冶金加热炉节能途径浅析

212 编辑：中冶有色技术网来源：谢宏皓卢超

2024-03-08 13:52:48

摘要：文章简述了冶金加热炉节能技术的开发和应用。从能源节约角度分析，研究影响加热炉效率的主要因素，对加热炉节能途径进行探讨。

关键词：加热炉,能源节约,热效率

1 概述

当前，我国经济社会发展面临着资源环境的约束日益严重，为贯彻落实“十二五规划《纲要》，推动重点用能单位加强节能工作，强化节能管理，提高能源利用效率，2012年国家发展改革委联合工业和信息化部等十一部委制定了《万家企业节能低碳行动实施方案》，下达了万家企业“十二五节能指标任务，并于同年开始对万家企业进行年度节能考核。冶金行业，尤其是热轧和锻造企业是能源消耗大户，也是万家企業节能低碳行动的重点监测单位。

轧钢、锻造工序是钢铁生产总的重要耗能环节，也是钢铁材料生产能源消耗的主要工序之一。在轧钢加工费用中，能源消耗占65%～70%，其中耗能最大且节能潜力最大的是坯料加热工序。随着国家对节能环保工作的进一步强化和工艺设备的更新，在科学操作，科学管理和满足轧制或锻造工艺所需坯料温度的前提下，因炉制宜地应用先进的节能新技术对加热炉进行技术改造，提高热效率是降低工序能耗，减少污染物排放，降低产品成本的重要途径。

本文通过对影响加热炉热效率主要因素分析，对加热炉节能途径进行了探讨。

2 影响加热炉热效率的主要因素

在冶金工业中，加热炉习惯上是指把金属加热到轧制或锻造温度的工业炉，包括有连续加热炉和室式加热炉等。加热炉长期运行过程中，由于各种原因导致加热能力下降、坯料产生阴阳面温差、炉体结构受损等问题，严重影响加热炉热效率，甚至影响到企业的正常生产。主要影响因素有以下三个方面：

2.1 炉体结构

加热炉结构主要由炉体和燃烧器两部分组成。加热炉炉体结构设计是否合理、燃烧器性能的优劣以及燃烧器与炉体的合理匹配，对加热炉加热效率有较大的影响。同时，随着工艺设备更新和环保要求的提高，天然气成为冶金加热炉的主要燃料。不同炉膛结构以及对燃料、烧嘴、炉体保温材料的选择都会不同程度的影响加热炉的加热效率。

2.2 过剩空气系数

燃料需要有一定量的空气存在才能燃烧，只有保持一定的负压，炉内压力比炉外压力低一些，才能使炉外空气进入炉内，若炉内负压很小时，炉内吸入的空气量就很小，燃料燃烧不完全，炉热效率下降，烟囱冒黑烟，炉膛不明亮，甚至往外喷火，会打乱系统的操作。负压过大，烟气中过剩空气量增加，所以带走的热量增加，降低炉子的热效率，同时还会造成炉管的氧化加剧。

2.3 余热回收利用

加热炉热量的收入和支出是相等的，减少热量的支出，就可以减少供入的热量。加热炉的热支出项包括钢坯有效吸热、冷却水热损失、炉体散热损失、门孔辐射热损失、向炉外逸气热损失、燃料不完全燃烧损失等。在热支出项目中，通常钢坯有效吸热占35%～45%、冷却水热损失占7%～20%、出炉烟气热损失占30%～40%，这三项是最主要的热支出项。钢坯有效吸热是一定的，而且在钢坯装出炉温度一定的条件下是不能改变的。加热炉节能的重点是更充分地回收烟气余热，为了有效地利用废气热量，大多加热炉在烟道内安装预热空气和煤气的换热器，或安装余热锅炉以回收余热，余热回收效率成为加热炉节能的关键。

3 加热炉节能

3.1 加热炉节能基本思路

加热炉操作是通过将坯料加热到加工温度完成工艺过程。其节能的本质就是提高加热炉效能，减少热量损失，提高能源综合利用效率以达到减少能源消耗的目的。因此，加热炉节能的基本思路是：

