基于蓄热式加热炉升级改造的若干问题与对策研究

柯 燕

（宝武集团鄂钢公司，湖北 鄂州 436000）

宝武集团鄂钢公司轧材厂棒二车间加热炉原来为通道式加热炉，于2003年开始运行，2008年进行了一次改造。改造后是一座燃料为高、焦混合煤气的双蓄热、步进梁式加热炉，有效尺寸24m*9.8m，改造后运行已达10年，存在较高的安全、设备风险运行。在2018年的环保督查过程中，被点名批评烟气无组织排放，定为环保重点整改项目，且加热炉炉压高、炉体冒火对炉外设备损伤大、能耗高，烟气外泄安全风险大。

随着国家环境保护政策要求的提升，鄂钢面临着巨大的环保压力。棒二加热炉作为鄂钢主轧线的龙头设备，因增产需要，长期超负荷运行，燃烧能力不能够满足鄂钢的效益需求，同时也不能满足能源节约及环保指标的要求，在目前“节能环保、降本增效”的大环境下，存在巨大的成本和环保劣势，燃烧系统改造升级，迫在眉睫。

2019年，轧材厂对棒二加热炉进行了全面改造升级，改造后加热炉实现了煤气零泄漏、能耗低、操作方便、加热质量好、产量高等目标。

1 改造前加热炉存在的问题

1.1 炉况差、炉膛热损失大，煤气泄漏危险系数高

棒二加热炉在2008年的炉体大修中，烧嘴砖为直接和炉墙一体浇筑，蓄热式再在外面和炉墙钢板进行焊接，此处焊接在结构上没有密封。在生产过程中，煤气会从此焊接缝隙处窜出，形成微爆或者冒火现象，存在安全风险。

另外炉墙内裂纹较多，局部炉墙有翘曲的情况，存在剥落、垮塌的风险。炉体密封性差，加热段炉墙外皮温度超过200℃、炉顶表面温度超过350℃、炉底钢板温度150℃左右，炉膛热损失大。

1.2 蓄热能力凸现不足

蓄热箱体积小，导致蓄热体容量小，蓄热能力不足。空、煤气预热温度降低，排烟温度升高，经常出现超温报警现象。

1.3 钢坯加热质量下降、氧化烧损严重

由于加热能力不足，存在钢坯在炉时和强化加热现象，从而造成钢坯加热质量下降，钢坯坯断面温差大，氧化烧损严重等缺陷。

1.4 燃烧系统存在缺陷

原燃烧系统采用集中换向，每换向一次有3秒钟煤气向大气直排，属于重大安全及环保隐患。且燃烧状态和排烟状态切换时不可避免地存在煤气短路泄漏，造成煤气浪费。

1.5 人工操作控制水平低、劳动强度大

炉压、炉温不能自动控制，人工操作滞后且随意性较大，操作精度低，操作频繁，劳动强度大，且炉温、炉压控制不稳，波动大。

1.6 水粱、水封槽等设备老旧

棒二加热炉水梁及水封槽属于超期服役，已经疲劳、碳化严重，多处漏水，存在较大运行风险。

2 加热炉升级改造方案

加热炉升级改造标准：技术先进、操作可靠、各项指标先进，节能、环保。

2.1 炉体重新设计，增大燃烧空间

（1）加热炉砌体全部拆除，重新施工。砌体重新设计，对炉墙的两侧墙进行重新砌筑，通过改变炉墙钢结构立柱的分布，加热炉内宽（9800mm）不变，将棒二的炉墙厚度由现在的1000 mm降低为500 mm。

（2）对现有加热炉侵蚀较严重的炉顶进行拆除，将炉顶抬高200mm,增加上部炉膛空间。

（3）重新设计炉底砌体，炉底减薄，增加下部炉膛空间100mm。增大整个加热炉的燃烧空间。

原炉体尺寸：

加热炉砌体全长------------25648mm。

加热炉有效长--------------24060mm。

炉子砌体外宽---------------11800 mm。

炉子内宽-------------------9800 mm（炉墙厚度1000mm）。

加热段上炉膛高度-----------1400 mm。

均热段下炉膛高度-----------1800 mm。

原燃烧空间：24.06×9.8×3.2=754.5216m³。

改造后加热炉主要尺寸：

加热炉砌体全长--------------25648mm。

加热炉有效长----------------24060mm。

加热炉砌体宽-----------------10800mm。

加热炉内宽-------------------9800mm。

上部炉膛高度-------------------1600mm。

下部炉膛高度-------------------1900mm。

改造后燃烧空间：24.06×9.8×3.5=825.258m³。

燃烧空间在原基础上增大了9.38%。

2.2 增大蓄热烧嘴的蓄热能力

通过炉墙减薄内缩的方式，将节省下来的空间用来加大蓄热箱，蓄热烧嘴由原来的内嵌式改为外拉式蓄热烧嘴，将挡砖及蓄热体的安装位置全部移到炉墙以外的蓄热箱箱体内，炉墙内只留下烧嘴喷口，在保证炉墙稳定的情况下可以将蓄热箱做得更大，安装更多的蜂窝体，提高加热炉的供热蓄热能力。同时蓄热箱喷口改为刚玉质的预制烧嘴砖，耐侵蚀、耐冲刷。提高了炉体使用寿命，极大程度地降低了煤气泄漏风险，提高了燃烧系统安全性。

