加熱爐冷卻水系統的節能改造

 摘   要：對加熱爐內冷卻水管在使用過程中存在的問題及爐子燃耗高的原因進行了分析，并對加熱爐內冷卻水系統進行了改造，取得了一定的節能效果。
        關鍵詞：加熱爐；節能；水冷管
        1   概  述
        合鋼線材加熱爐是一座三段連續推鋼式加熱爐，爐子有效長度27.84m，爐膛內寬4.1m，該加熱爐采用上、下兩面加熱，爐內實心爐底很短，只有500mm。爐內除出鋼槽采用循環水進行冷卻外，爐內其余的管道部件都是采用汽化冷卻。爐內設有兩根φ133X20mm的縱水管，縱水管在高溫區采用5組雙根φ102X18mm的無縫鋼管組合件作為橫水管支撐的，雙根橫水管的下管，在其中間設有φ102X18mm的盲管支承。爐內在實心爐底處和預熱段內共布置了4根φ108x18mm的橫水管用來固定爐內兩根縱水管。此外，在高溫區設有雙根φ121X18mm的無縫鋼管組合件作為壓下梁，將加熱爐的均熱段和加熱段爐膛分開。爐尾端墻進料口上也設有雙根φ121X18mm的無縫鋼管組合件梁，用來支承加熱爐冷卻水系統的節能改造爐尾端墻。改造前的狀況及存在的問題
　　線材加熱爐自1997年建成投產，至2002年底以來，每年都會因爐內冷卻水管發生漏水事故，導致加熱爐年均停產搶修兩次左右，每搶修一次需影響生產4d時間，嚴重影響了加熱爐的正常生產。另外，爐子的單耗一直徘徊在每t熱軋材40ks重油左右(1.591CJ／t材)，燃耗居高不下，給降低生產成本帶來了巨大的壓力。為此，筆者通過對加熱爐現場出現漏水故障的情況和實際使用效果的分析，認為該加熱爐存在以下幾個方面的問題：
　　(1)經過幾年來的統計，發現導致該加熱爐停產搶修的原因，多數為爐內雙根橫水管下面的無縫鋼管，其中間的φl02X18mm的支撐盲管，在使用了約5個月時，因其管外絕熱耐火材料脫落，而將盲管中下部燒了一個小洞，引起爐內冷卻水管漏水。通過將盲管在漏水處鋸開后，發現其外管內壁結有一薄層水垢，由于盲管的內管與外管內壁之間的間距較小，只有10.5mm，又加上外管內壁結有水垢，所以，導致盲管的冷卻效果受影響，最終引起盲管被燒損的現象。支撐盲管的結構簡圖如圖1所示。
        (2)由于加熱爐內布置的冷卻水管較多，冷卻水管在爐內的受熱面積較大，加之爐內在實心爐底出鋼爐門處設有水冷出鋼槽，所以，爐內冷卻水帶走的熱量較大。2002年10月份，對線材加熱爐進行了熱平衡測試，測試結果表明爐內冷卻水帶走的熱量占總熱輸出量的17.6％。
        (3)因擔心推鋼式加熱爐實心爐底過長，會引起實心爐底上結渣鼓包，給加熱爐生產帶來影響。所以，包頭設計院秦皇島分院在設計該加熱爐時，爐內幾乎未留實心爐底的長度。這樣，就引起了新的問題，即爐內鋼坯在被推到出鋼槽時，鋼坯底面與兩縱水管接觸處留下水冷“黑印”，因而影響了鋼坯的加熱質量。帶有水冷“黑印”的鋼坯在進入軋機進行軋制時，會引起軋機生產不穩定。為了減輕出爐鋼坯上水冷“黑印”的影響，在實際操作過程中，將均熱段和加熱段的爐膛溫度都燒得較高，一般在1300℃左右，而下加熱爐膛爐溫燒到1350℃左右；這樣高的爐溫，一旦軋機生產不正常，又會出現爐內鋼坯被燒粘鋼現象，此現象在該加熱爐上已出現過好幾次了；此外，較高的爐溫會引起出爐煙氣溫度升高，從而導致排煙熱損失加大，雖然在煙道內安置了一臺空氣預熱器，對煙氣中的余熱進行了回收，但是排煙熱損失仍較高。由熱平衡測試可知，該爐子的排煙熱損失為30.5％。
