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高效蓄热式燃油加热炉在东钢的应用 |
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作者：北京神雾热能技术 许礼干 王汝芳 王东方 |
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摘要：本文通过介绍东钢轧钢厂蓄热式燃油加热炉的应用效果及特点等情况，表明高效蓄热式燃烧技术应用在燃油加热炉上也是一项高效、节能和环保的先进技术。
关键词：蓄热 燃油加热炉 节能 环保
1.前言
东方钢铁有限公司轧钢厂有加热炉2座，其中2#加热炉为端进端出连续推钢式加热炉，有效长度32.422m,有效宽度3.48m，燃料结构主要为自产的焦化焦油和煤气发生炉副产焦油或外购的重油，同时也掺烧少量的高炉煤气（通常4000~5000Nm3/h，最大6000 Nm3/h），设计生产能力为50t/h，坯料为180´220´3000方坯。
改造前，该厂为了提高产量，采用强化加热，使该炉实际生产能力达65t/h以上，因而必然造成燃料消耗偏高，即使在热装温度400℃的情况下也达1.8GJ/t 以上(焦油35kg/t，高炉煤气100m3/t)。另外，由于用渣油作燃料，也使得炉内加热存在局部高温区，钢坯在高温区氧化严重，氧化渣生成量非常大，一般生产两个月就不得不停炉清渣。同时由于存在局部高温区，加热工操作稍有不慎就会造成烧粘钢。还有，渣油燃烧效果不好极易产生冒黑烟，特别是每次冷炉升温时更是黑烟滚滚，对环境造成极大污染。更重要的是，近年来燃料油价格一直居高不下（重油价格在1700元/吨左右，焦油价格也在900元/吨左右），这样必然使生产成本难以降低，影响经济效益的提高。
东钢根据生产和燃料结构的需求，认为应该采用现在正在大力推广且已经成熟的蓄热式燃烧技术对现有的2#加热炉进行改造，力求提高产量，降低燃油消耗，尽最大可能减少外购焦油和重油量，降低生产成本，同时也减少对大气的污染。但蓄热式燃烧技术用在燃油轧钢加热炉上，国内没有先例。北京神雾热能技术有限公司结合多年的渣油燃烧和蓄热式燃烧技术的研究成果和生产经验，经过认真分析研究，反复论证，并且作了大量的试烧试验，得出蓄热式燃烧技术用在燃油轧钢加热炉上是可行的，既而成功开发出燃油蓄热式烧嘴和燃油换向控制系统。东钢有关领导和技术人员经过实地考察和对该项技术的认真分析和对比评价后，决定采用北京神雾公司的这项技术产品对2#加热炉实施改造。该项目经公司论证后立项，于2002年3月15日动工，2002年5月28日开始生产调试，经过十多天的调试运行，于6月18日正式投产。
2.加热炉改造方案的确定
2.1烧嘴蓄热式燃烧系统的主要特点
高效蓄热式燃烧/热回收系统由蓄热体、换向系统和控制系统组成，其工作原理已经在很多资料中都有详细介绍，本文就不作叙述了。
北京神雾公司开发的各类空、煤气蓄热式烧嘴已在全国很多加热炉上成功应用。这种烧嘴由烧嘴壳体、蓄热室和烧嘴砖共同组成。蓄热室放置经优化设计的陶瓷蜂窝状蓄热体或陶瓷小球，它具有优良的传热特性和阻力特性。燃油蓄热式烧嘴的烧嘴结构和工作原理与燃气蓄热式烧嘴基本相同。
燃油、燃气蓄热式烧嘴在加热炉上使用，具有如下特点：
（1）蓄热式烧嘴的结构形式类似普通烧嘴，能直接安装在炉墙上，安装维护方便。炉墙为通常的厚度。
（2）烧嘴设计结构合理，蓄热体装卸都很方便，易于维护和蓄热体更换。
（3）可对单个烧嘴进行在线维护，降低了故障风险。
（4）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。
（5）炉墙两侧留有便于检修的检修门和扒渣门，可及时清理氧化铁皮。减少了因炉底氧化铁皮升高引发的停炉打渣。
（6）炉墙不加厚，耐火材料用量少，炉墙既可以砌砖，也可以浇注，炉墙施工简单方便，烘炉时间短，炉子升、降温速度快，可缩短检修停炉时间。
2.2加热炉改造方案的确定
2.1.1加热炉炉体部分改造
本次加热炉改造，由于坯料长度加大约500 mm，所以原有炉体仅保留炉尾烟道部分的基础、钢结构和炉墙，其它部分均予以拆除重建。
原2＃加热炉采用多点供热方式，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。
2.1.2燃料供应
本次改造的主要内容是燃烧系统的改造，经多次计算论证，确定均热段采用空、煤气双蓄热燃烧技术，燃用仅有的少量高炉煤气（通常4000～5000Nm3/h，最大6000 Nm3/h），可以满足钢坯均热需要；而加热段采用空气单蓄热燃烧技术，燃用渣油。这样供热方案主要是基于如下几点考虑：
（1）均热段全烧高炉煤气，加热段全烧渣油，便于烧嘴集中布置、维护和控制；
（2）均热段全烧高炉煤气，避免了在均热段由于用渣油作燃料而产生的局部高温区，从而避免了钢坯在高温区、段的氧化烧损，同时也避免了由于燃用渣油不易调节、加热工操作不慎而造成的烧粘钢现象。
（3）将煤气和渣油分段供应，可以实现该炉点火或升温时先开煤气烧嘴，待炉温升到一定温度后再开渣油烧嘴，从而避免燃油烧嘴普遍存在的冷炉升温便黑烟滚滚的现象。
