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1、加热炉节能途径的探讨加热炉节能途径的探讨济南黄河特钢有限责任公司 石爱星随着燃料资源的越来越紧张，其价格也自在不断的上涨，作为我们以天然气这样的优质燃料来进行钢坯加热的公司来讲，无疑以后价格上升的几率还很大，因此，我们必须把能源的节约问题列入我们的议事日程中，并作为以后一直要坚持做好的重要工作。为了为大家提供一些节能方面的思路，本文试图从十几个方面对与节约能源有关的问题，进行了简单的讨论，希望能对有关的操作岗位和管理人员有所启示。一、加热炉能（热）量平衡的数学模型1、热收入项目 （Kcal/t）1) 天然气的化学热 Q12) 天然气的物理热 Q23) 钢坯带进的物理热 Q3 2、热量支出项目
2、（Kcal/t）1) 钢坯支出的物理热 Q42) 烟气支出的物理热 Q53) 不完全燃烧带出的化学热 Q64) 余热蒸汽带走的物理热 Q7 5) 冷却水带走的物理热 Q85) 炉墙表面散热 Q96) 炉门孔洞溢气带走的物理热 Q107) 炉门孔洞溢气带走的化学热 Q118) 裸露孔洞的辐射带走热 Q123、热平衡等式Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7+Q8+Q9+Q10+Q11+Q12二、加热炉运行的有关指标和术语1) 热效率 a=Q4/( Q1+Q2+Q3)X100%（钢坯的有效热占总供给热的比例）2) 加热炉的加热能力 t/h（单位时间内加热炉能够加热的合格钢坯重量）3) 换热器的换
3、热效率 %（热风的总热量与通过换热器烟气的总热量之比的百分数）4) 换热器的温度效率 %（热风的温度与换热器前烟气温度之比的百分数）5) 炉内压力 Pa （一般是指钢坯表面上的气体压力）6） 热风温度和排烟温度 （指换热器出口的风温和出换热器的烟气温度，通常大于露点温度）7） 辐射传热（电炉子加热的传热过程）8) 对流传热 （电风扇降温的传热过程）9) 传导传热 （烙饼加热的传热过程）10）加热炉热负荷 （单位时间内供给的热量，或单位容积在单位时间内的供热量）11) 热阻的概念（同电阻的概念，只是对热的阻挡能力）三、加热炉节能途径的探讨加热炉节能的总体原则是；提高有效能；减少无效或不必要的能量
4、支出，因此，节能主要措施都是围绕这个原则来进行的。以下是与节能有关的几个问题：1、热风温度（原则上越高越好）热风温度的高低，对节能的影响很大，这个方面的原则是最大限度的利用烟气中的余热。是风温在设备能够承受的情况下，尽可能高。按我们公司的目前的设备的水平，达到 450 度以上没有问题，也不应该低于这个水平。与热风温度有关的因素：1)换热器传热面积：换热面积越大，热交换量就越大，风温越高。2)入口烟气温度越高，换热温度就越高；3)炉尾吸风越少，烟气温度就越高，换热器温度就越高。2、炉堂压力（钢坯表面处于零压或微正压，10Pa 左右）炉堂压力的高低，决定了炉子是否处于溢气还是吸风状态，如果炉内正压
5、太大说明处于溢气状态，高温烟气将通过炉门、出钢口等孔洞跑出，造成物理和化学热量的损失；如果烟囱抽力过大，会造成炉堂为负压，从而是外部的冷空气通过炉门、出钢口等孔洞吸入炉内，使这些冷空气吸热升温后再排出炉内，增加了能源消耗。上述两种现象造成的能源损失都不希望过大，所以一般情况下，把钢坯表面的压力控制在零左右，把炉堂压力控制在微正压水平，10Pa 左右。经验的检验方法是：弄一把干细土，垂直从出钢口或炉门上方洒落，粉尘在门前忽忽悠悠的感觉就认为是合适的炉压。3、炉子升温速度与热负荷炉子的升温速度实际最终反映的是，单位时间内供给燃料的多少，供给的多升温速度就快，热负荷就大，供给的少，热负荷就小，升温就
