初軋均熱爐節(jié)能分析

王兆云

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210035）

均熱爐是在初軋前把鋼錠加熱或保溫一定時(shí)間，使得鋼錠內(nèi)部溫度均勻而適用于金屬塑性加工用的坑式爐，屬于非連續(xù)生產(chǎn)爐。

均熱爐生產(chǎn)特點(diǎn)是周期性工作，其溫度制度和供熱制度隨時(shí)間變化。均熱爐的爐溫較均勻，加熱質(zhì)量也較好，在加熱一些特殊鋼種時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在強(qiáng)調(diào)節(jié)能減排的今天仍有部分鋼種生產(chǎn)依賴于均熱爐。

受均熱爐生產(chǎn)周期、產(chǎn)量、爐子本身結(jié)構(gòu)以及操作制度的影響，均熱爐的燃料消耗較高，噸鋼單耗的2.5GJ/t以上。因此，降低均熱爐噸鋼單耗是節(jié)能工作的重點(diǎn)。

1 均熱爐概況及存在問題

某初軋廠現(xiàn)有12個(gè)均熱坑，以熱值為1400kcal/m3高焦混合煤氣為燃料。均熱爐生產(chǎn)區(qū)每個(gè)月的計(jì)劃生產(chǎn)量為11000t～15000t，主要作為新建加熱爐產(chǎn)能的補(bǔ)充，保證軋線滿負(fù)荷運(yùn)作。隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，高附加值產(chǎn)品的產(chǎn)量增加，使得鋼錠的加熱時(shí)間延長，加熱質(zhì)量要求不斷提升，均熱爐的加熱能力、煤氣消耗已經(jīng)成為制約初軋生產(chǎn)線發(fā)展的瓶頸。

通過一段時(shí)間對(duì)均熱爐群的生產(chǎn)情況進(jìn)行了比較系統(tǒng)的跟蹤調(diào)查，獲取了一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對(duì)此進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)主要存在如下一些問題。

1.1 燃燒不充分

對(duì)均熱爐煙道預(yù)熱器、爐蓋孔、側(cè)墻處進(jìn)行煙氣成分測(cè)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)。

（1）預(yù)熱器處CO含量基本超標(biāo)，大部分超過煙氣分析儀的測(cè)量上限10000ppm，其余的也在幾千ppm左右，而O2含量則較低。

（2）部分爐蓋孔處CO含量控制在50ppm以下，另一些也在幾千ppm，有些部位煙氣中無O2，另一些部位O2含量則在5%以上。

（3）側(cè)墻部位煙氣成分不均勻，不同位置的CO和O2含量各不相同，CO從幾個(gè)到幾千個(gè)ppm不等，O2含量從0到7%以上。

測(cè)試結(jié)果說明均熱爐坑內(nèi)部氣氛分布不均勻，有大量煤氣未完全燃燒即進(jìn)入煙道中。

燃燒不充分的原因主要有兩種：空氣量不足造成的化學(xué)不完全燃燒或者空煤氣混合不均造成的機(jī)械不完全燃燒。為了得知是哪種不完全燃燒，在同一工況下保持空氣流量不變、減少煤氣流量，發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)溫度反而下降，說明均熱爐不完全燃燒是由空煤氣混合不均造成的。

均熱爐的供熱方式?jīng)Q定了爐膛燃燒不會(huì)均勻。采用底部單燒嘴供熱，為了保證加熱均勻，火焰長度必須足夠到達(dá)爐頂，使高溫?zé)煔庠跔t膛內(nèi)部形成回旋氣流，與鋼錠各面都接觸均勻。為此，采用擴(kuò)散燃燒方式加熱，煤氣從中間管道噴出，空氣從兩側(cè)沿煤氣管道徑向煤氣流向噴出，在燒嘴出口處與煤氣混合，開始燃燒。受限于混合區(qū)域空間較小，混合時(shí)間不足，大量煤氣未經(jīng)燃燒即被噴入爐膛內(nèi)部。煙道在爐墻四側(cè)抽走煙氣，使得部分煤氣來不及燃燒即被抽入煙道中，在煙道中燒掉。剩余煤氣沿火焰長度上升，繼續(xù)與空氣混合燃燒。根據(jù)混合時(shí)間的不同，煤氣在爐膛內(nèi)部不同位置燃燒，因此爐內(nèi)不同位置的CO含量都不相同。估算每個(gè)坑均存在著約3～5%的不完全燃燒現(xiàn)象。