        3   爐子冷卻水管系統改造措施
        (1)鑒于爐內雙根φ102X18mm橫水管下面的無縫鋼管，在其中間支撐的盲管有時被燒損的現象，對該加熱爐的雙根橫水管進行了改造設計，將雙根Φ102X18mm的橫水管，改造為單根φ159X22mm的橫水管，并將其中間的支承盲管由巾102x18mm改為φ133X20mm，盲管中的內管由φ45X3mm改為φ51X3.5mm，這樣支撐盲管中的套管內壁與內管之間的間距，由原來的10.5m／n加大到21mm，其結構簡圖如圖2所示。此外，為了消除盲管中套管內壁上的水垢，將軟水站由原來加入丙烯酸液進行的自來水軟化處理，改為用樹脂陽離子交換劑對自來水進行軟化處理。
        (2)針對加熱爐內冷卻水管布置較多，冷卻水帶走的熱量較大問題，在對加熱爐進行改造設計時，將爐內帶支承盲管的橫水管，由原來的五組雙根橫水管改為4根單橫水管；將原有的4根固定縱水管用的橫水管減少為一根水冷橫水管固定。縱水管原來在預熱段用水冷橫水管固定，改用耐熱鋼托座固定支撐。并將爐尾端墻梁內由水冷卻改為壓縮空氣冷卻。加熱后的壓縮空氣用作燒嘴燃燒重油的霧化劑，其熱量帶回了爐內。另外，將爐內實心爐底上原有的水冷出鋼槽改用耐高溫的鉻剛玉出鋼槽。
        (3)為了減輕出爐鋼坯上兩道水冷“黑印”的影響，將均熱段實心爐底向爐尾方向延長2.3m，同時將爐內兩根縱水管的長度縮短了2.3m。
        4   改造措施的實施及改造效果
        2003年1月初，我廠投資78萬元，對原加熱爐進行了節能改造，當月完成了施工任務，并投入了生產。經過一年多的使用，爐子改造后的效果較理想。
        (1)改造后的線材加熱爐未出現爐內冷卻水管漏水現象，爐子生產正常。
        (2)由于爐內水冷件的減少，受熱面積減少，冷卻水帶走的熱量降低，改進后的線材加熱爐平均燃油單耗由原來的40kS／t(熱軋材)降至35.78kg／t(熱軋材)，爐子平均燃油單耗下降了10.55％。2003年度，生產線材32萬t，重油的價格按1600元／t計，則該加熱爐節約重油這一項，一年獲經濟效益為138萬元。這不包括因爐內冷卻水管漏水引起的加熱爐搶修，造成的直接經濟損失和間接經濟損失。由此可見，改造后的爐子節能效果明顯，獲得了較好的經濟效益。
        (3)出爐鋼坯上的水冷“黑印”不明顯，出爐鋼坯的溫度較為均勻，軋機生產穩定。另外，由于出爐鋼坯上的水冷“黑印”減輕，均熱段爐溫可控制在1200℃左右。原先擔心的均熱段實心爐底上面有可能出現結渣鼓包的現象，一直未發生，加熱爐生產順利。同時，因出爐鋼溫較均勻，爐膛溫度較原來下降了50℃以上，出爐煙氣溫度降低，廢氣所帶走的熱損失下降，節約了熱能。
        5   結束語
        通過對線材加熱爐的改造，使加熱爐水冷系統存在的問題得到了改善。鋼坯燒損下降，爐子的使用性能有了很大的提高，收到了較好的經濟效益。但該加熱爐仍有較大的節能潛力，有待進一步完善。