加热炉余热综合利用技术及应用

加热炉余热综合利用技术及应用

黄康丰王东武志林

深圳市能源环保有限公司广东省深圳市518105

摘要：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。2014年，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；余热；综合利用技术；应用

1加热炉余热综合利用技术方案的选择

方案一: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。

方案二: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。从表面上看，方案一能将烟气余热极限回收，蒸汽产量会更大。但方案一需择地设置余热锅炉，需占地400m2，需设置庞大的进出口烟道，沿程温降很大。为了不影响炉子的压力调节性能和检修时的安全要求，需设置大口径的电动调节阀门和电动盲板阀;该厂烟气的硫化物浓度高，超过2000mg/m3，酸露点温度较高，对排烟管道的腐蚀严重;增加了排烟风机，用电负荷增加，因为产生的蒸汽是用于发电，而饱和蒸汽的发电效率并不高，增加省煤器产生的蒸汽不足以弥补风机的电能消耗。而采用方案二，改造可节省投资1500万以上，改造工期短，设备布置更紧凑，运行费用更低，设备使用寿命更长，投资回报期短，回报率更高。

2加热炉汽化冷却系统改造

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。

2.3设置循环流量控制装置

在每一冷却回路给水管上均设置调节装置，调节每一回路循环流量。运行中，当某一回路的循环流量低于设定值时，通过调整流量调节装置，使该回路的流量恢复正常。在步进梁和固定梁的进水总管上也分别装有流量测量装置，用于核对各支管流量的测量准确性，确保运行中对各冷却回路的流量监控。

2.4设置备用旋转接头组

在与运动的步进梁连接的进水联箱、出水联箱和步进梁固定联箱之间，设置备用旋转接头组。当某一套旋转接头泄漏时，这套旋转接头可通过它两侧的切断阀与系统隔离并及时修理，备用旋转接头组仍然可以保证系统正常工作。备用旋转接接组的设置可使旋转接头的维修在不停炉的条件下进行。

2.5设置备用电动循环泵

备用一台电动循环泵，当运行的电动循环泵故障停机时，备用电动循环水泵自动投入运行，保证系统正常工作。

2.6设置柴油机循环水泵

当全厂事故停电时，炉内钢坯与炉墙的蓄热量很大，支撑梁和立柱仍需要冷却。因此，加热炉的汽化冷却系统设有柴油机带动的循环水泵，可以在停电的很短时间内自动启动，保证水循环正常运行，从而使炉子的支撑梁及其立柱不被烧坏。

2.7其它安全措施

汽包有较大的水容积，当全厂停电或给水系统故障时，汽包的储水可以提供处理事故的足够水量。设置柴油机给水泵作为电动给水泵的事故备用泵，当全厂停电时，可以用水泵向汽包供水。柴油机给水泵可以吸取除氧水箱的水，亦可吸取软化水箱的水。设置二路软化水，正常生产时，汽化冷却所用的软化水由低压蒸汽发电站冷凝水提供;当电站供水出现故障时，由自产软水站提供软水，并实现无扰自动切换。采用较大容积的除氧水箱和软水箱。在软水供应出现故障时，能够提供系统处理故障的条件。

3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℃。

3.3蒸发器和过热器的布置

新增余热锅炉一般布置在加热炉尾部烟道内，位于空气预热器后，烟道闸板之前。这段烟道长度较短，不能布置过多的受热面，因而不能使烟气温度降低太多。加热炉烟道余热锅炉的排烟温度主要受到烟囱抽力和腐蚀温度这两方面的限制。由于烟气与水的换热，受热面的管壁温度取决于管内流动的介质温度(即水的温度)，因此，受热面内的介质温度不应低于230℃，故而，该项目的烟气余热回收装置，只能采用过热器+蒸发器的组合形式，而不宜再设置省煤器。

4结论

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。

参考文献

[1]刘新建.工业锅炉烟气余热综合利用技术的应用[J].价值工程,2013,16:317-318.

[2]贾国珍.轧钢加热炉余热资源的回收与利用[D].东北大学,2009.