热轧加热炉换热器改造

热轧加热炉换热器改造 温亚成 （新钢钒热轧板厂） 摘 要： 介绍了热轧加热炉实施高效换热器改造的基本情况及改造效果。换热器作为热轧加热炉重要余热利用设备之一，实施高效化改造，有利于降低加热炉燃耗，达到节能减排、提高经济效益之目的。 关键词： 加热炉；换热器；螺旋片；高效化 0 引言 加热炉是热轧厂的重要设备之一，同时也是热轧工序的能耗大户，其燃料消耗约占热轧工序总能耗的 63%。而换热器又是加热炉重要余热利用设备，一般用于预热加热炉助燃空气，以达到降低加热炉燃耗之目的 1。新钢钒热轧板厂加热炉 原设计采用金属片状管换热器，空气预热温度只能达到350 450 ，存在换热效率低，节能效果差等问题，不利于当前节能减排工作的深入开展，同时在换热器使用寿命的末期，其高温管组发生破损现象，漏风问题日益严重，已达到影响正常生产的程度。因此，有必要实施加热炉换热器改造，以提高助燃空气预热温度，降低加热炉燃耗，促进节能减排，满足生产需求，进一步提高经济效益。 1 改造前换热器基本状况 热轧加热炉采用下排烟方式，出炉烟气从装料端炉两侧的排出口经竖烟道进入水平烟道，穿过装炉辊道下部后汇合在一起进入总水平烟道，然 后经过安装在水平烟道内的二行程换热器和烟道调节闸板后进入烟囱，由烟囱排入大气中。 改造前换热器存在的主要问题是：采用单纯的片状管式换热器，在同等的热负荷和排烟温度条件下，存在换热效率低，空气预热温度低（只能达到350 450 ）等问题，同时由于生产过程中煤气热值波动大，空煤配比不合理等问题，造成部分时段炉内煤气燃烧不充分，燃烧不充分的残余煤气漂流到烟道内继续燃烧，进而造成换热器前烟气温度异常偏高，加剧换热器管壁氧化并逐渐破损漏风，换热器漏风严重时还曾发生加热炉因供风量不足而影响生产的问题，被迫增加备用 风机供风，从而进一步降低空气预热温度，并增加电耗。 2 改造方案 为提高换热效率，进一步降低加热炉燃耗，国内外先进企业均广泛开展高效换热器的研发工作，采用带插入件的换热器，利用插入件以强化换热效果是目前研发高效换热器的有效途径。同时，通过换热器材质选择和研究换热器保护措施等方法以提高换热器使用寿命。 螺旋插入件的选择 为了掌握插入件换热器的传热特性和阻力特性，通过查阅相关技术资料和详细的比较分析，统计与实际换热器使用温度接近的几个温度区和速度区、五种形式的插入件和几种管径的上千组数据 ，回归得到相应的传热及阻力特性。结果表明：螺旋插入件是各种插入件中增加管内传热系数最大的一种，提高幅度一般为光管的 20% 30%；同时在传热系数相同的条件下，采用螺旋插入件后管内阻力只有光管的 60% 80%，根据这些特点可以设计出高效的换热器。各种插入件传热系数和阻力的比较见表 1。从表 1 可以看出，采用螺旋片形（大螺距）插入件强化换热，具有传热系数大，阻力损失小的特点。 防止低温腐蚀 在换热器低温侧，后几排管组的烟气温度和空气温度都较低，尤其在加热炉负荷减小，换热器管壁温度过低时，烟气中含硫气体易结 露造成管壁低 34 2009 年第 32 卷第 2 期 温硫腐蚀。传统的防止低温硫腐蚀办法是设置冷风管旁通，以减小流向换热器的风量，提高热风温度，但实现这一过程的自动控制较难，且会增大投资费用，否则就达不到有效控制低温阶段含硫气体对管壁腐蚀的目的。本次改造另辟蹊径，即在低温管组内加套管并取消套管部分的螺旋插入件，可以有效地提高低温管组管壁温度，达到防止低温硫腐蚀的目的。 表 1 各种插入件传热系数和阻力的比较 插入件形式 光管 /% 一字形 /% 十字形 /% 螺旋片形（小螺距） /% 螺旋片形（大螺距） /% 阻力相同的传热系数 100 105 119 100 114 115 127 120 135 传热系数相同的阻力 100 68 89 74 100 62 80 60 76 防止高温变形 换热器高温侧前几排管组受高温烟气及高温烟道的辐射，温度较高，因此其受热变形最大，解决好前几排管组的热变形也是延长换热器寿命的关键。传统的换热器采用另加高温侧的保护管组的办法，以定期更换保护管组的方式达到延长寿命的目的；或可采用弯曲高温侧管子的办法来减轻热变形，但换热器常采用的高 管延伸率很低，预弯方式易造成钢管裂纹影响使用寿命。随着技术的发展 ，更为有效的技术得到发展并获得实际应用，即在换热器高温侧前几排管组设置预压缩补偿器，实践证明此技术是消除热变形的有效措施。 