各区段烧嘴布置及供热分配如下表：2#加热炉供热分配表
 3.改造后的运行情况及效果
东钢轧钢厂2＃加热炉改造后，于6月18日正式投产，从几个月的运行情况看，基本达到了该炉改造的预期目标。
（1）均热段全烧仅有的少量高炉煤气，完全满足了均热段炉温在1250℃左右的要求，达到了设计的预期要求。
（2）满足生产产量要求。轧制冷钢时，小时产量达到设计值70t/h，轧制热钢时，小时产量可达到100t/h以上。
（3）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，“阴阳面”不明显，轧制几道后，钢温无较大降温，轧钢工人普遍反应该炉烧的钢“透”。8月份验收时，测试钢表面温差为32℃。
（4）氧化烧损也明显减少，过去一般两个月就因炉底升高而必须停炉打渣，现在已正常生产三个月年，均、加热段炉底升高均不足200mm，经验收测试，烧损率仅为1.1%，比原来的1.6%下降了40%。
（5）燃料消耗低，从8月份生产统计数据（验收）来看，燃料单耗（冷坯）在1.31GJ/t，属于原冶金部特等炉标准。全月平均燃料单耗为：焦油22kg/t、高炉煤气80Nm3/t，折合燃料单耗在1.10GJ/t左右。
（6）均热段高炉煤气充分燃烧，火焰均匀，无明显过高温度区，钢坯加热均匀，投产后从未发生原加热炉经常发生的粘钢事故，提高了作业率。
（7）空气、煤气以及渣油换向控制系统运行良好，可靠。
经过3个月运行，加热炉操作工人普遍反应，该加热炉炉温、炉压容易控制，不粘钢，也不四处冒火，黑烟也明显减少，特别是很少出现冷炉点火或轧机故障停炉后再升温时常有的浓烟滚滚现象。
当然，将蓄热式燃烧技术应用于燃油轧钢加热炉毕竟是第一次，改造之前，我们虽然在烧嘴结构、燃油换向控制系统及燃烧系统控制等方面做了很多的分析研究和试验工作，也对其在燃烧过程中可能出现的问题（如油枪结焦）做了充分细致的考虑，但将其真正应用于生产实践，也还是出现了一些这样或那样的问题，如初选的蜂窝体容易堵塞、蒸汽不足时油枪易结焦等，但这些问题都不是蓄热式燃油系统和技术本身问题，更不是什么致命问题，而是在生产中通过不断调整、摸索和不断总结经验就可以解决的问题。如北京神雾公司对油枪结构进行调整；轧钢厂也加强了渣油过滤，通过制定规章制度来保证油压、蒸汽压力稳定等具体措施。目前，油枪结焦频率基本等同于过去普通烧嘴，蓄热体堵塞现象也有明显改善。
本项目实施后所创造的效益具有巨大的综合性，多项国内先进节能技术的综合运用，不仅可为公司带来可观的直接经济效益，而且在环保方面也可有效地减少烟气对大气的污染程度，大大改善人们的生活和工作环境，促进文明生产的发展。其中的主要经济效益有：改造后2号加热炉的技术性能表如下：
 4.1节约燃油的经济效益
原有加热炉的单耗为1.8GJ/t（焦油35Kg/t＋高炉煤气100Nm3/t），改为蓄热式加热炉后，从6月18日正式投产到现在经初步测试实际平均单耗为1.1GJ/t（焦油22Kg/t＋高炉煤气80Nm3/t）。改造后比改造前降低单耗0.70GJ/t，且节约的燃料全部为焦油或重油，则每年节约的燃料费用也就是节约的燃油费用，测算如下：
原吨钢油耗为35Kg/t，改造后的油耗为22.0Kg/t，按轧钢厂今年计划加热钢坯50万吨，焦油内部价格以880/吨计算，每年节约的焦油费用为：
（35.0-22.0）×880元/吨×50万吨＝572.0（万元）
4.2减少钢坯氧化烧损增加的效益
由于蓄热式燃烧技术的应用，空、煤气均预热至1000°C左右，可以降低空气过剩系数。煤气、焦油分段供热、控制可以灵活调节和控制炉内气氛，炉温均匀，克服了传统炉局部温度过高的弊病，可减少氧化烧损。原加热炉的氧化烧损率约为1.6%，改造后经初步测试实际为1.1%左右，即氧化烧损率减小0.5%。
加热炉年加热钢坯量按今年计划产量50万吨计，年减少损失钢坯量约为：
500000吨×0.5%＝2500吨
钢材价格按每吨2000元计，则每年减少氧化烧损所得的效益为：
2500吨×0.2万元/吨＝500万元
4.3 改造后年效益
改造后的2＃加热炉经初步测定仅燃料节约费和减少氧化烧损所得的效益两项，年可节约费用约572＋500＝1072（万元）。
4.4间接效益：
（1）炉子加热能力的提高使产量提高产生的经济效益。
（2）蓄热式燃烧是一种先进的弥散式燃烧方式，炉温均匀，减少钢坯上、下表面温差，以及表面与内部温差。提高加热质量，从而可以提高产品质量。
（3）环保上，由于燃油仅用于加热段，空气可预热到1000°C左右，可以确保烟囱不冒黑烟，CO2排放量很低，NOX也达到了国家标准，具有良好的社会效益。
5.结论
东钢轧钢厂燃油加热炉节能改造采用蓄热式高温空气燃烧技术是成功的，从该炉目前的运行状况看，达到了原设计中要求的各项指标，节约燃油可达到30%以上。(end)
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(11/23/2004) |
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