轧钢加热炉节能降耗的综合措施

冯钧张猛

（1.山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原030003；2.太原理工大学，山西太原030024）

轧钢加热炉节能降耗的综合措施

冯钧1张猛2

（1.山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原030003；2.太原理工大学，山西太原030024）

分析了轧钢连续加热炉在钢铁企业中的能耗现状，提出了降低轧钢加热炉能耗的一系列措施，包括改造加热炉结构、优化工艺、改进维护手段等。

蓄热式加热炉系统优化节能降耗

轧钢连续加热炉、均热炉是钢铁企业中耗能较大的设备。其热效率一般只有20%～30%，约有70%～80%的热量散失，其中烟气带走的热损失约占30%～35%。加热炉的烟气量根据炉量大小不同，一般在7 000～30 000 m3/h（标准状态）范围内。烟气温度一般为550～990℃，也有超过1 000℃以上的。如果将烟气的余热用来加热助燃空气，当助燃空气被加热到400℃时，可以达到节能20%～25%的效果。

加热炉是轧钢企业最大的用能设备，以太钢热轧厂为例，在整个工序能耗中，煤气消耗占的比例为76.8%，以目前单耗1.22 GJ/t，年产200万t计，每年的煤气费用为6 000万元。目前，各轧钢厂的全线烧损率在1%～2.5%的范围内，降低烧损最大的挖潜设备是加热炉。以年产200万t计，每降低0.1%的烧损，年节约600万元。通过降低煤气单耗和氧化烧损以降低生产成本，潜力大，意义大。

1 轧钢加热炉节能降耗的方法

1.1 采用新型蓄热式加热炉

在加热炉供热方式上，传统方法是常规燃烧法。以常规燃烧法提高热效率、降低能耗的做法主要有：延长烟气在炉时间；降低排烟温度；预热空气；回收烟气余热等。这种供热方式的排烟温度在300～500℃之间，有时甚至高达600℃。

蓄热式燃烧法是采用蓄热式热交换方式预热燃烧介质的燃烧方法，由英国的夫里托里非西曼伍斯发明，并于1864年由法国的皮埃尔·马鲁钦应用于平炉。在平炉内，格子砖作为蓄热体，燃烧切换时间长达15～30 min，可获得1 197～1 247℃的高预热空气温度及1 597℃的高炉温［1-3］。

依据蓄热式燃烧法，英国气体公司（British Gas）和热加工发展公司（Hotwork Development）共同开发了蓄热式烧嘴供热系统，并于1892年用于小型玻璃熔化炉，节能效果十分显著。此技术一般被称为“第一代再生燃烧技术”。其不足主要表现在：预热能力不够，不能实现极限余热回收；NOx排放量比较大等。

20世纪90年代，由日本学者田中良一等人提出了一种全新燃烧技术，即：蓄热式高温空气燃烧技术（High Temperature Air Combustion，HTAC），亦称为无焰燃烧技术或贫氧稀释燃烧技术或低氮氧化物燃烧技术，从而实现了极限节能和极限降低NOx排放量的双重目的。而且，这种技术开创了针对燃用清洁或较清洁的气体和液体燃料的工业炉开发应用蓄热式高温空气燃烧技术的新时代。使用这种极限余热回收和低NOx排放的蓄热式烧嘴的燃烧技术被称为“第二代再生燃烧技术”。

新型蓄热式加热炉技术的重大突破主要表现在两个方面：一是蓄热体技术，即改变传统格子砖式蓄热载体，采用陶瓷小球、蜂窝体等陶瓷质地蓄热体，比表面积比格子砖大了几十甚至上百倍，因而传热效率也大为提高，同时，蓄热室体积也大大减小；二是换向设备的改造和控制技术的提高，使换向时间大大缩短，可靠性增强。传统蓄热室的烟气温度为300～600℃，新型蓄热室的烟气温度只有200℃或更低。新型蓄热室可以将空气或煤气预热到比出炉烟气温度只低100℃左右，热效率可达到70%以上。

蓄热式加热炉吨钢能耗为370 Nm3高炉煤气，高炉煤气价格为0.03元/m3，加热成本为11.1元/t，非蓄热式加热炉成本为40元/t［4］。以年热轧百万吨计量，蓄热式加热炉每年可节约加热成本2 890万元。

1.2 合理组织批量生产

批量生产是降低成本的重要途径，将销售合同进行整合，变成一个大的生产计划来组织生产可降低消耗。

为了合理组织批量生产，太钢轧钢厂制定了严格的轧制单位编制规则。

一个轧制单位是指在精轧机组F0～F6工作辊的每一次使用周期内所安排的轧制的钢种及数量。为便于编排及组织生产，对轧制单位进行了分类规定，见表1。

表1 轧制单位编排规则

编制轧制单位，应首先确认有无影响待编排材轧制规格、钢种、质量的轧线设备异常或设备功能不正常；然后确认坯料及成品的钢种、规格是否在可生产范围内，若不在可生产范围内，应要求有关部门予以核算，并下发相关工艺方案或注意事项；最后确认同一粗轧工作辊周期的钢种、规格限制。

