劉 偉

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900）

1 前言

軋鋼加熱爐熱效率一般只有20%～30%，約有70%～80%的熱量損失，其中煙氣帶走的熱損失約30%～35%[1]。這部分熱量通過煙囪排放至大氣，不但浪費(fèi)能源，也會(huì)對(duì)大氣造成熱污染。

寶鋼不銹鋼有限公司熱軋廠共有3套1780mm熱軋加熱爐，在加熱爐設(shè)計(jì)時(shí)及生產(chǎn)管理上已經(jīng)采取了一系列的節(jié)能措施：煙道內(nèi)設(shè)置了空氣預(yù)熱器、汽化冷卻裝置、降低鋼坯出爐溫度、控制煙氣空氣過量系數(shù)等。但是煙氣實(shí)際排放溫度還是比較高，一般在 330～380℃，煙氣量約為 55000～95000 m3/h，加熱爐燃料全部采用管道天燃?xì)猓紵蟮臒煔獗容^清潔。將熱軋加熱爐煙氣通過煙道引入余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，排煙溫度降至160℃左右，既可以降低熱軋工序能耗，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，也可減少對(duì)大氣的熱污染，具有較好的社會(huì)效益。

2 工藝方案

2.1 煙氣系統(tǒng)

分別自加熱爐空氣預(yù)熱器后，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥前，煙氣管道上分別開孔引出煙氣管道，并在引出管道處新增1只的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，然后匯總為煙道總管與余熱鍋爐入口煙道相接，高溫?zé)煔庠谟酂徨仩t內(nèi)經(jīng)過熱器、中壓蒸發(fā)器、中壓省煤器、低壓蒸發(fā)器、給水預(yù)熱器等與汽水系統(tǒng)充分換熱，溫度降至160℃左右，然后經(jīng)變頻引風(fēng)機(jī)增壓，通過煙氣管道送至現(xiàn)有煙囪排放至大氣。在煙囪入口處設(shè)置開關(guān)型電動(dòng)蝶閥，便于鍋爐故障時(shí)檢修用。煙氣阻力損失控制在1000 Pa以內(nèi)。

在余熱鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，煙道上現(xiàn)有的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，新增的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥打開并與加熱爐爐壓聯(lián)鎖，與變頻風(fēng)機(jī)一起參與調(diào)節(jié)加熱爐的爐壓，使加熱爐爐壓控制在正常允許的范圍內(nèi)。鍋爐故障需要停爐時(shí)，鍋爐控制系統(tǒng)送1個(gè)綜合故障信號(hào)至加熱爐控制系統(tǒng)，在加熱爐控制系統(tǒng)中把新增的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)切出余熱鍋爐系統(tǒng)，再把煙道現(xiàn)有的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)切入加熱爐控制系統(tǒng)，仍按加熱爐控制系統(tǒng)現(xiàn)有的控制模式控制加熱爐的爐壓，從而保證加熱爐的正常運(yùn)行。煙氣系統(tǒng)流程詳見圖1。

2.2 汽水系統(tǒng)

鍋爐汽水系統(tǒng)由過熱器、中壓蒸發(fā)器、中壓省煤器、低壓蒸發(fā)器、給水預(yù)熱器、本體管路（包括上升管、下降管）、汽包、自除氧除氧器等組成，受熱面采用模塊化內(nèi)保溫結(jié)構(gòu)，各模塊疊加后支承在框架梁上，汽包與除氧器分別支承在頂部梁上。余熱鍋爐采用自然循環(huán)形式，蒸汽出口額定參數(shù)與主要用戶配套，設(shè)計(jì)為1.8 MPa，300℃。余熱鍋爐受熱面結(jié)構(gòu)合理先進(jìn)，能夠適應(yīng)加熱爐負(fù)荷的大范圍變化（煙氣流量、溫度的波動(dòng)），在煙氣量最大時(shí)，鍋爐能正常運(yùn)行，且汽水各部位內(nèi)流速滿足要求。汽水流程常規(guī)系統(tǒng)流程部分不再贅述。

為了充分利用煙氣余熱，常規(guī)做法是采用梯階利用，即煙氣在高溫區(qū)生產(chǎn)品質(zhì)好的蒸汽，在煙氣低溫區(qū)生產(chǎn)品質(zhì)低的蒸汽或進(jìn)行給水預(yù)熱除氧（自除氧）等，但該種形式的余熱鍋爐，其對(duì)余熱煙氣溫度變化適應(yīng)性有限，在鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)兼顧余熱資源最大化利用和防止低溫腐蝕一直存在矛盾，在煙氣低溫區(qū)只進(jìn)行給水預(yù)熱除氧時(shí)，對(duì)自除氧的控制比較困難，會(huì)出現(xiàn)除氧器壓力超高無法控制的情況，造成低壓蒸汽放散。為了深度回收加熱爐煙氣余熱，并控制自除氧除氧器不出現(xiàn)超壓放散，設(shè)置1套煙氣余熱回收排煙溫度控制系統(tǒng)，主要包括給水預(yù)熱器、余熱鍋爐排煙管道后溫度測點(diǎn)、調(diào)節(jié)排煙溫度用調(diào)節(jié)閥、除氧器遠(yuǎn)傳壓力變送器等。主要系統(tǒng)流程詳見圖2。

