梅钢热轧加热炉空煤气双预热的节能效果分析

常志明

（上海梅山钢铁股份有限公司热轧板厂，江苏南京210039）

梅钢热轧加热炉空煤气双预热的节能效果分析

常志明

（上海梅山钢铁股份有限公司热轧板厂，江苏南京210039）

简述了梅钢热轧加热炉采用空气、煤气双预热工艺技术，并对生产运行数据进行了分析。结果表明，加热炉采用空煤气预热技术，降低了加热炉燃料消耗和生产成本，提高了加热炉的热效率，取得了明显的节能效果。

加热炉；预热器；节能；双预热

轧钢加热炉生产中炉尾排出的废气温度很高，一般在600~800℃，如果不进行余热回收利用，将带走大量烟气中的热量，不仅浪费能源及成本，而且对环保也不利。为了提高加热炉的热效率，节约燃料，应该最大限度地利用排出炉外的废气余热，目前加热炉尾气的余热利用主要有以下两个途径：

（1）利用排出炉外的烟气来预热空气、煤气，提高炉子的热效率；

（2）利用排出炉外的烟气来作为低压余热锅炉的热源，生产蒸汽或再进行蒸汽发电，以供生产和生活之用。

梅钢热轧板厂加热炉烟气余热回收上，不仅只预热助燃空气，而且还继续对加热炉煤气进行预热，简称“空煤气双预热”技术。目前梅钢热轧两条产线6座加热炉全部采用空气、煤气双预热的金属管状换热器，预热器设计由中冶赛迪工业炉公司设计，制作由无锡拓邦炉业有限公司制作，采用空煤气双预热的技术优势使经济效益越来越明显，既节约能源，又提高加热炉的热效率。

1 梅钢热轧加热炉空煤气预热器的结构特点

国内其它钢厂加热炉一般只预热助燃空气，不预热混合煤气，主要考虑煤气换热器安全性和可靠性等方面原因；随着预热器制造工艺提升和技术进步，在空煤气预热器的结构形式、管材选择、换热面积、阻力损失及耐腐防蚀等方面，尤其煤气预热器制作的可靠性和生产中的稳定性，有了比较大的提高。

1.1 热轧加热炉空煤气预热器布置

梅钢热轧加热炉空煤气预热器布置在下降水平烟道中，采用金属管状二行程预热器，煤气换热器布置在空气预热器之后，金属管状预热器整体烟气侧阻力小、结构比较紧揍，见图1。

1.2 预热器上下风箱结构设计

梅钢热轧加热炉预热器，没有采用传统U型结构的型式，而是采用上下风箱的二流程结构（见图2），解决了U型制作的困难以及生产使用过程中变形大的问题，又解决了组焊后管板与换热管密封焊道间有泄漏不易发现和不易补焊的问题。由于双管板结构较简单，所以预热器的投资费用不会有明显的增加。

图1 加热炉烟道预热器布置示意图

图2 预热器结构示意图

1.3 预热器管材选择

梅钢加热炉使用的燃料是高、焦、转三种煤气的混合煤气，燃烧后的烟气中含有少量的H2S等有害成分，其中硫化腐蚀是预热器损坏的关键因素，若选择耐腐蚀的铬镍钢作为预热器的管材，则价格昂贵成本较高。因此梅钢热轧加热炉煤气预热器选择了渗铝无缝钢管，钢管表面经热浸渗铝处理后，渗铝管表层中的铝熔化并向钢基体内部扩散渗透，从而形成了铝化和固溶体结晶组织的表面，在管件表面形成一层致密的氧化铝保护薄膜[1]，可显著提高耐腐蚀和抗氧化性能，且成本较低；空气预热器高温组采用1Cr17,低温组采用20 g锅炉管。

1.4 预热器管件带插入件

对预热空气、煤气介质增加换热面积，在管束内插入金属件，增强换热效果，提高空煤气的预热温度，如图3所示。

2 梅钢热轧加热炉预热器生产跟踪

在正常生产过程中，以梅钢热轧1422产线2#加热炉为例，通过对加热炉的烟气温度及空煤气预热温度情况进行跟踪分析。

2#加热炉空煤气预热温度、烟气温度跟踪记录见表1。

图3 带插入件的金属管状预热器示意图

表1 2#加热炉空煤气预热温度、烟气温度（℃）

产线2#加热炉炉膛温度跟踪记录见表2。

表2 2#加热炉各段炉膛平均温度（℃）

2#加热炉生产的过钢量见表3。

表3 2#加热炉测试时间段加热钢坯

测试时间段内混合煤气平均流量：22 963 m3/h，空气平均流量：50 836 m3/h。

3 空煤气双预热器的节能效果和经济效益

以梅钢热轧1422产线加热炉预热器为例，预热器设计空气预热温度为550℃、煤气预热温度设计为300℃；实际正常生产中空气预热温度范围为400～500℃、煤气预热温度范围为250～300℃。从生产跟踪看，空气预热温度平均451℃、煤气预热温度设计为287℃。

