熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用技術(shù)

劉 偉

（寶鋼工程技術(shù)集團有限公司，上海 201900）

1 前言

軋鋼加熱爐熱效率一般只有20%～30%，約有70%～80%的熱量損失，其中煙氣帶走的熱損失約30%～35%[1]。這部分熱量通過煙囪排放至大氣，不但浪費能源，也會對大氣造成熱污染。

寶鋼不銹鋼有限公司熱軋廠共有3套1780mm熱軋加熱爐，在加熱爐設(shè)計時及生產(chǎn)管理上已經(jīng)采取了一系列的節(jié)能措施：煙道內(nèi)設(shè)置了空氣預熱器、汽化冷卻裝置、降低鋼坯出爐溫度、控制煙氣空氣過量系數(shù)等。但是煙氣實際排放溫度還是比較高，一般在 330～380℃，煙氣量約為 55000～95000 m3/h，加熱爐燃料全部采用管道天燃氣，燃燒后的煙氣比較清潔。將熱軋加熱爐煙氣通過煙道引入余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，排煙溫度降至160℃左右，既可以降低熱軋工序能耗，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益，也可減少對大氣的熱污染，具有較好的社會效益。

2 工藝方案

2.1 煙氣系統(tǒng)

分別自加熱爐空氣預熱器后，氣動調(diào)節(jié)閥前，煙氣管道上分別開孔引出煙氣管道，并在引出管道處新增1只的氣動調(diào)節(jié)閥，然后匯總為煙道總管與余熱鍋爐入口煙道相接，高溫煙氣在余熱鍋爐內(nèi)經(jīng)過熱器、中壓蒸發(fā)器、中壓省煤器、低壓蒸發(fā)器、給水預熱器等與汽水系統(tǒng)充分換熱，溫度降至160℃左右，然后經(jīng)變頻引風機增壓，通過煙氣管道送至現(xiàn)有煙囪排放至大氣。在煙囪入口處設(shè)置開關(guān)型電動蝶閥，便于鍋爐故障時檢修用。煙氣阻力損失控制在1000 Pa以內(nèi)。

在余熱鍋爐正常運行時，煙道上現(xiàn)有的氣動調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，新增的氣動調(diào)節(jié)閥打開并與加熱爐爐壓聯(lián)鎖，與變頻風機一起參與調(diào)節(jié)加熱爐的爐壓，使加熱爐爐壓控制在正常允許的范圍內(nèi)。鍋爐故障需要停爐時，鍋爐控制系統(tǒng)送1個綜合故障信號至加熱爐控制系統(tǒng)，在加熱爐控制系統(tǒng)中把新增的氣動調(diào)節(jié)閥自動切出余熱鍋爐系統(tǒng)，再把煙道現(xiàn)有的氣動調(diào)節(jié)閥自動切入加熱爐控制系統(tǒng)，仍按加熱爐控制系統(tǒng)現(xiàn)有的控制模式控制加熱爐的爐壓，從而保證加熱爐的正常運行。煙氣系統(tǒng)流程詳見圖1。

2.2 汽水系統(tǒng)

鍋爐汽水系統(tǒng)由過熱器、中壓蒸發(fā)器、中壓省煤器、低壓蒸發(fā)器、給水預熱器、本體管路（包括上升管、下降管）、汽包、自除氧除氧器等組成，受熱面采用模塊化內(nèi)保溫結(jié)構(gòu)，各模塊疊加后支承在框架梁上，汽包與除氧器分別支承在頂部梁上。余熱鍋爐采用自然循環(huán)形式，蒸汽出口額定參數(shù)與主要用戶配套，設(shè)計為1.8 MPa，300℃。余熱鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)合理先進，能夠適應(yīng)加熱爐負荷的大范圍變化（煙氣流量、溫度的波動），在煙氣量最大時，鍋爐能正常運行，且汽水各部位內(nèi)流速滿足要求。汽水流程常規(guī)系統(tǒng)流程部分不再贅述。

為了充分利用煙氣余熱，常規(guī)做法是采用梯階利用，即煙氣在高溫區(qū)生產(chǎn)品質(zhì)好的蒸汽，在煙氣低溫區(qū)生產(chǎn)品質(zhì)低的蒸汽或進行給水預熱除氧（自除氧）等，但該種形式的余熱鍋爐，其對余熱煙氣溫度變化適應(yīng)性有限，在鍋爐設(shè)計時兼顧余熱資源最大化利用和防止低溫腐蝕一直存在矛盾，在煙氣低溫區(qū)只進行給水預熱除氧時，對自除氧的控制比較困難，會出現(xiàn)除氧器壓力超高無法控制的情況，造成低壓蒸汽放散。為了深度回收加熱爐煙氣余熱，并控制自除氧除氧器不出現(xiàn)超壓放散，設(shè)置1套煙氣余熱回收排煙溫度控制系統(tǒng)，主要包括給水預熱器、余熱鍋爐排煙管道后溫度測點、調(diào)節(jié)排煙溫度用調(diào)節(jié)閥、除氧器遠傳壓力變送器等。主要系統(tǒng)流程詳見圖2。