（1）所实施的加热工艺是否达到加热目的且又是能源消耗最小的工艺。

（2）施加于坯料的加热设备是否是具有高热效率

（3）实施加热工艺及加热设备的操作是否造成额外的热能损失。

（4）是否有效的组织和管理生产，最有效的利用生产设备，减少设备工时和非工时的能源消耗。

由此可见加热炉的节能管理贯穿在加热生产的各个环节，节能要依靠装备升级、工艺升级和管理升级而实现。

3.2 加热炉节能途径

3.2.1 炉体节能。在原炉体结构不变的情况下，延长炉底有效长度，增加有效加热面积。通过大量现场生产数据，对预热段、加热段和均热段长度及炉膛高度等尺寸进行科学合理调整，提高加热炉有效作业率。如某中板厂通过对预热段炉膛高度的适当降低和增加挡火墙，减少能源消耗近5%。合理选择、布局炉底水管及立柱管径，并对强度和刚度效验。采用高效燃烧设备使燃料充分燃烧，如以煤气为燃料的加热炉采用全热风旋风式平焰烧嘴和调焰烧嘴。选用高温强辐射的炉体耐火保温材料，提高辐射系数，强化传热。

3.2.2 加热炉管理节能。过剩空气系数对加热炉热效率影响很大，实际上不可能在理论空气量下完全燃烧，在轧制和锻造生产中，一般通过过剩空气系数调节，达到最佳加热效果和尽可能减少坯料氧化。在实际操作中，通过控制烟道挡板，手动风门和鼓引风机蝶阀等措施综合调节，对烟气中的氧含量在线测量，一般控制在2-4%左右。同时，操作人员不能过分依赖直接数字控制（DDC）和监督控制（SCC）两级计算机控制系统，要勤于对炉子运行情况进行目测观察，查漏堵漏，减少能源消耗和浪费。

3.2.3 提高余热回收装置效率。加热炉的废热利用的潜力很大。从炉中排出的废气温度比炉子指示温度至少要高50℃。最后排出的废气温度愈高，炉子的热损失愈大。燃烧过程需要大量空气，利用燃料废气热量来预热空气是加热炉的最大节能措施。在轧钢加热炉炉后烟道里装设换热器以预热助燃空气，是回收废气热量的常用方法。一般助燃空气每预热100℃，加热炉可以节能5%～6%，比如空气预热300℃可以节能15%～18%。换热器是回收烟气余热的一种高效节能设备。轧钢加热炉采用烟气余热换热器，可将烟气中余热的60%～70%进行回收利用，缩短加热时间，节约燃料消耗20%～30%，提高炉子产量15%～30%。

3.2.4 检修、技改节能。充分利用检修机会，加大对加热炉设备的检修和改造力度，通过节能新产品替换，修复损坏的设备和附件。修补炉墙孔洞及裂纹。对炉管材料升级、对流段炉管的清洗等，让加热炉处于良好状态，对加热炉效率有明显的提高。

3.2.5 科学的生产管理。对不同钢种、不同大小的坯料推行节能加热新工艺，对各段加热工艺曲线进行优化。有条件的情况下，实行热装热送。生产计划的编排要科学合理，减少待温时间。

4 结束语

通过分析影响冶金加热炉运行效率的主要因素，结合大量加热炉节能技术应用实践，本文所述加热炉节能途径在冶金行业的综合应用，将大幅度降低能源消耗，提高加热炉运行效率和综合节能效率，具有显著的经济效益和社会效益。

参考文献

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[2]王永强,陈连生,李娜,王涛.蓄热式轧钢加热炉的发展及其优缺点[J].河北理工大学学报（自然科学版），2009（3）.

[3]滕均成.蓄热式轧钢加热炉的改进[J].冶金动力，2010（2）.

[4]冯钧,张猛.轧钢加热炉节能降耗的综合措施[J].山西冶金，2011（1）.

作者简介：谢宏皓（1980，10-），男，汉族，陕西省宝鸡市人，就职于西安市节能评审中心，大学本科学历，主要从事机械、冶金、建筑、节能环保等领域的固定资产投资项目可行性研究和节能报告的编制以及审查工作。

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