換熱器、管狀插入件式換熱器、噴流換熱器等。但普遍存在的問(wèn)題是空氣預(yù)熱溫度低(400～500℃)，導(dǎo)致軋鋼加熱爐煙氣余熱回收率低。
3.4.3高熱阻水管包扎技術(shù)
先進(jìn)的水管包扎技術(shù)的主要標(biāo)志是：絕熱效果好、使用壽命長(zhǎng)、對(duì)下加熱鋼坯遮蔽作用小。基于這種想法，鞍鋼已開(kāi)發(fā)出高熱阻復(fù)合包扎技術(shù)，其基本結(jié)構(gòu)是由兩種形式組成。一是由3～3mm的漂珠涂層+15～30mm的預(yù)制陶瓷纖維塊組成，適用于相對(duì)振動(dòng)較小的步進(jìn)式加熱爐；二是由3～3mm的漂珠涂層+10～30mm的陶瓷纖維毯+30～40mm的耐火澆注料組成，適用于相對(duì)振動(dòng)較大的推鋼式加熱爐。該技術(shù)的實(shí)施，可降低加熱爐冷卻水熱損失5％以上。
3.4.4強(qiáng)化輻射傳熱技術(shù)
在加熱爐高溫段的爐頂和側(cè)墻涂刷高輻射率涂料(黑體涂料)或高反射率涂料(白體涂料)，在加熱爐高溫段的頂部安裝高黑度系數(shù)輻射體，將氣體輻射轉(zhuǎn)換為黑體輻射。上述技術(shù)的實(shí)施，可降低加熱爐單耗3％一5％。
3.4.5脈沖(數(shù)字化)燃燒技術(shù)
軋鋼加熱爐脈沖燃燒技術(shù)是近期發(fā)展起來(lái)的一種燃燒控制技術(shù)，其核心思想是將模擬量燃燒控制改變成數(shù)字量燃燒控制，火焰長(zhǎng)度、溫度分布不受爐子供熱負(fù)荷變化的影響，沒(méi)有空、煤氣流量調(diào)節(jié)的過(guò)渡期，適用于煤氣熱值相對(duì)穩(wěn)定、對(duì)爐內(nèi)溫度場(chǎng)要求均勻的場(chǎng)合，不適于煤氣熱值波動(dòng)頻繁且無(wú)法穩(wěn)定的場(chǎng)合。其優(yōu)點(diǎn)是：燒嘴結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易控制、溫度場(chǎng)均勻、燃料利用率高引。
3.4.6氧一燃料(OXY桭UEL)燃燒技術(shù)
歐洲和日本等國(guó)近年開(kāi)始研究和推廣氧一燃料(OXY桭UEL)燃燒技術(shù)，并已經(jīng)在一些鋼鐵廠應(yīng)用，該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)有：(1)燃料的利用率高。因煙氣量少，可降低爐氣相對(duì)流速，增加燃料在爐內(nèi)停留時(shí)間，提高了燃料利用率；(3)提高產(chǎn)量。在提高理論燃燒溫度的同時(shí)，也提高了爐內(nèi)實(shí)際溫度，進(jìn)而增加產(chǎn)量；(3)減少了NO排放量。爐氣中的N濃度減少后，煙氣中NO的排放量大為減少，這是國(guó)內(nèi)外燃燒界人士關(guān)注的熱點(diǎn)，也是一種從源頭減排NO的方法。
3.4.7相變儲(chǔ)熱換熱技術(shù)
隨著蓄熱式燃燒技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始關(guān)注儲(chǔ)熱材料的研究。目前國(guó)內(nèi)外部分高校對(duì)相變儲(chǔ)熱材料已完成了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，開(kāi)始進(jìn)人中間試驗(yàn)階段，不久便可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果表明，相變儲(chǔ)熱材料可利用的儲(chǔ)熱量是常規(guī)儲(chǔ)熱材料的5倍以上，若將其應(yīng)用到常規(guī)蓄熱式加熱爐，換向時(shí)間可延長(zhǎng)5倍以上，它將大幅度提高換向閥壽命、減少換向時(shí)煤氣損失5倍以上，同時(shí)具有空氣預(yù)熱溫度穩(wěn)定且波動(dòng)量很小等諸多優(yōu)點(diǎn)，是蓄熱式燃燒技術(shù)的一次重大革命，應(yīng)給予高度關(guān)注。
4 結(jié)語(yǔ)
軋鋼加熱爐因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用的過(guò)程中有著良好的供熱效果和保熱效果，能夠有效的供給煉鋼等過(guò)程中熱量的需求，因而有著相對(duì)廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中軋鋼加熱爐散出的熱量可以加以回收進(jìn)行熱儲(chǔ)，提高能量應(yīng)用效率。
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