冷軋工程2號熱線退火爐燃氣介質(zhì)更換的技術(shù)開發(fā)

白澤華

（山西太鋼工程技術(shù)有限公司， 山西 太原 030009）

1 概述

冷軋2號熱線是國內(nèi)最大的冷軋不銹鋼原料退火酸洗線，原退火爐設(shè)計及設(shè)備全部由日本中外爐公司引進，設(shè)計選用天然氣為燃料，年用量約134.4萬GJ（3 840萬m3），為進一步充分利用公司內(nèi)部凈焦煤氣，太鋼決定對冷軋2號熱線退火爐燃氣系統(tǒng)由天然氣改為凈焦煤氣，實現(xiàn)公司內(nèi)部凈焦煤氣的燃氣平衡，同時降低生產(chǎn)成本。

改造后保證了退火爐原設(shè)計生產(chǎn)能力，年產(chǎn)量可達115萬t，最大厚度T和速度V的乘積220 mm·m/min，最大速度 60 m/min。

2 退火爐燃氣系統(tǒng)改造

2.1 方案設(shè)計

本項目為自主設(shè)計、自主編程、自主調(diào)試。對照原設(shè)計退火爐各燃燒區(qū)能力，計算并確定每區(qū)焦?fàn)t煤氣燒嘴負(fù)荷、燃氣配置管道能力，助燃空氣風(fēng)機及管道、排煙系統(tǒng)的配置要求；燒嘴選用國內(nèi)最先進的亞高速燒嘴，其燃燒效率高，制造成本低；根據(jù)天然氣與凈焦煤氣特性不同，計算并調(diào)整爐子12個加熱區(qū)172個燒嘴的燃氣、空氣流量參數(shù)及相關(guān)PID參數(shù)，燃氣、空氣、煙氣等調(diào)節(jié)閥參數(shù)及點火控制系統(tǒng)參數(shù)。確保項目實施后退火爐能夠達到原設(shè)計生產(chǎn)能力，爐溫控制精度達到±5℃以內(nèi)。

2.2 實施過程

項目實施過程主要包括退火爐焦?fàn)t煤氣燃燒系統(tǒng)參數(shù)計算、現(xiàn)場設(shè)備改造、設(shè)備調(diào)試運行三個階段。

2.2.1 計算退火爐焦?fàn)t煤氣燃燒系統(tǒng)參數(shù)

由于系統(tǒng)原設(shè)計燃料為天然氣，而天然氣成分、熱值等與焦?fàn)t煤氣有很大差別，需要根據(jù)退火爐原設(shè)計能力及現(xiàn)有管道系統(tǒng)對整個燃燒系統(tǒng)進行重新計算。計算內(nèi)容主要包括：燃燒理論計算，排煙系統(tǒng)能力核算，煤氣系統(tǒng)能力核算，空氣系統(tǒng)能力核算，修改煤氣、空氣流量、壓力檢測量程及現(xiàn)場儀表參數(shù)調(diào)整，調(diào)整退火爐點火控制系統(tǒng)軟件和爐溫控制系統(tǒng)及PID參數(shù)。

2.2.2 現(xiàn)場設(shè)備改造

現(xiàn)場改造主要涉及設(shè)備、管道、耐材三個方面改造內(nèi)容，短期內(nèi)完成現(xiàn)場全部燒嘴拆除更換、換熱器修復(fù)、煤氣調(diào)壓閥及煤氣支管道及附件更換，爐內(nèi)耐材修復(fù)等工作。點爐、儀表調(diào)試、爐溫升降溫調(diào)試及烘爐工作。