热器材质选择 提高换热器寿命除了要解决上述热变形及低温腐蚀问题外，另一点就是管组材质的选择。往往换热器损坏在高温侧的前几排管子，对于空气预热温度 550 和 620 而言，高温侧的前几排管子的管壁温度相差很小，因此，管子的材质选择主要取决于高温烟气的温度。改造前热轧加热炉换热器高温管组采用 11一种奥氏体不锈钢，可在 600 以下长期使用，短时也 可在650 以上使用，但最高不得超过 800 ，不能满足加热炉正常生产条件下排烟温度 750 850 的使用要求。因此，为了保证换热器的寿命，金属换热器高温管组材质的最佳选择为高牌号渗铝管材0本牌号 但这种材料目前国内不能生产，依靠进口是不经济的。调研表明：高温管组选用渗铝管材，在使用过程中钢的表面将形成一层致密的 化膜，对母材有很好的保护作用，同时管壁表层形成的铝铁化合物和固溶体结晶组织具有耐高温、抗氧化和防腐蚀的性能。因此，本 次 加 热 炉 换 热 器 改 造 中 的 高 温 管 组 选 用0温管组选用 0温管组选用09此选择换热器材质，最大限度地提高了换热器性价比，降低了改造成本。 采用带插入件的高效管状换热器后可以将助燃空气预热到 550 600 ，以达到节约能源的目的，改造后的空气换热器主要性能见表 2。 表 2 改造后的空气换热器主要性能表 换热器行 程 /数 换热器烟气温度 / 进换热器烟气流量 / 热器空气温度 / 预热空气流量 / 口 出口 入口 出口 额定值 2 800 432 125 349 20 600 105 100 最大值 850 497 154 284 35 620 125 248 换热器保护措施的制定与应用 为提高换热器使用寿命，除上述在材质选择方面考虑外，通过以下措施加强对换热器的保护。 (1)采用合理的热风放散，在空气预热温度超高时进行必要的放散保护。即当热风需要量减少（预热空气温度超过 620 ）时，放散部分热风以降低管壁温度，避免管壁氧化烧损。 (2)建立完善的监控系统，包括换热器前后温度测量、热风温度测量和热风温度超高报警等。 (3)当进换热器烟气温度 超过 850 时，利用稀释风机往烟道掺入冷空气进行稀释，以降低换热器前烟气温度，提高换热器保护效果。 攀 钢 技 术 35 (4)开发煤气热值监控系统，并根据煤气热值的变化情况，合理设置空煤配比，确保加热炉内煤气完全燃烧，避免烟道内残余煤气二次燃烧。 3 改造效果 加热炉换热器改造后运行正常，空气侧阻力损失基本在 2 000 2 500 围内， 换热器改造前 后运行指标对比见表 3。从表 3 可以看出，在加热 炉产量和换热器前烟气温度基本一致的情况下，改造后换热器的空气预热温度平均达到 ，达到改造目标的要求，较改 ，加热炉煤气单耗达到 J/t，较改造前降低 J/t，降幅 此外，通过换热器高效化改造，还解决了加热炉因供风不足而影响生产的问题，同时避免了启用 400 用风机保产的问题 ,具有节电效益。表 3 换热器改造前后运行指标对比（括号内为月平均值） 年 煤气单耗 /热炉产量 /t 换热器前烟气温度 / 空气预热温度 / 改造前 200771 53 845（ 799） 352 446（ 399） 200752 61 857（ 809） 348 453（ 401） 200762 45 861（ 803） 357 455（ 406） 平均 62 造后 200853 38 853（ 796） 541 602（ 572） 200880 46 868（ 807） 553 598（ 576） 200855 53 849（ 801） 548 613（ 581） 平均 63 结语 （ 1）插入件管式换热器较一般换热器具有传热效率高，体积小，气密性好，维护方便的特点。在热轧加热炉改造应用这种换热器，可解决换热器热变形、低温腐蚀等方面的技术问题，使换热器的技术性能和使用寿命得到充分保证。 （ 2）热轧加热炉通过改造换热器，助燃空气预热温度从改造前的平均 402 提高到改造后的平均 576 ，提高了换热效率，达 到了降低加热炉燃耗的目的，具有良好的投入产出效果。实施换热器高效化改造对当前工业企业广泛开展的节能减排工作具有重要的参考价值。参考文献 1 梁 超，王 维，彭红喜 冶金能源， 2001， 20（ 5）： 42编辑 余文华 收稿日期 ： 2008 100 万 t 稀土不锈钢项目落户中宁 2009 年 2 月 27 日，宁夏万隆新材料公司 100 万 t 稀土不锈钢项目签 约仪式在宁夏中宁县中卫红宝宾馆举行