1.3 合理优化工艺

太钢限于目前装备水平及设备更新顺序，暂时不能实现蓄热式加热炉更新换代。为此，必须优化加热炉各项操作工艺，提高热效率以期降低能耗，节约资源，提高效率。

1.3.1 提高热送热装率和热装温度

从近年来的数据统计分析显示［4］，在同等条件下，每提高10%的热送热装率，可降低煤气消耗2%～3%，降低烧损0.01%。提高热送热装率和热装温度不仅可以节约煤气，还可大大减少氧化烧损。

1.3.2 提高助燃空气温度

提高助燃空气温度是提高热效率和降低煤气消耗的有效途径。受换热器设备成本的影响，常规加热炉的助燃空气温度最高控制在620℃，综合效益较差。日常使用时要确保按照要求操作，防止燃料不完全燃烧后进入烟道在换热器处燃烧，以免降低换热器的使用寿命。

1.3.3 合理制定加热升温曲线

在合理制定批量后，每一组坯料应该有一个相对确定的轧制节奏。坯料入炉后就能够确定该坯料的在炉时间和在各个加热段的停留时间。坯料不同或坯料相同而轧制产品不同时，升温曲线也不相同。对于轧制薄、难规格产品，应采取低温、低流量控制，燃料分配以加热段和均热段为主；对于厚、易轧品种，轧制时间短，加热炉的能力相对不足，要保证预热段的燃料分配，严格按照预热段既定参数运行。

1.3.4 合理控制炉内气氛和炉压

对均热段要控制为微还原性气氛。加热段温度最高，以燃料刚好完全燃烧控制配风量。未完全燃烧的燃料将流入预热段，助燃空气比可以略大一些，通常含氧量（体积分数）控制在0～3%为宜。

炉膛压力的控制非常重要，炉子不能吸冷风，炉内扼流墙高度要合理，烟道闸板调节要灵活，炉压控制在5 Pa以内，通常状态下炉压为自动控制。

1.4 合理选择辅助设备

1.4.1 合理选择加热炉保温层的耐火材料

新建的加热炉在选用保温材料时，应选择导热率低、热容高的绝热耐火材料，如果有可能，可适当加厚保温层。另外，对助燃空气管道的绝热包裹也非常重要，关键是要保证施工质量，对流速过大的部位，可以设计为浇注料。

1.4.2 合理选择炉体耐火材料

对于大型加热炉，必须保证较长的使用周期。通常情况下，轧钢厂每周都有一次定修，在正常生产过程中也要定期换轧辊。这样，炉体的急冷急热的次数较多，从而要求炉体耐火材料的耐急冷急热性要好。可塑料在这样的工况下使用效果最好，对于气流速度快的地方可以选用牌号更高的可塑料，烧嘴砖用特种可塑料制作，寿命最长可达19年，可保证加热炉的密封性。

加热炉冷却水带走的热量可以达到整个热支出的4%，因此，做好水梁、立柱的包扎非常重要。水梁、立柱是整个加热炉耐火材料最容易脱离的部位，因此要焊好锚固钉，并保证一定的密度，包扎好耐火纤维后必须保证锚固钉露出，并且要选用性能优良的耐震的浇注料。

2 结语

轧钢加热炉节能降耗潜力巨大。为适应低碳减排要求，实现可持续发展，轧钢加热炉采用新型蓄热式加热炉技术刻不容缓。采用蓄热式加热炉，经济效益十分显著，既可节约大量重油，也能减少烧损；若暂时没有条件改造现有加热炉为蓄热式加热炉，应该采用更加合理的优化工艺，从而提高效率，降低碳排放；加热炉炉体保温设备的选材、维护也十分重要，措施得当的话，能减少热损失1%～2%。

［1］王永强,陈连生.蓄热式轧钢加热炉的发展及其优缺点［J］.河北理工大学学报，2009（3）：12-15.

［2］滕均成.蓄热式轧钢加热炉的改进［J］.冶金动力，2010（2）：49-50.

［3］吕智勇,周长秀,谈群峰.提升蓄热式加热炉能力的综合措施［J］.轧钢，2008（5）：68-71.

［4］毛玉军.浅谈轧钢加热炉节能及降低氧化烧损的途径［J］.工业炉，2007（3）：21-23.

（编辑：胡玉香）

TG307

A

2010－11－22

1672-1152（2011）01-0071-03

冯钧（1971-），男，太钢热连轧厂1 549线轧钢作业区技术主管，助理工程师。Tel:13073592911, E-mail:msteel@126.com