圖1 煙氣系統(tǒng)流程圖

圖2 煙氣余熱回收排煙溫度控制系統(tǒng)

煙氣余熱回收排煙溫度控制系統(tǒng)主要作用：余熱鍋爐給水在進(jìn)入除氧器前在煙氣低溫區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，即余熱鍋爐最末端受熱面為給水預(yù)熱器，進(jìn)入除氧器的給水通過預(yù)熱器后的溫升通過給水旁通調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整，范圍變化在40～159℃之間，從而通過對(duì)給水預(yù)熱器流經(jīng)水量的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)其吸收熱量的調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)排煙溫度調(diào)節(jié)。

鍋爐運(yùn)行時(shí)，余熱鍋爐排煙溫度在余熱鍋爐PLC控制系統(tǒng)中賦予一個(gè)定值T0，并設(shè)定一個(gè)調(diào)節(jié)溫度T1，手動(dòng)截止閥①③⑤⑦處于常開狀態(tài)，當(dāng)排煙溫度T低于T0-T1，調(diào)節(jié)閥⑥打開一定開度，使排煙溫度T→T0，當(dāng)排煙溫度T高于T0+T1，調(diào)節(jié)閥⑥關(guān)閉一定開度，使排煙溫度T→T0。

極端工況時(shí)，即鍋爐煙氣入口溫度較低時(shí)，自除氧除氧器有時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓力超壓現(xiàn)象，此時(shí)調(diào)節(jié)閥⑥與除氧器遠(yuǎn)傳壓力檢測⑧聯(lián)鎖，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥⑥的開度，使部分給水不再通過給水預(yù)熱器，而是直接進(jìn)入除氧器，這樣可避免除氧器的超壓放散?？刂葡到y(tǒng)中控制超壓放散優(yōu)先，在不發(fā)生超壓放散的基礎(chǔ)上再調(diào)節(jié)余熱鍋爐排煙溫度。

通過此技術(shù)可對(duì)熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用進(jìn)行深度控制，盡可能回收煙氣余熱，更好地實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，實(shí)現(xiàn)能源利用的最大化。確保設(shè)備工作狀況穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)低溫露點(diǎn)腐蝕，極端工況時(shí)，自除氧不會(huì)出現(xiàn)低壓放散，造成余熱資源浪費(fèi)、熱污染和噪聲污染。

3 余熱鍋爐基本參數(shù)

對(duì)寶鋼不銹鋼有限公司單臺(tái)熱軋加熱爐可利用的煙氣余熱進(jìn)行分析后，本工程共設(shè)置2套余熱鍋爐，其中1#、2#加熱爐共用1套余熱鍋爐，3#加熱爐單設(shè)1套余熱鍋爐，蒸汽參數(shù)根據(jù)主要用戶要求設(shè)計(jì)，單臺(tái)余熱鍋爐基本技術(shù)參數(shù)詳見表1。

表1 余熱鍋爐基本技術(shù)參數(shù)

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

按每套加熱爐余熱鍋爐平均產(chǎn)量計(jì)算，每小時(shí)生產(chǎn)1.8 MPa，300℃過熱蒸汽約6.8 t，2套余熱鍋爐蒸汽平均量為20.4t/h，用電設(shè)備為鍋爐補(bǔ)水泵、鍋爐給水泵、引風(fēng)機(jī)等，總用電負(fù)荷為240kW，消耗軟水量約22 t/h，年作業(yè)時(shí)間7200 h，蒸汽按120元/t，電價(jià)0.61元/kWh，軟水按10元/t計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益約為1500萬元。折標(biāo)煤1.8萬t，年減少溫室氣體CO2排放量約4.49萬t。

5 結(jié)論

熱軋加熱爐煙氣余熱利用除了在源頭上控制出鋼溫度、增加空氣余熱器、加強(qiáng)操作管理等措施之外，必須對(duì)排出的煙氣余熱進(jìn)行回收利用。本文所述的熱軋加熱爐煙氣余熱回收利用技術(shù)控制邏輯清晰、簡單、實(shí)用。可以更好地實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，實(shí)現(xiàn)能源利用的最大化，該系統(tǒng)能夠確保設(shè)備工作狀況穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)低溫露點(diǎn)腐蝕，延長設(shè)備使用壽命，極端工況時(shí)，自除氧不會(huì)出現(xiàn)低壓放散，造成余熱資源浪費(fèi)、新水浪費(fèi)、熱污染和噪聲污染，具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)保效益。

[1]軋鋼加熱爐余熱利用[J]，漣鋼科技與管理，2009，6，5-5.

[2]趙建明，軋鋼加熱爐煙氣余熱利用的思考[J]，工業(yè)加熱，2010，39（5），53-55.作者簡介：劉偉（1980-），男，2007年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)熱能工程專業(yè)，碩士研究生，工程師，現(xiàn)從事熱能動(dòng)力工程、余熱回收利用工程設(shè)計(jì)及項(xiàng)目管理工作。