轧钢加热炉汽化冷却及烟气余热利用改造

王永锋（上海嘉德环境能源科技有限公司,上海200011）

轧钢加热炉汽化冷却及烟气余热利用改造

王永锋
（上海嘉德环境能源科技有限公司,上海200011）

加热炉是轧钢企业中主要消耗设备，加热炉的水梁冷却由水冷循环改为汽化循环，产生的蒸汽经过烟道中的过热器，产生的过热蒸汽用于发电，同时烟道中的烟气大幅度降低。由水冷改为汽化减少了用水节约能源，降低了烟气排放温度减少了污染排放，产生的过热蒸汽用于发电降低企业的运行成本，对轧钢企业增效具有重要意义。

加热炉；热效率；余热回收；汽化冷却系统；饱和蒸汽

1　引言

湘潭钢铁某厚板厂有3座步进梁式加热炉。炉内支撑梁冷却方式均为水冷却，不仅耗水量大，且冷却水带走的热量不能再回收利用，造成了能源的巨大浪费。本改造方案对3座加热炉支撑梁冷却方式由水冷方式改为汽化冷却，用水量仅为水冷却的1/60，具有显著的节水效果，由于系统温度的提高，这对减轻钢坯黑印，改善钢坯加热炉质量也有一定的好处。并在烟道中安装蒸发器和过热器，对烟气进行深度余热回收，产生的过热蒸汽用于发电，降低了轧钢厂的运行成本，改善环境，达到节能降耗的目的。

2　原加热炉技术参数

炉子有效长：41400mm，炉子内宽：8120mm；炉子产量：140t/ h坯料规格：宽度1200mm，厚度220mm，长度7500mm；燃料：高焦混合煤气，热值2200Kcal/Nm3。

3　技术改造主要内容

3.1概述

本套系统中共有三座加热炉，其中给水、加药系统是共用系统，其它如排污、蒸汽、循环系统都是独立的。生产时3座加热炉2用1备，即设计发电机组时只能按2台加热炉正常生产时产生的蒸汽量配备发电机组。

3.2改造的主要设备

炉内支撑梁及绝热包扎；汽包规格：Φ1800x8000mm，每座加热1台；单座加热炉配置电动循环水泵2台，1台工作，1台备用；单座加热炉配置1台柴油循环水泵，停电备用泵；3座加热炉共用1台热力除氧器；给水系统配备3台电动给水泵，2用1备；3座加热炉共用1台柴油给水泵，停电备用泵；软水供给配有3台软水泵，2用1备。加药装置由联氨加药装置和磷酸三钠加药装置两个独立的加药部分组成。

在每座加热炉煤气换热器后烟道内设置一套蒸汽发生器和一套过热器。

4　改造后蒸汽及烟气的参数

经过炉内水梁循环后汇集到汽包内蒸汽主要数据：汽包额定压力1.6MPa；蒸汽并网压力1.27MPa；绝热层完好时平均蒸汽产量7.7t/h（约60%额定负荷）；绝热层脱落10%时蒸汽产量16.1t/h（额定负荷）；连续排污率（正常生产）≤5%（产汽量）。

经过现场测定蒸汽过热器参数：过热蒸汽量：6.4t/h；蒸汽进口压力：～1.27MPaG；进口蒸汽温度：≥194℃；出口蒸汽温度：＞250℃。经过过热器后的烟气参数：进入过热器的烟气最高温度＜450℃，常用负荷下蒸发器后烟气温度＜240℃。

5注意事项

水梁设计时，要充分考虑，炉膛内的高度。特别是活动梁立柱，因活动梁立柱较长，穿过炉底时，炉膛内高度空间不够，从炉底下部也没有足够空间穿上来，因此设计时要考虑好水梁立柱怎么安装，是否需要分成两节，现场再焊接。

水经过炉内水梁循环后产生蒸汽，蒸汽和水形成汽水混合物，汽水混合物在循环管路系统的拐角处会产生气阻。因系统中循环的动力为蒸汽循环泵，流速较高，在管道的拐角处会形成水流的较大阻力，导致管道振动较大，所以在管道的拐弯处，要使用较大的转弯半径，减少局部阻力损失，一般是3～5倍的管道直径。

循环管路支架，安装位置要合理，强度要够，特别是水管的拐弯处，安装要牢固。

测量装置的导压管，在冬天比较冷的地区，要考虑管道伴热，以免停炉后冻裂水管及测量元器件。

所用的循环水，要严格按照国家低压锅炉用水标准，以防长期运行中出现结垢、溶解物的沉积等现象堵塞循环管路，造成水管的破裂，降低使用寿命。

设计时充分考虑管道的排污，管道运行后的冲洗，以及在北方使用的加热炉，停炉后水管内的水应尽可能的放净，避免冬天冻裂水管和设备。

设计排烟温度、蒸发器、过热器时，要考虑烟囱的抽力，降低排烟温度和增加烟道阻力后，烟气能否排出，烟囱的抽力能否满足要求。

6　本次改造中出现的问题

施工完毕后，点火烘炉，等炉温达到出钢温度后，出现某些管道振动较大，管道窜动约10cm，严重超出了汽化冷却系统的振动范围。经仔细查看分析原因后，停炉整改，整改完毕后现象消除。具体原因如下：施工过程中没有完全按照施工图制作，在某些管道的拐弯处使用较小的弯头半径，循环水流通不畅，冲击力太大。

在拐弯处没有安装支架，两侧的支架距离太远，管道固定不牢。

7　蒸汽发电

3座加热炉的过热蒸汽并网后，送往蒸汽发电机组。按照轧钢厂生产要求，加热炉是2用1备，平时2台加热炉生产，所以产生的过热蒸汽量为2台加热炉之和。

根据国内小汽轮机发电机组的设计参数，选择汽轮机排气压力为0.007Mpa，因此可以计算出汽轮机功率：

W=Q(H0-H1)η/3600=12800x(2786-2572.2)x0.7/3600=532kW

式中符合说明：流量：Q=6.4x2=12.8x103kg/h；进口热焓值为：H0=2786KJ/Kg，出口热焓值为：H1=2572.2KJ/Kg；汽轮机效率：η=0.7；电能当量值：3600KJ/Kw。

故该部分蒸汽可以做功532kW/h，因加热炉生产具有很大的波动性，则按产生蒸汽量的95%计算，即发电量约为505kW/h计算，则年创效益为：

505千瓦/小时x7000小时/年x0.65元/度=229万元/年

经过发电机组后形成的冷凝水，送回加热炉汽化冷却的软水箱，重复利用，即节约了能源，又创造了效益。

8　结束语

应用前景分析：我国是一个钢铁大国，现有常规燃烧的轧钢加热炉近千余座。现投入的企业很少，约有1/4，所以潜在的市场数量很大，前景非常广阔。这是一个利国利民的技术，应该有广泛的改造市场。其技术成熟，经济合理，具有良好的经济效益、环保效益、社会效益，值得在钢铁企业内大力推广应用。

[1]钢铁厂工业炉设计参考资料[S].北京:冶金工业出版社.

[2]朱能闯.钢铁企业低压饱和蒸汽发电技术应用[M].