6、慢。但是要注意的问题是：加热炉的炉墙传热能力一般是固定的，也就是说单位时间内单位面积的传热量变化不大的，过多的供给燃料或增大热负荷，只能是浪费，不是很经济的做法。换句话说供热负荷的控制要力争经济，加热炉一般热负荷不要超过 20 万千卡/立方米（25 立方米天然气） 。由此按照我们的加热段的容积（11x3.4x2x25=1870）计算出的小时供热量标准为每小时 1850 立方米天然气左右。从而对应的产量应该是46 吨左右。加热炉在升温不出钢的情况下，应该大大的小于这个数量。大概数量不应超过标准热负荷减去最佳产量的钢坯有效热消耗的天然气量（46000x1250x0.17/8000） ，约为每小时
7、630 立方左右。4、炉料的规格尺寸和材质以及钢坯在炉子中的摆放。钢坯的规格、材质以及在炉子的摆放主要影响着钢坯的传热速度和加热时间。不通材质的钢坯导热系数不同，传热速度也有差别，不同规格的钢坯其加热厚度不同，加热时间也不同。钢坯的摆放对加热时间影响较大，主要是受热面积的大小不同而造成的。目前主要有单面加热和多面加热 如图：a、推钢加热 b、步进炉加热 c、环形炉加热5、坯料在炉时间与设备事故、工艺故障（含换辊等）由于工艺故障、设备故障等造成的停机会增加能源消耗，是显而易见的事情。因此尽可能的降低工艺故障和设备故障，对于减少能源消耗具有重要的作用。有两个方面的内容需要关注。一是坚强设备的点检和
8、维护，尽可能的减少非计划的工艺和设备故障。二是当工艺和设备故障发生时，要抓紧时间抢修处理，尽可能的减少炉子保温或降温的时间。以减少由于故障停机造成的燃料消耗的增加。另外，虽然正常的换辊造成的停机时间是必须的，但是也要尽可能短的完成换辊和试轧操作。6、炉子的结构、换热器的结构炉子结构对能源消耗的影响主要体现在炉体散热损失和能否能够最大限度的把燃料能量传给钢坯。而使其能量的各项损失最低。一般是设计者要考虑的事情，一般包括炉墙墙体的结构和炉子内部各个尺寸以及冷却方式等等。换热器的结构对能源消耗的影响主要是能否把烟气的余热最大限度的回收利用。也是设计者要考虑的问题，主要与换热器的换热面积、换热元件的尺
9、寸和布置有关，操作者所要注意的一是让供给燃烧的风尽可能都是由换热器提供的高温热风，而不需要或尽可能减少外界的冷风进炉。二是让热风温度在换热器能够承受的情况下维持在一个较高的水平上（不应低于 450 度） 。7、燃料的燃烧状况（混合情况、风燃比、点火温度等）燃料完全燃烧是加热炉燃料供给的重要目的，要达到燃料完全燃烧的目的，关键要创造如下的条件，一是让燃料和空气要充分接触和混合；二是保障燃料和空气有个合适的比例（天然气的燃料和空气的比例约为1：1.031.05。多余的供风会使无用的空气被加热排除，从而加大燃料的消耗；不足的空气会是燃料不完全燃烧，从而造成燃料的浪费。三是要有一个适于燃料着火的温度，
10、这个问题一般在正常生产条件下都具备，只有点炉的时候才会引起注意。8、燃料的种类和热值（煤、油、天然气的能耗是不一样的）不同的燃料种类的燃烧效率不尽相同，达到完全燃烧时供给的空气系数也差距比较大，一般的经验数据是：1000Kcal 的燃料热值的理论空气量约为 1 立方米的空气。但要使其完全燃烧，不同的燃料种类有不同的空气过剩系数，如使用气体燃料，一般的是 1.03-1.05 左右；使用液体燃料的空气过剩系数是 1.10-1.15 左右（取决于燃料的雾化程度） ；使用固体燃料一般在 1.31.5 左右（取决于固体燃料的粒度和空气混合的难易程度） 。由于燃料不同，供给的空气系数不同，因此造成了燃料的
11、消耗也不同，空气系数大的燃料消耗就高。9、炉子的密封程度和孔洞的多少（溢气物理热、化学热和辐射散热、吸风）炉子的孔洞主要有：炉尾进钢口、出推钢炉门、看火孔、烧嘴的点火孔、检修门、炉墙的裂缝等。这些孔洞的吸风、和冒火（溢气）都会增加炉子的热损失，从而造成燃料消耗的增加。这个方面的主要措施一般为：一是尽可能的减少这些孔洞，以减少炉子吸风和溢气的机会；二是对于不能取消的孔洞要加装密封炉门；三是在炉压操作方面注意炉内的压力控制，以减少由于炉压不合适而造成的吸风和溢气增加。尤其是加热段的吸风和溢气要更关注，因为那里的烟气处于高温区，有的烟气中带有在炉堂内没有完全燃烧的可燃成分，使燃料的损失，不仅有物理热