1.2 煙道陶土換熱器漏風(fēng)嚴(yán)重

均熱爐采用八角管磚陶土換熱器，將空氣預(yù)熱至350℃以上進(jìn)入爐內(nèi)燃燒。

在跟蹤生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，操作畫面中顯示的空燃比超過了4.5，而按照煤氣熱值1400kcal/m3計(jì)算，空燃比不會(huì)超過1.45。但煙氣分析結(jié)果又顯示O2基本已經(jīng)燒完，CO過量，說明空氣并不過量。

分析原因，可能有兩種結(jié)論：空煤氣流量顯示錯(cuò)誤或者陶土換熱器漏風(fēng)，大量空氣未進(jìn)入爐膛燃燒?？彰簹饬髁坑?jì)有專門的儀控人員定期檢查維護(hù)，故障的可能性較小，可以認(rèn)為主要是陶土換熱器漏風(fēng)。從經(jīng)驗(yàn)來看，陶土換熱器的漏風(fēng)率約為20%～60%[1]，個(gè)別爐坑的漏風(fēng)率超過了70%。若以此推算，除去漏風(fēng)風(fēng)量，空煤氣配比比較符合正常。

換熱器漏風(fēng)高，將帶來下列問題[2]。

（1）空氣漏入煙道，降低煙氣溫度，從而降低了預(yù)熱空氣溫度，減少煙氣余熱回收。

（2）空氣預(yù)熱溫度的降低影響煤氣的理論燃燒溫度，增加煤氣消耗。

（3）熱負(fù)荷受到限制，爐溫加不上去，加熱緩慢，延長鋼錠加熱周期，不僅增加煤氣消耗，也增加了鋼錠的氧化燒損率。

（4）鼓風(fēng)機(jī)長期處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)才能保證空氣量的供應(yīng)，降低了鼓風(fēng)機(jī)的壽命；大量直接進(jìn)入煙道的空氣白白消耗電能。

（5）煙氣中混入空氣，與被抽入煙道中的煤氣混合燃燒，加重?fù)Q熱器損壞。

1.3 生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃不緊湊

由于初軋廠軋制鋼種多，計(jì)劃編排有難度，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鋼錠在爐內(nèi)保溫幾天甚至一星期以上，大大增加了能耗。

1.4 爐體散熱損失較大

經(jīng)測(cè)量，爐體表面溫度高達(dá)170℃～230℃，爐蓋溫度超過250℃，爐蓋沙封處都透紅。利用傳熱公式計(jì)算，每小時(shí)的散熱損失在300m3煤氣以上，折算成單耗為2m3/t～3m3/t。散熱損失大會(huì)帶來下列問題：

（1）增加燃料消耗，部分煤氣產(chǎn)生的熱值，白白浪費(fèi)在散熱損失上。

（2）爐體周圍溫度高，惡化周圍環(huán)境。

（3）易降低爐體壽命。

1.5 裝出鋼時(shí)爐門開啟時(shí)間有改進(jìn)余地

均熱爐出鋼時(shí)為保證爐內(nèi)溫度不降，采取出一根鋼—蓋上爐蓋—出下一根鋼的方式，爐門輻射熱損失和逸氣熱損失控制較好。而裝鋼時(shí)則較隨意，有些裝鋼時(shí)蓋爐，有些則敞爐裝鋼。工藝要求規(guī)定有些鋼種裝鋼時(shí)需控溫，有些則無規(guī)定。對(duì)于裝爐溫度無要求的鋼種，可采取蓋爐裝鋼的模式。

