前言
隨著家電及汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，汽車板及家電板的市場前景非常廣闊，國內(nèi)各大鋼廠都在相繼建設(shè)連續(xù)退火爐（包含熱鍍鋅）生產(chǎn)線。目前僅寶鋼的冷軋連續(xù)退火爐機組（含熱鍍鋅機組）就有14條（在建2條）。作為連續(xù)退火機組的核心設(shè)備，“退火爐”一般采用輻射管加熱方式，主要消耗的能源介質(zhì)是高爐煤氣與焦?fàn)t煤氣，占工序能耗的35%～45%。退火爐的節(jié)能，是企業(yè)降低成本、節(jié)約能源、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。
1 寶鋼冷軋帶鋼連續(xù)退火爐概況
寶鋼冷軋帶鋼生產(chǎn)單元共有5個，其退火爐機組的分布情況見表1。
表1 寶鋼連續(xù)退火爐機組概況
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生產(chǎn)單元
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連續(xù)退火爐生產(chǎn)線情況
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主要產(chǎn)品
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一冷軋
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連退機組1條，熱鍍鋅1條，在建連退1條
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家電板，建材板
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二冷軋
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連退機組1條
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鍍錫薄板
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三冷軋
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連退機組1條，熱鍍鋅2條
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家電板，建材板，部分汽車板
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四冷軋
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連退機組1條，熱鍍鋅2條，在建熱鍍鋅1條
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高級汽車外板，內(nèi)板，部分家電板
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五冷軋
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連退機組1條，熱鍍鋅2條（剛投產(chǎn)）
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汽車板，家電板
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其中四冷軋的主要產(chǎn)品種類為高級汽車外板、內(nèi)板及部分高級家電用板。主要機組有連退（CAPL）、1#熱鍍鋅（1CGL）、2#熱鍍鋅（2CGL），這三 條以汽車板為主要產(chǎn)品的生產(chǎn)線代表著國內(nèi)冷軋帶鋼連續(xù)退火爐最為先進(jìn)的水平。本文重點對這3條機組的節(jié)能情況進(jìn)行討論。
汽車板主要以EDDQ/SEDDQ-IF鋼板為主，帶鋼退火溫度高，能耗大，因此排出的煙氣量大、溫度也高。汽車板連續(xù)退火爐通過煙氣回收節(jié)能降耗更有意義。寶鋼四冷軋3條連續(xù)退火爐概況見表2。
表2 寶鋼四冷軋三條退火爐機組的概況
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機組
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CAPL
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1CGL
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2CGL
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設(shè)計能力/萬噸
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96
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47
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36
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輻射管數(shù)量/根
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333
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231
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159
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折合COG消耗量/km3
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3800
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1600
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1350
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占本機組的工序能耗百分比/%
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47
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32
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39
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主要煙氣余熱回收設(shè)備
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低壓熱交換器
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余熱鍋爐
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過熱水系統(tǒng)
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煙氣排放溫度/℃
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300～350
