軋鋼工序中退火爐與加熱爐煙氣余熱回收技術
發布時間：2021-09-14
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軋鋼工序中典型的用能設備為爐窯。爐窯煙氣余熱除了少量用于預熱空氣和燃氣外，其攜帶的大量余熱資源未被充分回收利用，且不同爐窯排煙溫度也不盡相同，通常在250-700℃之間直接排人大氣，造成能源浪費。本文重點講述了軋鋼爐窯復雜煙氣余熱資源回收技術。
1、基本原理
軋鋼爐窯的余熱利用技術主要通過余熱換熱來實現，高溫煙氣余熱被引至余熱系統，與常溫水換熱后溫度降低，通過風機引出，排人煙囪，常溫水被加熱至所需蒸汽參數并入高溫管網利用。
2、工藝流程
（1）余熱換熱工藝：
根據軋鋼生產線余熱特點煙氣的成分、溫度和煙氣量選擇合適的余熱鍋爐系統。高溫煙氣進入余熱鍋爐，經過換熱溫度降低，同時常溫水通過省煤器、蒸發器、過熱器加熱為所需過熱蒸汽。
冷軋退火爐煙氣溫度較高、煙氣量較小，考慮其特點，采用熱管與水管相結合的余熱回收利用方式;
其裝置結構為：冷軋退火爐余熱回收鍋爐裝置安裝于冷軋退火爐的旁通煙道上。它由模塊式翅片管束式換熱器（包括蒸發器和省煤器）、一臺汽包、相應的旁通連接煙道、管路、控制儀表和框架、平臺扶梯組成。模塊式翅片管束換熱器由主集箱、分集箱、翅片管管束、上升管、下降管、水連通道、連通管道、排污管道等主要構件組成。在集箱內安裝多塊隔板，將換熱器分隔成蒸發器受熱面和省煤器受熱面。蒸發器受熱面與汽包之間由下降管和上升管相通，組成自然循環。省煤器管束部分的集箱內安裝多塊隔板，將省煤器管束分隔成多組，每組內由多組管束和下降管組成的水系統成一個自然循環系統，而水的主流向與煙氣成逆向流動，受熱后的水直接進汽包。汽包的水位經水位控制器控制，由給水泵供給。
在冷軋退火爐的主煙道和旁通煙道上，分別設置閘板閥，閘板閥由電動執行器控制。
在余熱回收鍋爐裝置上，為保證安全運行，設有多重安全保護附件：壓力表、水位表和水位控制器控制汽包水位和給水；安全閥保證設備安全運行；排污閥定期排污，保證泡包內的水質合格；溫度表顯示煙氣進出口溫度，便于操作控制。原有系統的微壓控制器控制引風機的變頻器，保證退火爐在正常工況下運行。
采用余熱鍋爐回收冷軋退火爐余熱效果最好，工作穩定，效率較高，熱回收率也較高，其終產品（蒸汽）容易實現全廠區域的生產調度平衡。當生產線的蒸汽消耗量低于系統產生量時，富裕的蒸汽將補充到車間蒸汽管網中，因此不存在產能高造成熱回收不充分的問題。余熱鍋爐的生產能力隨著退火爐處理能力的降低而降低。采用余熱鍋爐回收系統，熱能回收率可以達到14%。
軋鋼加熱爐考慮煙氣含塵量較少、煙氣量和煙氣溫度變化較大等特點，設計與之相匹配的水管鍋爐及熱管蒸發器，滿足煙氣負荷變化。
軋鋼加熱爐是軋鋼生產工序的能源消耗大戶，占整個軋鋼工序消耗的80%，高溫煙氣帶走的熱量占加熱爐供熱負荷的20——50%。
出爐溫度為750℃—820℃的煙氣經過空預器、煤氣預熱器、蒸汽過熱器后，到煙囪底部的溫度已降至250℃—280℃，通過加裝熱管蒸發器，這部分煙氣的余熱還可以進一步加以回收利用。
采用熱管蒸發器產生蒸汽。為了不影響加熱爐的正常生產，我們在主煙道附近設一個旁通煙道來放置熱管余熱蒸發器，通過排煙風機將煙氣從煙道閘板后的主煙道引出，利用煙氣余熱產生飽和蒸汽，供生產或生活使用。利用熱管余熱蒸發器，一般可將煙氣溫度從250℃降到150℃左右。
（2）煙氣系統工藝
煙氣系統工藝流程如圖1。軋鋼生產線的廢氣改造前從煙道至煙囪直接排出，為回收余熱，在軋鋼生產線煙道的調節閥后引出余熱系統的進口煙道，煙氣在余熱系統換熱后經新增風機后通過余熱系統出口煙道引入原煙道或煙囪。主要工5藝流程余熱系統煙道閥門2、3打開，風機啟動，關閉閥門1，此時煙氣流向為爐窯→閥門2→余熱換熱系統5→風機6→閥門3→煙囪;當系統切出時閥門1打開，閥門2，3關閉，煙氣按改造前流動方向。
（3）控制系統
除上述煙氣控制系統外，還有汽水控制系統。汽水系統引至管網→純水箱→經純水泵除氧器→經給水泵鍋爐省煤器→鍋爐蒸發器→鍋爐過熱器→并入管網→至用戶使用
3、關鍵技術
1)不同煙氣余熱資源余熱鍋爐定制技術。針對不同爐窯煙氣余熱，重點分析燃料種類、流量變化、溫度波動、爐壓要求、空間位置受限等因素，定制合適的余熱鍋爐類型、出力、蒸汽壓力及溫度等關鍵工藝參數。確保煙氣余熱回收系統的影響在軋鋼生產線要求的壓力波動范圍內，產生的蒸汽并入用戶蒸汽管網。
2)與軋鋼主體工藝耦合的控制系統技術。增加變頻引風機，克服余熱鍋爐的阻力，引用原生產工藝的爐壓信號和原調節閥的開度信號通過風機的變頻進行控制，使爐壓控制在一定范圍內，不影響軋鋼生產工藝，同時采用風機變頻技術減少電耗。
3)具有“一鍵啟動”等自動控制技術。煙氣余熱回收系統自動化程度較高，比如“一鍵啟動”、汽包水位自動控制、爐水水質自動控制、除氧器自動控制等，提高系統的安全性和穩定性，同時不需要新增操作人員。
4)余熱回收量與投資的匹配與最優。通過技術經濟性分析比較得到余熱回收量和投資額的最佳匹配點。
4、結語
我國鋼鐵行業僅大型軋鋼加熱爐就有5000余座，這些爐窯排煙溫度普遍較高，大部分熱量未被利用直接排出，造成能源浪費，未來余熱回收利用空間很大，值得關注。
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