蓄热式加热炉有什么优势？——苏能为您详解

   （一）采用蓄热式加热炉的经济效益估算

     分析蓄热式加热炉的经济效益，本文还是以烧高炉煤气的蓄热式加热炉为基础进行估算和分析。

     所谓经济效益可以从三个层面分析:

     一是高炉煤气得到合理利用。钢铁联合企业是把高炉煤气和焦炉煤气混合成热值7500～9200kJ/Nm3的混合煤气，作为轧钢加热炉的主体燃料，全公司根据各煤气用户，进行煤气平衡，如果有过剩的高炉煤气，有条件的企业用作发电燃料，也算没有浪费。更多的企业还是白白放散，既浪费能源又污染环境。现在高炉煤气可作为加热炉的单一燃料，高炉煤气不应再被放散，对一些钢铁联合企业而言，用高炉煤气置换出来的高热值的焦炉煤气，或作化工原料或供城市民用，物尽其用，又为企业增加效益。根据前两年的资料，国内高炉煤气的放散率达9～12%。折算标准煤达250多万吨，放散率降下来，就是节省了能源。

     二是原来烧重油的加热炉改烧高炉煤气后，为企业带来巨大的经济效益。现以年产80万的棒材厂为例，蓄热式加热炉加热炉产量150t/h，烧重油按先进的油耗指标32Kg/t计，年加热钢坯82.5万吨，年燃油总耗量2.64万吨，按重油价格2500元/t计算，加热炉燃油费为6600万元人民币。改烧高炉煤气，加热每吨冷钢坯需400Nm3高炉煤气（热值800×4.18KJ/m3）企业内部作价一立方米高炉煤气7分钱。加热一吨冷坯为28元/t。烧高炉煤气的燃料费为2310万元人民币。这笔经费完全进入企业的经营利润中。这只是企业的内部核算。否则，每年还要向外支出6600万元。因此，其效益是十分可观的。粗略估计，国内已有200座100h/t以上的蓄热式加热炉，按上述数据推算，节能费用可达8亿多元。

    三是从技术上看蓄热式加热炉，可将煤气和助燃空气双预热至仅比炉气温度低100℃左右。排烟温度只有150℃左右。烟气的物理热充分回收。这种热回收方式是常规加热炉采用金属换热器回收烟气物理热不可比拟的。因此，尽管烧的是低热值的高炉煤气，其热耗指标仍不比烧高热值煤气的常规加热炉高。充分显示出蓄热式加热炉技术的先进性。《轧钢工序（加热炉）节约能源规定》中，明确规定加热不同钢种，使用不同燃料，蓄热式加热炉可比热耗数是不同的。烧原油、天然气的炉子Ki=1，改烧高炉煤气Ki=1.4，事实上烧高炉煤气蓄热式炉热耗指标不必烧油高。目前常规加热炉（含步进梁式加热炉）的热效率可达55～59%，而蓄热式加热炉的热效率已达到65～70%，比一般的常规加热炉节能高出5～10%。

     还要特别说明的是，这些为不同轧机匹配的步进梁式加热炉，除了燃烧系统与常规的步进梁式加热炉不同外，钢坯的输送方式与常规炉无异。步进梁式炉配套的上料台架、上料辊道、悬臂进料辊道、推钢机或钢坯装入机，炉底步进机械、水梁、液压系统；出炉悬臂辊道或托出机、炉门升降等以及控制这些设备程序动作的电控系统、物料跟踪系统、信息传输系统都是国内乃至世界上现行的高水平。蓄热式换热技术的燃烧方式，可以省掉高达60～80m高的混凝土烟囱及烟道。随之也就节省加热炉的投资。蓄热式步进梁式炉也采用汽化冷却，既节水又节能，有的厂家正把多座炉子产生的蒸汽联网发电。

   （二）蓄热式余热回收的优点

    1、炉温更加均匀

    由于炉温分布均匀，加热质量大大改善，产品合格率大幅度提高，燃料选择范围更大，适合轻油、重油、天然气、液化石油气等各种燃料，尤其是对低热值的高炉煤气、发生炉煤气具有很好的预热助燃作用，扩展了燃料的应用范围，为低发热量燃料提供了条件。

    2、大幅度节能

    由于烟气经蓄热体后温度降低到150℃以下（特殊情况下可降至70～80℃），将烟气的绝大部分显热传给了助燃空气，蓄热式加热炉做到了烟气余热的“极限回收”，因此，炉子燃料消耗量大幅度降低。对于一般大型加热炉，可节能25%～30%；对于热处理炉，可节能30%～65%。

    3、NOX生成量更低

    采用传统的节能技术，助燃空气预热温度越高，烟气中NOX含量越大；而采用蓄热式高温空气燃烧技术，在助燃空气预热温度高达800℃的情况下，炉内NOX生成量反而大大减少。由于蓄热式燃烧是在相对的低氧状态下弥散燃烧，没有火焰中心，因此，不存在大量生成NOx的条件。烟气中NOx含量低，有利于保护环境。

    4、金属氧化烧损低 
    低氧燃烧的另一个好处是可降低被加热金属的氧化烧损。此外，蓄热式燃烧还可以提高火焰辐射强度，强化辐射传热，提高炉子产量。

    5、施工简单

    建熔铝炉或加热炉，更适合旧型熔铝炉或加热炉的蓄热式技术改造，可保留原炉基础及钢结构不动，在炉两侧或同侧增加蓄热式烧嘴，施工简单，技术先进成熟。项目投资少，节能效益显著，投资回收期短。  首钢中厚板厂2 号加热炉建于1987 年,是首钢设计院参照武钢热轧板步进式加热炉图纸与首钢第三线材厂步进式加热炉图纸设计的,使用的燃料为重油,后改为三段连续式加热炉,平焰烧嘴,燃高焦转混合煤气,设计产量为75 t/ h。

