轧钢加热炉气化冷却及烟气余热利用改造

战峰 单连宾

摘要：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。

关键词：加热炉 热效率 余热回收 汽化冷却系统

引言

进入 21 世纪，钢铁产品需求量趋于过剩，钢铁企业的核心竞争力是提高产品质量和降低生产成本，故采取节能降耗措施以及废气再利用是钢铁行业降低成本、增强产品市场竞争力的重要途径。轧钢加热炉是钢铁行业的能源消耗大户，因此，轧钢加热炉已成为我国节能的重要前沿阵地。怎样提高轧钢炉窑的效率和加强加热炉的余热利用是节能减排的重要举措。

一、加热炉汽化冷却装置

1、概述

加热炉炉底有固定梁、活动梁及支持梁，它们是钢料滑行的滑道，为保持其强度，防止高温变形和断烧，除外部进行绝热保护外，还必须进行有效的冷却。冷却的方式通常是将加热炉冷却构件做成管状或矩形空心梁，管内通入水进行冷却。根据通入的水的温度，冷却系统分水冷却系统和汽化冷却系统。由于汽化冷却系统相比水冷却系统有着绝对的优势，目前我国钢铁企业加热炉均采用汽化冷却系统。

2、汽化冷却系统流程

汽化冷却系统主要由软水系统、除氧给水系统、循环回路系统、蒸汽系统、排汽系统和排污系统等六部分组成。除氧给水系统是连接除氧器、给水泵及汽包三个设备的工作系统，其工作原理是软水由软水系统送入除氧器除氧，变为除氧水后由除氧水箱供出，经给水泵加压后进入汽包。电动给水泵共2 台，1 台运行，1台备用。另设1 台柴油机带动的给水泵，用于断电时向汽包供水，以保证加热炉内部各种支撑梁的安全。

二、烟气余热

钢铁工业是我国重点高耗能行业之一，也是“高碳能源” 的消耗大户，其在消耗能源推动物料转变的同时会产生大量的余热余能，国内多数钢铁企业的余热资源回收率只有 30% ～50%。我国钢企生产 1t 钢材产生的余热余能资源量约为 8 ～9GJ， 余热资源占企业总用能的 37%，其中产品显热占 39% ﹑废烟气显热占 37% ﹑冷却水显热占15%﹑炉渣显热占 9%。对某个钢铁公司的轧钢加热炉进行过测试，其排烟温度在 359. 8℃ 左右，热效率不到 50%，比我国电厂现阶段锅炉所能达到的热效率水平低得多。余热资源得不到很好利用是造成这种的现象一个重要原因。

三、轧钢加热炉气化冷却及烟气余热利用改造方案

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。

四、改造内容

1、概述

进行改造的三座加热炉中，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。

2、改造的主要设备

炉内支撑梁及绝热包扎；汽包规格：Φ1800x8000 mm，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。

3、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。

4、控制系统

本系统采用全自動控制模式，减少人为操作失误。主要的控制内容包括加热炉炉压控制和余热系统汽水控制。加热炉炉压通过风机电机的频率变化进行控制，加热炉炉压升高时风机电机频率增加，反之风机电机频率降低，通过风机变频来满足加热炉炉压的波动范围，使加热炉炉压控制在正常范围内，不影响加热炉的生产。汽水系统的自动控制主要包括汽包、除氧器的液位和并网压力的自动控制以及各种报警、紧急停炉等内容，使余热系统随热轧工艺的变化平稳运行。

四、轧钢加热炉气化冷却及烟气余热利用改造后的优势

（1）改造后的气化冷却及余热回收系统正常运行后加热炉炉压控制稳定，不影响加热炉的生产。

（2）该系统自动化程度高，系统自动运行，减少人为操作失误和人操作的工作量。

（3）节能效果显著，大大降低t钢能耗，提高市场竞争力，为类似加热炉的节能改造提供了很好的应用实例。

结语

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。

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