以1000℃的平均爐溫、每天裝兩爐這種鋼種、每次裝鋼半小時(shí)計(jì)算，敞口裝鋼每小時(shí)的輻射及逸氣熱損失消耗煤氣約為12000m3，每月消耗煤氣360000m3，分至均熱爐13000t的月產(chǎn)量中，折算單耗約28m3/t。若能改成蓋爐裝鋼，減少一半的敞口時(shí)間，可減少約50%的熱損失，即降低單耗13m3/t左右。

2 節(jié)能措施與效果

經(jīng)過多次實(shí)地調(diào)查和技術(shù)討論后，考慮到實(shí)際情況，制定出如下幾條針對(duì)性的措施。

（1）控制裝出鋼時(shí)的爐門開啟時(shí)間，對(duì)于裝鋼時(shí)溫度不限的鋼種，采取蓋爐裝鋼模式；對(duì)裝鋼時(shí)爐溫有要求的鋼種，盡量不用熱坑降溫裝鋼，而是用溫度將近坑裝鋼。

（2）勤檢修，堵住沙封漏火處。裝出鋼之后需要重新用砂子堵住沙封漏火處，減少熱損失。

（3）保持合理的開坑率，按照任務(wù)情況來確定開坑數(shù)。生產(chǎn)調(diào)度安排時(shí)盡量減少鋼錠的提前入爐時(shí)間，減少無謂的煤氣消耗；鋼錠燒好時(shí)及時(shí)出鋼，減少鋼錠的在爐時(shí)間。盡量減少空爐待料、保溫待軋等時(shí)間。原先一個(gè)月平均每爐鋼需降溫至800℃待溫20小時(shí)，降低一半的待溫時(shí)間，噸鋼單耗將減少20m3/t以上。

燃燒狀況、爐體散熱、換熱器漏風(fēng)等屬于均熱爐群本身硬件問題，留待均熱爐大修改造時(shí)解決。

理論上計(jì)算得出，這些措施能夠降低均熱爐群噸鋼單耗40m3/t左右。

實(shí)施這些節(jié)能措施后，初軋廠的單耗整體上下降了8.35%。若單獨(dú)計(jì)算均熱爐單耗，則相對(duì)于往年627m3/t的單耗水平下降約6.38%。

3 遠(yuǎn)景節(jié)能展望

通過以上措施，均熱爐群的節(jié)能工作已經(jīng)取得了一定的成效，隨著時(shí)間的推移，爐況將惡化，節(jié)能效果將打折扣。為了保證在今后的一段時(shí)間內(nèi)初軋廠達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，需要采取以下措施作進(jìn)一步的改進(jìn)。

（1）生產(chǎn)組織進(jìn)一步優(yōu)化，將保溫待軋時(shí)間降至最低，開的爐坑數(shù)量最合理，同時(shí)做到好坑燒易加熱鋼錠，減少加熱時(shí)間。

（2）優(yōu)化燃燒方式，在滿足工藝條件的基礎(chǔ)上改進(jìn)燒嘴，使得空煤氣燃燒時(shí)盡量混合均勻，減少被煙道抽走的煤氣量。

（3）停爐大修時(shí)檢修陶土換熱器，用長陶瓷管元件砌筑陶土換熱器，減少砌筑接縫，以減少漏風(fēng)。

（4）用不定形耐火材料筑爐，減少爐體散熱。重點(diǎn)可放在爐蓋方面，用保溫較好的耐火纖維鋪設(shè)在爐蓋內(nèi)部并固定好，與其他耐材形成組合爐襯，可降低爐蓋表面溫度，減少散熱損失。

采取以上措施后，可將初軋廠的整體單耗穩(wěn)定在385m3/t左右。