摘要：依据热平衡计算分析和工程应用分析，对加热炉余热资源回收利用技术进行了全面的概括和对比分析。钢铁企业有丰富的余热资源，余热资源的回收及利用不仅能有效降低企业的碳排放，而且能产生巨大的效益。轧钢加热炉的余热有烟气余热、水冷系统余热等，占加热炉燃耗的50%左右。某轧钢厂加热炉通过实施汽化冷却和烟气余热综合利用改造，实现了加热炉余热资源的高效利用，获得了良好的经济效益和社会效益。
关键词：加热炉；综合余热利用；烟气余热；汽化冷却
引言
钢铁企业有丰富的余热资源，余热资源的回收及利用不仅能有效降低企业的碳排放，而且能产生巨大的经济效益。轧钢加热炉是轧钢工序的主要耗能设备，加热炉燃耗占轧钢工序能耗的80%左右，冷却水带走的热量和烟气带走的热量占加热炉燃耗的50%左右。采取合理可靠的余热回收技术，回收加热炉的烟气余热和水梁等冷却构件余热，可有效降低轧钢工序能耗。
1加热炉余热综合利用技术方案的选择
从方案设计、设备选型、设备利旧等诸多方面进行了详细而充分的技术交流，形成了两种技术方案。
1.1加热炉水梁进行汽化冷却改造
水梁、立柱及耐热垫块不利旧，双管立柱重新布置，循环回路由8个改为10个；采用外置烟道，从空气预热器后将高温烟气引出，在加热炉旁的空地上设置余热锅炉，烟气通过余热锅炉后通过引风机经原加热炉烟囱排出。余热锅炉设省煤器、蒸发器和过热器，排烟温度降至150℃。烟气余热系统和汽化冷却系统共用一套除氧给水系统，除氧蒸汽从外部低压管网引入。从汽化冷却系统汽包分离出来的饱和蒸汽和余热锅炉产生的饱和蒸汽合并进入余热锅炉过热器，并入蒸汽主管网送低压蒸汽电站发电。
1.2加热炉水梁进行汽化冷却改造
立柱、耐热垫块全部利旧，纵水梁部分利旧，立柱内部芯管全部更换，立柱与纵水梁连接部位改为三通，立柱底部改成端封结构。烟气余热利用改造采用蒸发器+过热器内置式。蒸发器产生的汽水混合物与汽化冷却产生的汽水混合物分别进入共用的汽包，在汽包中完成汽水分离。饱和蒸汽从汽包进入烟道内设置的过热器。汽化冷却系统和烟气余热回收系统共用给水除氧系统、循环泵和汽包。除氧用蒸汽采用加热炉自产饱和蒸汽。
2加热炉汽化冷却系统改造
本着安全、可靠为主要设计原则，采用了以下措施：
2.1采用强制循环汽化冷却
步进梁式加热炉采用汽化冷却技术冷却支撑梁及其立柱，由于加热炉结构的限制，只能采用强制循环汽化冷却。尽管强制循环比自然循环多消耗循环动能，但它比自然循环有更高的冷却可靠性和安全性。
2.2高循环倍率
系统采用较高的循环倍率也就是降低循环管路中的汽化率，提高冷却构件中的循环流速，从而避免汽水分层现象，保证水梁有较好的冷却效果。
3加热炉烟气余热利用改造
3.1排烟温度及烟气侧阻力损失的确定该厂加热炉为上排烟
烟囱采用钢结构烟囱形式，烟囱布置在烟囱跨的炉子烟道钢平台上。受烟囱横向风振荷载的影响，烟囱的高度只能达到56m，烟囱的抽力受到了限制，因此必须保证一定的排烟温度，才能满足炉子的排烟要求。加热炉采用自然排烟方式，烟气依靠烟囱产生的抽力排入大气。烟囱抽力一方面来自烟囱自身高度，烟囱高则抽力大；另一方面来自烟囱底部烟气温度，烟气温度高则烟囱抽力大。要在烟道内增加余热锅炉受热面，也就增加了烟道内烟气的阻力。这个“阻力”需要烟囱的“抽力”予以克服才能顺利排烟。因此，烟囱抽力决定了余热锅炉的排烟温度不能太低，否则无法自然排烟。根据烟道系统排烟阻力计算，烟道侧阻力损失必须小于65Pa，排烟温度不低于260℃。
3.2排烟温度应考虑酸露点腐蚀问题
烟气中含硫，低温下与水分结合会生成H2SO4，对烟道及金属烟囱内的金属部件形成酸性腐蚀。一般为避开低温腐蚀，受热面管壁温度会高于烟气温度30～60℃。另外，该厂提供的燃料资料，加热炉的燃料为混合煤气，煤气中H2S含量约为1200mg/m3。经计算，确定烟气的硫酸露点约为170℃。因此，为保证布置余热锅炉受热面的使用寿命，减少或降低酸腐蚀造成的损害，其通过受热面排出的烟气温度不应低于230℃。
4公辅系统配套改造
4.1软水的接入
为了保证软水供应的安全，配置2路软水。一路从该厂炼钢转炉OG系统的软水站接入，一路从低压饱和蒸汽余热电站冷凝水泵站接入。正常情况下利用电站复水，该厂自产软水作为备用。以除氧器液位作为连锁条件，实现软水的自动无扰切换。
4.2净环水系统的改造
加热炉改汽化冷却后，净环水耗量大为减少，只有液压站、风机和辊道使用净环水，净环水用量从2400m3/h减少到260m3/h。原净环水系统配有4台220kW，1200m3/h的净环水泵。原有的水泵额定流量远超过需求量。因此，将加热炉净环水泵停用，从轧机净环水系统取水，将加热炉净环水和轧机净环水进行连通改造。
5改造后的技术经济指标及效益分析
按照改造计划，1号加热炉汽化冷却及烟气余热利用改造工程于2014年2月15日开工，2014年4月8日点火烘炉，4月15日，第一座加热炉投入生产。随着热装水平的不断提高，单炉生产便能满足轧机的要求，因此改造后只采用单炉生产的模式，改造前和改造后实际运行参数如表2所示。
改造工程采用总承包交钥匙方式，两座加热炉的投资额为1539万元。蒸汽价格按105元/t计算，年作业率为90%，蒸汽的产值为1241.73万元；用水量从原来的2400m3/h降低到目前的260m3/h，用水量大大降低；停用了加热炉的净环水系统，每年节约电费289万元；汽化冷却及烟气余热系统的维护量少，运行稳定性高，投资回收期不足2年，具有可观的经济效益。
结束语
对现有的轧钢加热炉进行汽化冷却及烟气余热利用改造，应充分满足炉子的产量、质量和长寿命的要求。该厂加热炉的汽化冷却及余热利用改造取得了较好的经济效益，为后续加热炉的改造提供了良好的借鉴。
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论文作者:韦岭南,李国涛,刘永强
论文发表刊物:《基层建设》2017年第28期
论文发表时间:2017/12/29
标签：加热炉论文; 余热论文; 烟气论文; 烟囱论文; 系统论文; 蒸汽论文; 排烟论文; 《基层建设》2017年第28期论文;