太钢三轧厂2_加热炉蓄热式HTAC技术节能改造实例.doc

太钢三轧厂2#加热炉蓄热式HTAC技术节能改造实例吴道洪1 武庆明21 北京神雾热能技术有限公司2 太原钢铁（集团）有限公司机动处 摘 要：介绍了太钢三轧厂2号加热炉蓄热式改造情况，并对应用效果进行了分析，结果表明，三轧厂2加热炉采用蓄热式高温空气燃烧技术进行节能改造是成功的，使我公司轧钢加热炉的技术水平上了一个新的台阶。 关键词：节能；蓄热 1 概况 太钢三轧厂原为年产量40万吨的650开坯厂，由于产品结构的调整，1995年经过工艺改造，现己变为年产20万吨高速线材的生产厂，产品以特钢为主1Cr18Ni9Ti、冷墩钢等，有少量的普钢规格为5.516mm。 该厂配有两座推钢式燃油加热炉，设计能力为65t/h，一台生产一台备用。 三轧厂2加热炉自1989年大修以来，到2001年已使用十多年的时间，尤其是在改建高线前，该炉长期超负荷运行，炉底存留的熔融钢液渗漏到基础，对基础和炉墙造成严重的侵蚀，炉墙和炉顶也出现了不同程度的开裂和剥落，炉子的加热段、均热段钢结构变形严重。由此造成该炉的能耗高、加热质量差、氧化烧损严重。2炉的状况己不能适应高速线材生产的要求，为此公司对定三轧厂2加热炉进行节能改造。 2 改造方案 根据当前加热炉燃烧技术发展的现状调查，神雾公司蓄热式高温空气燃烧技术已经比较成熟，在我国一些大型的加热炉上得到了成功的应用，取得了明显的节能效果1。我们决定运用该项技术对2加热炉进行蓄热式改造。2.l加热炉炉体 加热炉炉体基础基本不变，加热炉的砌砖尺寸与原尺寸一致。 加热炉炉墙和炉顶采用整体浇注方式。通过加强绝热，适当减少孔洞，提高气密性等措施，相应地降低炉子外壁温度和散热损失并改善操作环境。 原2加热炉采用三段多点供热方式，炉顶曲线比较复杂。改造后，2炉仍采用三段炉型，加热段、均热段上下四点供热。加热段、均热段炉顶为同一标高的平顶，中间用竖隔墙隔开。炉顶曲线比原炉顶简单而且易施工。 炉底水管采用水平炉底，用两根纵水管，横水管间距为2320mm，管底比控制在0.5以下。同时改进炉底管支撑，采用半热滑轨和高强度浇注料对炉底管实行绝热包扎，以降低水管的热损失。 原2炉的加热能力为65t/h，经公司有关技术人员多次论证，认为该厂自改为高线后年产量均在20万吨以下，如还设计为加热能力65t/h的炉子，该炉将长期处于低负荷状态，不利于节能，所以，决定将该炉的加热能力设计为45t/h，短时间可达到5560t/h。 本次改造仍采用原推钢方式及推钢设备。 三轧厂2号加热炉的技术性能如表1。 表1 2号加热炉的技术性能 名称 单位 改造前数据 改造后计算数据 炉子用途 钢坯轧前加热 钢坯轧前加热 加热钢种 炭素钢及合金钢 炭素钢及合金钢 坯料尺寸 mm 215175（30003550） 215175（30003550） 钢坯入炉温度 常温 常温 钢坯加热温度 12501300 12501300 炉子产量 t/h 65 45 有效炉底强度 kg/m3.h 678 587463 燃料 筑路油 发生炉煤气 燃料发热量 kJ/Nm3 38056（kJ/Kg） 5645 最大燃料消耗量 Nm3/h 2200(kg/h) 9800 GJ/h 83.7 55.3 最大空气消耗量 Nm3/h 26255 11663 最大烟气量 Nm3/h 27540 19405 空气预热温度 450 10001100 烧嘴形式 普通燃油烧嘴 蓄热式烧嘴 炉底管冷却方式 汽化冷却 汽化冷却 可比单耗 kg标煤/t钢 72.878 42 2.2 燃烧系统 本次2号炉改造中，主要是燃烧系统的改造。 采用“北京神雾”开发研制的单预热空气蓄热式烧嘴，由空气蓄热室，煤气喷枪和点火系统组成。煤气不预热。 蓄热室采用蜂窝状陶瓷体砌筑而成，其单位体积的传热能力相当于陶瓷小球蓄热体的2.6倍，蜂窝状蓄热体在气流通过时，其阻力远小于陶瓷小球蓄热体的阻力。 