2.3 换向阀升级改造

换向阀乃蓄热式加热炉的关键设备，因其动作频率高，必须保证其可靠性。改造后全部采用双执行器二位三通换向阀。原煤气三通换向阀阀板动作由两个垂直排列的限位器检测，阀板在任一位置，都会形成气体通路，故障率高，且安全系数低，维修工作量和备件费用较高。现将原三通阀改为性能优越的双关式三通阀，采用立式双列布置，工作原理基本相同，区别为阀板动作是通过两个气缸分别驱动，并且分别由两个电磁阀进行控制。该阀能实现先关后开，作为煤气换向阀使用时，能有效避免煤气与烟气互窜现象，使用更安全。且在断电及排烟温度超高时，该阀可以实现双关，使系统运行更安全，也有利于加热炉检修及加热温度控制。

2.4 燃烧控制系统升级

燃烧控制系统的PLC软硬件全部更换，炉顶煤气管道重新布置，将原来的集中换向方式改为分散换向。系统根据人工设定的温度目标，在燃烧中及时迅速地自动调节空气和煤气的流量，可以精确修正空燃比，确保炉膛温度的稳定性。解决了因现场操作人工监控不足导致的炉压波动较大，能耗高、加热不均等问题。

加热炉实现智能燃烧后，可适应煤气热值及压力的大范围波动干扰，维持合理空燃比例，提高了燃烧的效率，节能降耗。同时，大大减轻了工人的劳动强度，生产效率更高、生产成本更低，燃烧控制系统运行更加安全稳定可靠，设备运转更安全。

2.5 其他设备改造

（1）炉内所有水梁、水梁立柱及水封槽全部更换。

（2）排烟系统原有引风机3台，2用1备。设计上倒换不方便，基本失去了备用的实际功能，同时原排烟风机能力不足，供大于排，导致炉压高，此次改造，拆除备用风机，2台利旧风机作为备用风机，新增2台引风机（200KW）作为主风机。

（3）各段煤气流量检测和气动调节阀均重新设计采购安装，煤气流量采用圆缺孔板流量计，空气及煤气调节阀均采用气动调节阀。所有热电偶及热电阻全部换新。为燃烧系统实现自动控制提供必要条件。

3 加热炉升级改造效果

加热炉改造前后主要经济技术指标对比如下：

表1 改造前后技术经济指标对比表

3.1 加热能力和加热质量得到提升

加热炉升级改造完成后，加热能力得到了提升，冷坯加热能力达到了137t/h，满足轧线提产增效的需求。同时钢坯加热质量得到了提升，钢坯断面和长度方向温差减小。

3.2 炉况得到改善

升级改造后，炉压降至30Pa以下，炉子绝热效果加强，烟温下降明显，炉周温度降至70℃以下，蓄热损失和散热损失大大减小，炉周环境大为改善。加热炉周围实测煤气泄漏量为零。

3.3 自动控制程度提高

加热炉燃烧系统升级后，实现了三段炉温自动控制、三段空燃比自动控制、炉压自动控制等功能，控制精度和水平大大提高，消除了人工操作的不利因素。工人劳动强度降低，操作环境得到改善。

3.4 加热成本及氧化烧损减少

新的外拉式蓄热箱增大了蜂窝体安装体积，增大燃烧系统的蓄热能力，降低排烟温度，增加预热温度，从而降低煤气消耗量，达到降低能耗的目的。同时，燃烧系统升级后，实现了炉温和能源消耗的优化控制。在满足轧线产量和加热质量的条件下，使坯料出炉温度最准、断面温差最小，坯料表面脱碳最少，燃耗最低。

3.5 加热炉安全系数提高

双执行器两位三通换向阀的应用，大大提高了加热炉的本质安全水平。

4 结语

宝武集团鄂钢公司棒二车间蓄热式加热炉升级改造后，各项技术经济指标得到了大幅度提升，为公司创造了巨大的经济效益和社会效益，实现了棒二生产线的安全、高产、稳定运行。