浅析降低无氧化辊底式热处理炉天然气消耗的途径

2020-03-15杨东峰李倩倩

中国金属通报 2020年23期

杨东峰，李倩倩

（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏无锡 214000）

热处理分厂淬火炉为无氧化辊底式热处理炉，氮气保护性气氛；加热形式为辐射管无氧化加热，使用的燃烧介质为天然气；最高炉温为1000℃。主要生产容器板、锅炉班、造船板、桥梁板、模具钢、低合金高强度钢板、高强度钢板等的淬火和正火，为热处理分厂核心设备之一。热处理炉存在着热效率不高、热处理工件的品质不稳定、低效益高能耗等问题，甚至对环境造成一定的污染。通过对现场使用的淬火炉的工作过程进行分析，动态控制加热过程，优化热处理工艺技术参数，提高燃烧效率，可以节省天然气的消耗量，有效地降低生产成本，改善工作条件和对环境的影响，也保证了热处理品质[1]。

1 现状分析

热处理的淬火炉自从2011 年投产使用至今，将近9 个年头，随着产量的逐年增加，天然气单耗也在逐年提高。随着设备的管理水平、点检水平以及操作水平的提升，我们发现，造成淬火炉的能耗，除了设备陈旧，炉内耐材、纤维制品的衬里老化、脱落等客观原因外，主要还是由于燃烧系统故障。特别是随着燃烧系统使用年份的增加，辐射管及内部陶瓷内管、换热器和燃烧室等部件会出现破损和老化。随着燃烧系统故障率的逐年升高，加热过程中会逐步出现钢板温度分布不均、辐射管破损导致钢板表面质量缺陷的现象。所以，燃烧系统故障率升高直接影响热处理钢板的加热效果和性能的稳定性，也导致辐射管燃烧系统常维护量增大[2]。

表1 2018 年与2019 年能耗对比

与2018 年相比，2019 年平均天然气单耗上升了4.72%，平均班产量下降了14.6%。因此，面对公司逐年增加的提产增效、降本增效的任务，如何降低淬火炉能耗、提高淬火炉生产效率，是分厂成本管理工作的重中之重。

2 原因分析

淬火炉共分为10 个温度控制段，共244 个烧嘴，采用的是辐射管专用的混合型天然气烧嘴，这种烧嘴通过空气与天燃气的多级混合，实现分段燃烧，形成较长的火焰形状，从而保证沿辐射管长度方向上的温度均匀性。

根据统计，2019 年，频繁报故障的烧嘴在25%以上，同时，通过对所有烧嘴的空燃比和烟气成分进行检测后，发现有163 支烧嘴的空燃比不能满足要求，烟气中CO 含量＞1000ppm，超标排放，天然气不能完全燃烧，导致供热能力不足，造成能源的浪费。主要原因有以下几点。

（1）空气电磁阀滤网堵塞严重，导致空气量变少，不满足完全燃烧所需要的空气量。

（2）陶瓷内管安装尺寸不满足图纸要求、烧嘴陶瓷内管与燃烧室开裂会造成辐射管内气流混乱，火焰直接烧到辐射管上，导致辐射管寿命缩短

（3）换热器翅片堵塞严重。由于长期的不完全燃烧，最终使燃料热解和裂化，析出的碳粒因无法燃尽而沉积下来，这样便在换热器的翅片上形成积灰，从而影响烟气的循环，导致空气预热温度下降。

图1 烧嘴烟气成分检测

表2 空燃比参数表

图2 不完全燃烧造成换热器翅片堵塞

3 改进措施

3.1 空燃比优化至最佳

淬火炉的燃烧介质是天然气，根据化学反应式：CH4+2O2=CO2+2H2O，在理想情况下，天然气完全燃烧时，烟气中的CO 含量为零。在实际条件下，天然气通过烧嘴完全燃烧时必需通入大于理论空气消耗量的过剩空气量，这部分过剩空气量是为了弥补各种不理想因素，使空气与天然气充分混合，混合程度越好，则燃烧过程越短，单位时间内释放出的热量越多，燃烧温度越高，所以烟气中会有4%～5%左右的O2[3]。

从烧嘴的设计参数和保护辐射管的角度，根据现场实际情况，通过计算，不同功率的烧嘴空燃比必须满足下表中的要求。

根据上表中参数要求，对烧嘴进行逐个检测，同时满足空气压差、燃气压差和烟气成分的要求，方认为烧嘴空燃比满足要求。不满足要求的烧嘴，从空气滤网、陶瓷内管安装尺寸、换热器、燃烧室、电极丝等方面进行改进。