蓄热式燃烧器的工作原理如图1所示。 图1 蓄热式燃烧器的工作原理 从鼓风机出来的常温空气由换向阀切换进入蓄热式烧嘴B后，再经过蓄热式燃烧器B时被加热，在极短的时间内常温空气被加热到接近炉膛温度（一般比炉温低50100），被加热的高温空气进入炉膛后，卷吸炉内周围的烟气形成一股含氧量大大低于21%的稀薄贫氧高温气流，同时往稀薄空气附近注入燃料，燃料在贫氧（220%）状态下实现燃烧；与此同时，炉膛内高温热烟气通过蓄热式烧嘴A，将显热储存在蓄热式烧嘴A内，然后以低于150的低温烟气经过换向阀排出。工作温度不高的换向阀以一定的频率进行切换，使两个蓄热式烧嘴处于蓄热与放热交替工作状态，从而达到节能和降低NOX排放的目的。 每个烧嘴都自带点火系统，在冷炉以及炉温低于800的工况下，点火系统始终处于工作状态。因此，任何情况下开主煤气都能保证点燃，烧嘴工作十分安全。这也为烘炉和冷炉升温提供了极大方便。不需要设置单独的点火烧嘴，既简化了系统操作，又节省了烘炉费用。 蓄热式烧嘴，具有烧嘴和热交换器的双重功能，结构紧凑，安装方便，维修也十分便利，安装方式类似普通烧嘴，炉墙厚度也和通常一样不增加炉体施工和检修的难度。归纳起来，系统使用的蓄热式烧嘴有如下的优点： （1）煤气和空气通道由钢管道分开，没有串气的可能，非常安全可靠。 （2）本方案中，煤气不通过蓄热室预热，无煤气中的焦油等脏物堵塞蜂窝体之虞。 （3）炉墙结构与普通加热炉相同（无须加厚），对筑炉材料、施工、烘炉操作等无特殊要求。 （4）容易实现自动点火，可直接冷炉点火升温，新炉建成后直接烘炉，不用另设烘炉系统。 （5）容易分段供热，各段热负荷调节方便，可以按照加热工艺的需要，灵活调节加热炉温度。同一段中的上部下部烧嘴的供热量也可调节，便于改变上、下热负荷分配。从而减少钢坯上下表面温差。 （6）在炉下侧墙开设扒渣炉门，可及时清理氧化铁皮。这对于炉墙通道式炉子是无法做到的。减少了因炉底氧化铁皮升高引发的停炉打渣。 本方案采用空气蓄热式烧嘴，煤气不预热。负荷按上供热与下供热比例4:6分配，烧嘴只布置在加热段，均热段，预热段不布置烧嘴，44%的烟气量靠预热段钢坯吸热，同时也解决了合金钢800前需要缓慢升温的问题。 各区段烧嘴布置及供热分配如表2所示： 表 2号加热炉供热分配表 参数 区段 烧嘴数量 （个） 单个烧嘴能力 （Nm3/h） 该段总供热能力（Nm3/h） 加热炉总供热能力（Nm3/h） 预热段 0 0 0 10400 加热段 上部 8 300 2400 6400 下部 8 500 4000 均热段 上部 5 300 1500 4000 下部 5 500 2500 2.3燃料供应 三轧厂2炉原使用筑路油作燃料，改造后使用太钢煤气厂提供的冷发生炉煤气，热值为5645kJ/m3。煤气接点位置位于三轧厂加热车间西侧约二十米处，接点管径DN800。 2炉煤气总管由上述接点处由西向东穿过初轧原料厂房，延车间立柱接至1加热炉炉尾处，然后向北接自2炉北侧。 2.4加热炉供风 2加热炉现在和1炉共用同一助燃风机，型号为9-19-14D，风量为32500m3/h，风压15700Pa。改造后，2炉需要空气量为11663m3/h，原风机不再适合新的燃烧系统。 改造后，拟选用一台9-26No.6.3A风机供风，风量：12699m3/h，风压：6000Pa，配套电机Y250M-2，75kW。新风机放置到2加热炉北侧原换热器坑内，烟道改为纵向主烟道。 2.5换向及排烟系统 2炉改造成蓄热式燃烧系统后，采用均热段和加热段两段式控制。设两台四通换向阀，600，500各一台，对加热段和均热段分段控制。换向阀常用的切换周期为30200秒。 约56%的烟气从蓄热式烧嘴排出后，经支管到换向阀，两台换向阀的烟管汇总后进入排烟机，通过排风机由新增钢制烟囱排出厂房。 