12、还有化学热。另外，在高温区的大面积的孔洞，还会使炉内的热量以辐射形式散失，也要引起重视。一个出钢口大的孔洞，每小时的辐射热可能相当于几个立方米的天然气（甚至更多） 。炉尾的吸气主要是造成换热器前的烟气温度降低，从而影响到热风温度，使其降低。10、钢坯热送（温度越高越节能、连铸连轧、液心轧制）钢坯热送被认为是对节能最明显的措施，原则上，钢坯热送温度越高，节能效果就越好。因此，目前出现了连铸连轧、液心轧制的新工艺，这些工艺都是最大限度的节约能源的消耗，达到节能的目的。实践证明，钢坯热送温度每增加 100 度，就可以减少加热炉燃料消耗 5%以上。采用人工上料的推钢加热炉，由于受操作条件和设备条件的影
13、响，热送温度不是很高，一般超不过 800 度，因为加热炉的预热段温度一般在 850 度左右。11、炉子的冷却方式（水冷和汽化、以及无水冷刚玉滑轨）加热炉的冷却部位主要是在高温下起支撑作用的金属部件，一般是炉筋管，由于使用冷却水来冷却这些部件时，一般出水温度较低（不超过 55 度） ，因此这部分带出炉子的热量（约占炉子总供热量的 5-10） ，用处不大而白白浪费，有的甚至还要加装冷却装置来使出炉的冷却水降温，也消耗了相当一部分电力能源。因此，目前用冷却水冷却的方式，逐渐不被采用，只有想降低投资成本的企业才采用，但从经济运行的角度来看，减少这部分投资是不合适的。目前加热炉的冷却方式以汽化冷却为主，
14、少量的采用无水冷滑轨。采用蒸汽冷却使原来低温的、不便利的水转化成了蒸汽，水量大幅度减少了，其蒸汽可以得到广泛的用途。如：采暖、洗浴、做饭甚至发电等。如果把这部分蒸汽算成有效热量，可以使加热炉的热效率提高 5-10。这部分热能如果不被利用而浪费是很可惜的。减少这部分热量的损失，可以从下边的方面入手：一是在设计炉筋管的时候，只要满足强度的要求，尽可能的选择表面积小的金属管尺寸，以减少换热面积；二是做好炉筋管的保温，使其尽可能的耐用而不脱落，减少裸露的金属管暴露在火焰当中的面积；三是焊接在水管上的耐热滑块的高度有讲究，高了对钢坯加热有利，但滑块上表面容易冷却不足而熔化；矮了对滑块的寿命有利，但钢坯黑
15、印较大，对轧制不利。会使轧制电能增加。12、炉子的产量与额定产量（接近程度）加热炉能否在最佳负荷、最佳出力的状态下工作，对能源消耗的影响较大。一般来讲，实际产量与设计时的额定产量越接近，或略高一些，能源消耗就越低。当然，不同规格的钢坯能源消耗也不尽相同。除上述情况外还应注意以下方面：一是钢坯的长度最好和炉子的要求相匹配，太短了会使能源消耗增加。二是当使用矩形钢坯时，钢坯的摆放以钢坯的受热面积最大为原则。三是使炉况在正常情况下、无故障、均匀节奏的生产也是一个很重要的节能措施，当然这需要工艺操作、设备检修等方面的综合高技能配合或支持。13、炉子的保温策略在加热炉操作过程中，短暂的停炉是常有是事情，
16、如更换品种、设备和工艺故障等，因为短暂的停炉也是在有能源消耗的情况下进行的，因此，应该对保温的策略进行必要的研究和探讨，以使在此期间的能源消耗最少，钢坯氧化最低。以下几个方面可能对降低能源消耗有帮助：一是合理安排产品的批量，最好能够按照轧辊的最大轧制量安排批量，以减少频繁更换品种的时间而造成的保温消耗。二是提高工艺操作水平，加强生产过程中的点检、减少工艺故障的频次，从而减少造成生产间断的保温。三是提高设备的维护和点检水平，减少非计划的临时生产中断，减少保温的时间。四是把设备的检修和工艺故障的处理时间合并使用，如换辊的时候检修设备，检修设备的同时进行工艺检查和故障处理等。以减少炉子的保温时间。五是根据停产的时间长短来制定炉子的保温温度策略，如一个小时的停产可以在 1000 左右保温；两个小时的停产可以在 800 度保温；四个以上小时的停产可以在 600-700 度保温等。值得注意的是，900 度附近是钢坯氧化最快的时候，应关注这个温度。加热炉的能源消耗问题在我们公司是个重要的问题，因为公司成本的近三分之一来自于燃料，如果加