    其主要存在问题有:

   （1）采用管式换热器预热空气,预热空气低于150 ℃,能耗较高,加热炉能耗在66 kg(标煤) / t (钢) ；

   （2）炉体滑轨标高比受料轨道标高高出1143 m ,致使出料时落差大,有噪声；

   （3）加热炉宽度相对窄,只能加热小规格钢坯,同时区域有限；

   （4）炉子使用水冷方式,水资源利用率低；

   （5）推钢作业时感觉炉体有震动现象,可能是支架炉体的钢结构及地脚螺钉经十几年使用于工况条件恶劣情况下可能出现腐蚀变形现象,影响了钢结构本身应有的强度,产生了不稳定因素。

    针对以上问题,并结合首钢中厚板厂实际,对加热炉进行蓄热式燃烧技术、托出机、汽化冷却及滑块等相关技术改造,其中蓄热式燃烧改造主要考虑以下内容:

    1）炉型结构  由原来三段式炉型曲线形式改为平顶式。蓄热式加热炉改造前分预热段、加热一段、加热二段和均热段,改造后分预热段、加热段和均热段三段控制。

    2）烧嘴结构  蓄热式烧嘴是加热炉的关键设备,烧嘴结构设计必须考虑加热炉的整体结构布置、煤气与空气进口位置、进口角度及布置方式等,烧嘴布置由套筒式下面和顶部布置为主改为满足蓄热式燃烧换向要求的上下布置烧嘴。

    3）蓄热方式  蓄热式燃烧改造采用蜂窝体蓄热式。目前国内蓄热式加热炉主要采用球状、蜂窝体两种结构蓄热体,其中蜂窝体与小球相比具有更大的比表面积,与采用陶瓷小球相比换向时间大大缩短,更有利于炉内温度场均匀[2 ,7 ,8 ] 。在气流速度及流通截面积相同的条件下,蜂窝体的压力损失只有小球的1/ 3 ,可以降低风机的动力消耗。

    4）蓄热体材料选择  蓄热体性能要求:蓄热量大、换热速度快、高温下材料的黑度大、结构强度好,可承受巨大温差压强,无脆裂、脱落和变形等,经济、性价比好。目前蓄热体材料主要采用氧化铝、堇青石、莫来石等陶瓷材料。考虑加热炉炉温较高和要求蜂窝体使用寿命较长以及成本要求,主要使用莫来石、堇青石蓄热体。

    5）预热方式  目前,预热方式主要有空气单预热和空煤气双预热方式,根据中厚板厂加热炉改造实际,主要采用空气单预热方式,煤气预热预留。

    6）控制方式  主要采用空气三通阀,对烧嘴实现分散控制。蓄热式加热炉目前控制方式主要有集中控制和分散控制两种,在小球蓄热式加热炉上主要采用四通阀集中控制,为方便单烧嘴控制和调节,本方案主要采用分散控制模式。

    7）其他  降低加热炉标高,以配合托出机改造,炉子加宽892 mm ,满足宽板坯规格需要,水冷改汽化冷却为主,外围空煤气管路也作相应调整,同时增加引风机1 台及相关检测控制仪表。炉体内衬侧墙采用适用于蓄热式炉型的高铝质浇注料现场浇注而成,并采用轻质砖和耐火纤维毡复合绝热,炉顶采用复合预制块吊挂形式。  蓄热式加热炉可实现节能20 % ,降低烟气有害物排放和提高钢坯加热质量，改造后加热炉效率和可比燃耗均有较大改善同时,由于节能减少了加热炉煤气用量,较大降低烟气有害物排放量,同时改造后加热炉生成NOx较少(采用ES - 2000 燃烧效率仪监测烟气成分) 。炉体表面散热损失比改造前下降,加热的钢坯温度，质量有一定提高,汽化冷却节约了加热炉用水取得了良好的经济效益与环境效益。

    首钢京唐1580 热轧300 t/h 蓄热式板坯加热炉项目，提高出炉板坯温度均匀性，有助于提高热轧产品质量。随着1580 轧线的3 座加热炉于2010 年3 月份陆续投产，且至今运行良好。烧嘴出力采用流量控制。除蓄热式烧嘴外，调焰烧嘴也装配了空气和煤气快切阀。蓄热式加热炉系统可以实现如下控制：

   （1）对蓄热式烧嘴，运行人员可以根据具体工况选择集中换向、分组延迟换向和交叉换向工作模式；

   （2）所有侧烧嘴在负荷低的时候均可实现间拔或脉冲控制。

    在低负荷时采用了一种简单实用的间拔控制：如果一个段有4 对烧嘴， 则运行在100%～75%段额定负荷时，4 对烧嘴全部运行；75%～50%，3 对烧嘴运行；50%～25%，2 对烧嘴运行；低于25%,1 对烧嘴运行；低于1 只烧嘴的调节比，烧嘴全关。根据各段烧嘴数量以此类推。间拔的烧嘴可任意选择，也可置于自动轮换间拔模式以使全段的温度均匀。蓄热式加热炉运行已近一年，各运行参数均比较理想，炉温均匀性和出炉板坯温度均匀性很好，二级的计算温度比较准确。