本次改造排烟风机选型为：Y9-38No.6.3D，风量：19323m3/h，风压：5707Pa，配套电机：Y250M-2，功率：55kW。排烟风机布置在2炉的北侧。 2.6汽化冷却 2炉汽化冷却系统基本仍延用旧有汽化冷却管路。所需要的软水，由太钢管网统一供给。软水箱水位、浮球、标心、指针直读，电接点远传到值班室显示、记录、上下限报警；气包水位自动记录，当液位达到下限时自动停止补水。汽化冷却新增控制点将纳入整个加热炉的控制回路中。 2.7自动化仪表 三轧厂2加热炉大修改造为以发生炉煤气为燃料的蓄热式加热炉。它采用单预热空气方式，分2个供热段、亦即加热段和均热段，预热段不供热。自动化仪表系统由现场仪表、仪表盘和计算机控制系统组成。具有自动换向和调节功能。 3 改造后的运行情况 经过几个月运行，加热炉操作工人普遍反映，该加热炉容易控制，炉压炉温稳定，不粘钢，周围环境整洁。 （1）完全能够满足三轧厂各种品种、各规格的轧制要求。轧制普材时，多次出现小时产量突破设计值45t/h，达到55t/h左右，轧制不锈钢时，炉温可达到1320，钢温达12301250连续出钢。空气预热温度可达到8501150，经换向后排烟温度可达到120140。 （2）钢温均匀，表现在上下表面温差小，表面与中心温度温差小。出钢后翻钢时，不仔细看很难分出“阴阳面”。轧制几道后，钢温无较大降温，轧钢工人也反映2炉烧的钢“透”。经三轧厂技术科现场测试钢表面温差为31.8。 （3）氧化烧损经称重法测试，烧损率仅为1%，比原来的1.6%下降62.5%。 （4）燃料消耗低，从几个月来生产统计数据看，月平均燃料单耗在1.11.3GJ/t，折算成炉子可比单耗可达到40kg/t钢，属于原冶金部特等标准。 （5）电耗降低。原燃油炉子鼓风机为220kW电机（未计算油泵电机容量）。现在鼓风机、引风机电机容量加起来为130kW，装机容量减少。轧钢工序单耗由2001年的平均122kWh/t下降为105kWh/t，工序电耗下降14%。工序电耗降低的原因与加热风机容量降低和坯料加热均匀，轧机电流下降均有关。 4 经济效益 太钢三轧厂2001年钢产量为151491t，年耗筑路油8079t，平均筑路油单耗53.33kg/t钢（主要是该厂1炉的单耗，2炉基本上没开，2炉的单耗为60kg/t）。筑路油对三轧的内部结算为700元/t，焦化厂实际对外市场销售价为1150元/t，因此该厂2001年加热炉实际加热成本为按内部价算37.33元/t钢，按实际市场价算为61.33元/t钢。 从4月7日到现在经初步测算改造后的蓄热式炉煤气实际单耗为1.11.3GJ/t，经观察轧制大规格的普钢时单耗在1.1GJ/t左右，轧制不锈钢或55的普钢时单耗在1.3GJ/t左右。按该炉1.2GJ/t测算，发生炉煤气结算单价为15元/GJ，故加热成本为1.215=18元/t钢，改造前后加热成本的节约价值以内部筑路油价算为19.33元/t钢，以市场价结算为43.33元/t钢，以三轧厂2002年计划产18万t/年减去已生产的三个月产量，按13.5万t/年测算，年实际节约燃料费用为19.33元/t钢13.5万t/年=260万元/年，对公司实际产生的效益为43.33元/t13.5万t/年=584万元/年。 电力消耗由于改造后的2加热炉的总用电负荷为75kW55kW=130kW，而原2炉与现在的l炉共用一台220kW的风机，减少用电负荷220kW-130kW90kW，节约电费为90kW0.3元/kWh24h30d8月=15万元/年。 由于蓄热式加热炉技术具有低氧燃烧的功能，因此可降低氧化烧损，经实测氧化烧损由改造前1.6%下降到1%。该厂的平均坯料价格按2000元/t计算，产量按8个月的产量13.5万吨/年测算，一年仅减少氧化烧损的价值为162万元。 改造后的2加热炉经初步测定仅燃料节约费和加热炉风机耗电节约的费用减少三项8个月可节约26015162=437万元/年。如按焦化对外