2.2.3 設(shè)備調(diào)試運行

由于燃燒系統(tǒng)燃氣由天然氣改為煤氣，所有燃燒控制系統(tǒng)參數(shù)需要重新設(shè)定，在軟件修改方面，對空燃比、閥站燃氣總壓力、過剩系數(shù)、爐溫和爐壓控制PID參數(shù)、爐內(nèi)氧含量控制、燒嘴前空氣壓力和燃氣壓力都做了修改測試。計算并修正了助燃空氣壓力流量控制、煤氣壓力流量控制系統(tǒng)。由于爐溫、板溫、爐壓的控制在鋼帶退火中至關(guān)重要，因此，對板溫儀、熱電偶、爐壓變送器都進行了相應(yīng)的檢查與校正與修復(fù)。點火過程中，反復(fù)試驗每個區(qū)、每個燒嘴的點火系統(tǒng)，不斷修正空氣、燃氣流量參數(shù)、相關(guān)PID參數(shù)，確保每個燒嘴都能順利點火正常燃燒。最終調(diào)試完成后退火爐生產(chǎn)能力、爐溫控制精度等達到原設(shè)計水平，噸鋼消耗降低。

2.3 實施效果

2.3.1 設(shè)備性能

改造完成后退火爐生產(chǎn)能力達到原設(shè)計水平，最大厚度T和速度V的乘積可達220 mm·m/min，最大速度60 m/min，氧含量（體積分?jǐn)?shù)）控制精度在±0.5%，爐溫控制精度在±5℃以內(nèi)。

2.3.2 產(chǎn)品性能

通過對改造前后304鋼板的抗拉強度、屈服強度、硬度、延伸率進行對比，改造后產(chǎn)品性能穩(wěn)定（見表 1）。

表1 改造后的產(chǎn)品性能

3 主要技術(shù)創(chuàng)新點

本項目針對太鋼2號熱線退火爐燃氣系統(tǒng)，通過自主設(shè)計、自主施工、自主調(diào)試，實現(xiàn)了2號熱線退火爐使用凈焦煤氣代替天然氣為燃料。

1）通過對燃燒系統(tǒng)的理論計算，結(jié)合2號熱線現(xiàn)場實際，自主完成2號熱線退火爐的設(shè)備改造，以凈焦煤氣做為燃料，達到原有的生產(chǎn)能力，噸鋼消耗降低。

2）通過對空燃比、過剩系數(shù)、爐溫及爐壓調(diào)節(jié)PID參數(shù)等燃燒控制系統(tǒng)的自主調(diào)試并不斷優(yōu)化，2號熱線退火爐爐溫控制精度達到±5℃以內(nèi)，提高了退火爐運行穩(wěn)定性。

經(jīng)過對2號熱線退火爐燃氣系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造，達到了原設(shè)計生產(chǎn)能力，年產(chǎn)量可達115萬t，仍然為國內(nèi)最大的AISI300、400系列冷軋不銹鋼原料固溶處理線，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

4 應(yīng)用情況

目前，2號熱線退火爐運行情況良好，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，完全可以滿足生產(chǎn)要求，同時有效平衡了公司自產(chǎn)焦?fàn)t煤氣，減少了天然氣外購成本。

5 經(jīng)濟效益

1）自主編程經(jīng)濟效益。根據(jù)外方設(shè)計方案及報價，項目改造設(shè)計調(diào)試費、設(shè)備費、項目施工等總計投資約1 127萬元，而通過自主編程項目投資僅495萬元，節(jié)約費用632萬元。

2）節(jié)能降本經(jīng)濟效益。4月份改造完成至12月份降低燃氣成本2 640.32萬元，包括4-12月凈焦煤氣消耗共776 139 GJ，比等熱量天然氣節(jié)約成本：776 139×（80-52.78）=2 112.65 萬元；退火爐改造后節(jié)能效果顯著，噸鋼燃氣消耗由改造前的平均1.288 GJ/t降低至改造后的1.186 GJ/t，4-12月份2號熱線過鋼量646 649 t，節(jié)約燃氣成本646 649×（1.288-1.186）×80=527.67萬元。

該項目2015年4月10日至年底為公司節(jié)約天然氣外購成本共6 209萬元。

2號熱線改造完成后，自產(chǎn)焦?fàn)t煤氣得到了充分利用，減少了天然氣外購量，降低了燃耗，為推動行業(yè)節(jié)能技術(shù)自主改造起到了引領(lǐng)和示范作用。