3.1 节能效果

按空气预热温度451℃计，空气预热器每小时回收烟气余热量：

Q=0.316×（451-20）×50 836 m3/h=28.94×106kJ/h

相当于节约混合煤气3 297 m3/h（按Q低=8 778 kJ/ m3计算）。

按煤气预热温度287℃计，煤气预热器每小时回收的烟气余热量：

Q=0.32×（287-20）×22 963=8.2×106kJ/h

相当于每小时节约混合煤气934 m3/h（按Q低=8 778 kJ/m3计算）。

两项每小时共节约煤气4 231 m3/h，占该炉每小时耗煤气量的18.43%，也就是说与空煤气均不预热情况相比，节约了近1/5的混合煤气消耗。如果只预热空气，不预热煤气，只能节约14.35%的混合煤气。可见既预热空气又预热煤气，可以从烟气回收更多的热量，收到更为显著的节能效果。

3.2 经济效益

3.2.1 直接效益

烟气温度由进空气预热器668℃下降到出预热器的324℃左右，并使加热炉煤气消耗下降了17.7 m3/t坯，按照产线能力300万t规模，年节约混合煤气5 310万m3，价值3 717万元，理论上一个多月即收回预热器投资（每座加热炉配置6组空气预热器、6组煤气预热器的总投资约300万元）。

3.2.2 间接效益

由于对煤气和空气进行了预热，使得燃烧的火焰温度和加热速度都得到相应提高，从而使加热能力也有较大提高，经计算加热能力比不采用空煤气预热器应该提高了18%左右。但目前由于加热炉能力大于轧线能力，不需要加热炉满负荷生产，间接效益没有完全体现出来。另外由于预热器的使用，使排烟温度大大降低，因此也减轻了对大气环境的污染。

4 2#加热炉炉膛热平衡和全炉热平衡测试

2#加热炉炉膛热平衡和全炉热平衡测试结果，见表4、表5。

从表4、5看，2#加热炉的炉膛热效率为51.18%，全炉热效率为63.79%，其中经过空煤气预热器后，烟气排烟损失由出炉膛的65.34×106kJ/h热量，降低到经过预热器的20.97×106kJ/h热量，也就是出炉烟气中余热有67.9%被空煤气预热器回收起来，烟气余热回收率为近68%。

5 对加热炉烟气余热再回收的思考

通过对全炉热平衡的测量，烟气经过加热炉空煤气预热器后，烟气进烟道闸板处温度仍有280℃多，烟气带出物理热有20.97×106kJ/h，占全炉热量的近11%，仍有回收价值和可行性。

表4 2#加热炉炉膛热平衡表

表5 2#加热炉全炉膛热平衡表

随着低温烟气热回收技术的不断成熟和工艺方案的优化，目前国内已有部分钢厂加热炉进行了低温烟气的余热利用，如采用低温烟气生产过热蒸汽发电、采用热水锅炉等，可进一步利用烟气中余热。

[1]王中生,芦杰.煤气预热器的设计及应用[J].钢铁,l992,27(3)：57-60．

Energy Saving Effect Analysis of Air and Gas Double Preheating in Hot Rolling Reheating Furnace at Meigang

CHANG Zhiming
（Hot Rolling Plantof Meishan Iron&Steel Co.,Ltd,Nanjing 210039,China）

The technology about air and gas double preheating in hot rolling reheating furnace at Meigang is introduced,and the production data of reheating furnace are analyzed.The results show that the air and gas double preheating technology can reduce the energy consumption and production costs,increase the heat effectofthe heating furnace,and achieve obvious energy saving effect.

reheating furnace;preheater;energy-saving;double preheating

TF066.2

B

1001-6988（2016）06-0060-04

2016-04-06；

2016-09-18

常志明（1966—），男，高级工程师，主要从事轧钢加热炉工艺技术等方面工作.