蓄热式轧钢加热炉应用分析及优化措施

赵令玉 张虎胜 陈俊杰 王国梁 孟祥威

0 前言

节能和加热质量是轧钢加热炉的两项重要指标，节能即减少煤气消耗、减少散热损失，降低吨钢能耗；加热质量包含坯料加热温度均匀性、加热温度达标率及氧化烧损率等，加热质量好坏关系到轧制能否顺利进行以及产品组织性能的均匀性[1]。加热炉是轧钢车间的重要热工设备，也是轧钢工序的能耗大户，加热炉的技术水平高低直接关系到轧钢生产的经济技术指标，因此钢铁企业对新上轧钢加热炉均选择设计技术先进、能耗低、加热质量好的加热设备。

高温蓄热式燃烧技术作为一项卓有成效的节能和利用低热值煤气新技术，近年来在冶金行业及其他行业逐步推广使用。国内冶金行业率先采用蓄热式燃烧技术的是一批中小型企业，其主要原因是采用这项技术后可以使用低热值的高炉煤气加热钢坯，为许多高热值气体燃料不足的企业解决了生产急需问题。该技术能够将燃料和空气预热到1 000 ℃以上，排烟温度降低至150℃以下，可以最大限度地回收烟气显热以达到提高热能利用率的目的，具有燃耗低、节能、炉温均匀、加热质量好、废气排放少等优点。轧钢加热炉热效率普遍偏低，在未被利用的能量当中，炉体散热损失占50% 以上[2]。与采用换热器的常规换热加热炉相比，采用蓄热式燃烧技术的加热炉，其节能效果一般在20%～30%。因此，蓄热式燃烧技术成为近年来轧钢加热炉改造和新建的主要发展方向。

1 存在的问题

随着蓄热式轧钢加热炉推广应用的逐渐深入，科研人员和工厂工程技术人员对蓄热式燃烧技术的研究和了解也逐步深入。在蓄热式轧钢加热炉的应用过程中人们逐渐认识到其不足之处，如新建蓄热式加热炉造价高，蓄热体容易堵塞，炉膛压力高、波动大、不易调节，存在交叉污染，设备及管道多、结构复杂，检修维护费用高等。因此，有一种蓄热式轧钢加热炉节能不节钱的观点，其推广应用也就遇到了新问题。

蓄热式轧钢加热炉由于应用时间较短，在应用中存在一些问题也是难免的。首先，蓄热式燃烧技术应用于轧钢加热炉的最大贡献就是提高了高炉煤气的理论燃烧温度，使热值很低的高炉煤气加热钢坯成为现实，从而避免了对高炉煤气的大量放散，节约了大量资源。因此，蓄热式燃烧技术具有良好的优点，值得进一步推广应用。目前，一种观点认为，对于有充足高热值煤气的钢铁联合企业，采用此技术得不偿失，也就是所谓的蓄热式轧钢加热炉存在较多问题、节能不节钱，认为蓄热式燃烧技术应退出以较高热值（热值大于2000Kcal）煤气为燃料的加热炉，代之以原来的常规加热炉。

2 解决措施

要使蓄热式轧钢加热炉的应用更加广泛深入，从根本上充分发挥其长处、抑制降低其缺点才是根本出路。具体措施就是从细节上优化对蓄热式加热炉的设计，科学使用、维护，从而降低蓄热式轧钢加热炉新建或改造的投资费用，降低其检修维护费用，充分发挥出其节能降耗的优势。蓄热式轧钢加热炉在设计或改造、应用中应注意以下几点：

2.1 采用蓄热烧嘴式加热炉

设计中尽可能采用蓄热烧嘴式加热炉，不采用内置式或外置式蓄热加热炉。因为蓄热烧嘴式加热炉具有不易泄漏、施工简单、维修方便、占用空间小、操作控制灵活等优点。而内置式蓄热加热炉有容易泄漏、施工复杂、不易维修、故障点多的缺点，外置式则有体积庞大、占用空间大、管道复杂等缺点。

2.2 加热炉的炉膛分段要合理

大型蓄热式轧钢加热炉的炉膛分段不宜过少，每段不宜过长，否则不利于炉温控制和钢坯加热质量。根据各钢厂实践经验，对于均采用分段集中换向方式的同规格两台蓄热式加热炉，一台采用四段式加热制度设计，一台采用三段式加热制度设计，在实际应用中，采用四段式加热设计的加热炉炉温及炉膛压力更容易调节控制、钢坯加热质量更好。

2.3 换向阀及管道设计

换向阀（尤其是四通换向阀）应具有良好的严密性，这对于减少因换向阀密封不严密而带来的交叉污染极为重要，同时对于减少事故、减少环境污染也极为重要。换向阀的安装位置也是减少交叉污染的很重要的一点，换向阀后管道布置要合理，设计或改造中应尽可能使换向阀之后到蓄热式烧嘴之间的煤气或空气（同时也是烟气）管道的长度尽可能短、容积尽可能小，因为此处管道的容积与交叉污染量是成正比例的。同时此处容积的大小也决定着炉子空烧状态存在时间的长短，这也影响着炉子加热能力的发挥。再者，加热炉的各个分段控制四通换向阀所匹配的左右两侧管道的长度和容积应尽可能相等，防止出现左右两侧管道的长度和容积相差过大而产生偏流的问题，这样可以使双排料加热炉的炉膛温度更易于控制，可使加热出的任意一块钢坯的温度更趋于均匀。

2.4 降低蓄热式加热炉的“空烧”时间

降低蓄热式加热炉的“空烧”时间。蓄热式加热炉在使用中，由于换向阀需要换向，煤气快速切断阀也需要相应启闭，这些阀门的动作都需要时间。在其动作时，没有燃料流入炉膛内，此时的加热炉处于没有燃料的“空烧”状态。因此，换向阀、煤气快速切断阀的动作时间也应尽可能缩短，这样可以有效缩短炉子的“空烧”时间，提高炉子的加热能力和钢坯的加热质量。

2.5 氧化锆残氧分析仪设置

氧化锆残氧分析仪的检测点不宜设置在排烟管道上，应设置在炉膛内某点，这样测得的数据更有真实性。如果安装在排烟管道上，由于四通换向阀均存在不同程度的内泄漏，容易造成检测到的残氧含量不准确，造成加热工对燃烧控制的盲目性，造成炉子的燃耗高，钢坯的加热质量变差。

2.6 加热炉的操作使用与科学维修

加强蓄热式加热炉的操作使用管理和科学维修管理，有效延长蓄热式轧钢加热炉的使用周期，从而降低维修费用。

3 结束语

随着我国能源危机问题日益突出和政府对节能降耗、淘汰落后产能工作的重视，轧钢加热炉节能降本工作已引起了广大学者的关注[3]。在蓄热式轧钢加热炉的设计、改造、使用中注意到上述几点，即可以进一步发挥蓄热式轧钢加热炉的优势，又可以使蓄热式轧钢加热炉做到即节能又节约资金。