圖1 煙氣系統(tǒng)流程圖

圖2 煙氣余熱回收排煙溫度控制系統(tǒng)

煙氣余熱回收排煙溫度控制系統(tǒng)主要作用：余熱鍋爐給水在進入除氧器前在煙氣低溫區(qū)進行預熱，即余熱鍋爐最末端受熱面為給水預熱器，進入除氧器的給水通過預熱器后的溫升通過給水旁通調(diào)節(jié)閥進行調(diào)整，范圍變化在40～159℃之間，從而通過對給水預熱器流經(jīng)水量的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)其吸收熱量的調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)對排煙溫度調(diào)節(jié)。

鍋爐運行時，余熱鍋爐排煙溫度在余熱鍋爐PLC控制系統(tǒng)中賦予一個定值T0，并設(shè)定一個調(diào)節(jié)溫度T1，手動截止閥①③⑤⑦處于常開狀態(tài)，當排煙溫度T低于T0-T1，調(diào)節(jié)閥⑥打開一定開度，使排煙溫度T→T0，當排煙溫度T高于T0+T1，調(diào)節(jié)閥⑥關(guān)閉一定開度，使排煙溫度T→T0。

極端工況時，即鍋爐煙氣入口溫度較低時，自除氧除氧器有時會出現(xiàn)壓力超壓現(xiàn)象，此時調(diào)節(jié)閥⑥與除氧器遠傳壓力檢測⑧聯(lián)鎖，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥⑥的開度，使部分給水不再通過給水預熱器，而是直接進入除氧器，這樣可避免除氧器的超壓放散?？刂葡到y(tǒng)中控制超壓放散優(yōu)先，在不發(fā)生超壓放散的基礎(chǔ)上再調(diào)節(jié)余熱鍋爐排煙溫度。

通過此技術(shù)可對熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用進行深度控制，盡可能回收煙氣余熱，更好地實現(xiàn)能源的梯級利用，實現(xiàn)能源利用的最大化。確保設(shè)備工作狀況穩(wěn)定，不會出現(xiàn)低溫露點腐蝕，極端工況時，自除氧不會出現(xiàn)低壓放散，造成余熱資源浪費、熱污染和噪聲污染。

3 余熱鍋爐基本參數(shù)

對寶鋼不銹鋼有限公司單臺熱軋加熱爐可利用的煙氣余熱進行分析后，本工程共設(shè)置2套余熱鍋爐，其中1#、2#加熱爐共用1套余熱鍋爐，3#加熱爐單設(shè)1套余熱鍋爐，蒸汽參數(shù)根據(jù)主要用戶要求設(shè)計，單臺余熱鍋爐基本技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 余熱鍋爐基本技術(shù)參數(shù)

4 技術(shù)經(jīng)濟分析

按每套加熱爐余熱鍋爐平均產(chǎn)量計算，每小時生產(chǎn)1.8 MPa，300℃過熱蒸汽約6.8 t，2套余熱鍋爐蒸汽平均量為20.4t/h，用電設(shè)備為鍋爐補水泵、鍋爐給水泵、引風機等，總用電負荷為240kW，消耗軟水量約22 t/h，年作業(yè)時間7200 h，蒸汽按120元/t，電價0.61元/kWh，軟水按10元/t計算，年經(jīng)濟效益約為1500萬元。折標煤1.8萬t，年減少溫室氣體CO2排放量約4.49萬t。

5 結(jié)論

熱軋加熱爐煙氣余熱利用除了在源頭上控制出鋼溫度、增加空氣余熱器、加強操作管理等措施之外，必須對排出的煙氣余熱進行回收利用。本文所述的熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用技術(shù)控制邏輯清晰、簡單、實用?？梢愿玫貙崿F(xiàn)能源的梯級利用，實現(xiàn)能源利用的最大化，該系統(tǒng)能夠確保設(shè)備工作狀況穩(wěn)定，不會出現(xiàn)低溫露點腐蝕，延長設(shè)備使用壽命，極端工況時，自除氧不會出現(xiàn)低壓放散，造成余熱資源浪費、新水浪費、熱污染和噪聲污染，具有十分明顯的經(jīng)濟、社會及環(huán)保效益。

[1]軋鋼加熱爐余熱利用[J]，漣鋼科技與管理，2009，6，5-5.

[2]趙建明，軋鋼加熱爐煙氣余熱利用的思考[J]，工業(yè)加熱，2010，39（5），53-55.作者簡介：劉偉（1980-），男，2007年畢業(yè)于哈爾濱工程大學熱能工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事熱能動力工程、余熱回收利用工程設(shè)計及項目管理工作。