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200～230
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180～220
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2 余熱回收技術(shù)的應(yīng)用
寶鋼四冷軋的3條退火爐分別采用不同類型的余熱回收技術(shù)，即純熱交換器型低壓熱回收系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、過熱水回收系統(tǒng)。這也是當(dāng)今比較流行的三種余熱回收形式。退火爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱回收后，熱回收率基本為10%～14%。
2.1 低壓熱交換器型余熱回收系統(tǒng)
這種余熱回收技術(shù)的特點是利用煙氣熱量通過熱交換器來加熱水或氣，應(yīng)用到本機組的其他工序中，其最大的優(yōu)點是熱交換系統(tǒng)壓力低，不構(gòu)成壓力容器，維護(hù)方便，沒有安全隱患；缺點是熱回收效率低，投資也比較大。
以連退機組（CAPL）為例熱回收系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。
因廢氣風(fēng)機的極限耐熱溫度在400℃，為確保廢氣風(fēng)機正常工作，系統(tǒng)里設(shè)置了吸冷風(fēng)口，即如果廢氣排放溫度過高，該吸冷風(fēng)口的閥門會自動打開，從外界吸入冷空氣，來降低廢氣最終排放溫度。經(jīng)過該回收系統(tǒng)，熱能被回收約10%。
該余熱回收系統(tǒng)回收的熱能，基本上已經(jīng)滿足了清洗工藝的用能需要，但是在產(chǎn)能較大的時候，煙氣溫度很高，有時為了確保熱交換器不因過熱受損，必須要用大量 的純水來冷卻熱交換器，經(jīng)過熱交換器的熱水大于本機組其他工序的用熱水量，因此，多余的熱水就只有白白排放，反而造成水資源的浪費。
2．2 余熱鍋爐回收系統(tǒng)[1]
1CGL 機組的熱回收系統(tǒng)采用了余熱鍋爐，更有效地回收煙氣余熱。如圖2所示，退火爐加熱段（RTF）燒嘴排出的煙氣溫度在675℃左右。首先經(jīng)過預(yù)熱爐熱交換器 將保護(hù)氣體加熱，可以將帶鋼從35℃預(yù)熱到200℃。被熱交換后的煙氣溫度為515℃，經(jīng)余熱鍋爐回收后，排放的煙氣溫度一般不超過200℃，在燒嘴最大 工作能力時，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量為8.2 t/h，該生產(chǎn)線的最大蒸汽消耗需要量4.8 t/h。當(dāng)該生產(chǎn)線的蒸汽消耗量低于最大消耗量時，富裕的蒸汽將補充到蒸汽管網(wǎng)中，因此不存在產(chǎn)能高造成熱回收不充分的問題。余熱鍋爐的生產(chǎn)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(tǒng)，熱能回收率可以達(dá)到14%。但是余熱鍋爐的投資比較大，屬于壓力容器范疇，管理起來比較麻煩，每年要對安 全閥校驗，要定期探傷檢查等，維修費用也相對多一些。
2．3 過熱水系統(tǒng)
2CGL的退火爐也采用了類似的熱回收系統(tǒng)，其主要設(shè)備是過熱水系統(tǒng)。如圖3所示，過熱水系統(tǒng)是一個封閉的高壓循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)計壓力為1.2MPa， 在這種壓力情況下，采用煙氣余熱對高壓力的水進(jìn)行熱交換，循環(huán)水入熱交換器前溫度為90℃，熱交換后水溫為140℃，由于管道壓力比較高，因此該過熱水不
能形成蒸汽，而是以氣液混合狀態(tài)存在于管道內(nèi)循環(huán)。該熱水通過熱交換器，加熱空氣用于清洗段的熱水漂洗及熱風(fēng)干燥氣。這種回收煙氣熱能的方法與余熱鍋爐相似，但設(shè)備結(jié)構(gòu)較簡單，投資也小，維護(hù)起來相對容易一些。
過熱水系統(tǒng)是一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，如果系統(tǒng)沒有泄漏，是不用經(jīng)常補水的。而余熱鍋爐為了產(chǎn)生蒸汽實際上還要消耗很多純水，因此過熱水系統(tǒng)比余熱鍋爐要好的多。
對這三種余熱回收形式的簡單比較見表3。
表3 三種余熱回收形式的簡單比較表
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比較項目
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低壓熱交換器
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余熱鍋爐
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過熱水
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投資
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較高
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最高
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最低
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設(shè)備復(fù)雜程度
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復(fù)雜
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比較復(fù)雜
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簡單
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熱回收效果
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一般
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最好
|
較好
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熱回收能力
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一般
|
最好
|
較好
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從這三種余熱回收的比較看，余熱鍋爐效果最好，但投資大，維護(hù)成本高。因此，過熱水系統(tǒng)是一種投資小、熱回收效率高的最佳選擇。
3 連續(xù)退火爐節(jié)能方案探討
余熱回收設(shè)備的應(yīng)用，的確可以回收一部分熱能，但是，由于回收能力畢竟有限，一般最大回收率只能達(dá)到13%～14%。因此還必須同時考慮在退火爐本體上實 施節(jié)能技術(shù)。要在連續(xù)退火爐機組上實施節(jié)能措施，最重要的是要先對整個退火爐的熱平衡進(jìn)行測試，也就是說，通過測試，分析出熱能在各個環(huán)節(jié)的利用，并針對 熱損失比較大的環(huán)節(jié)采取節(jié)能措施。
表4是以某熱鍍鋅機組為例對熱平衡測試的結(jié)果。
表4 某熱鍍鋅機組熱平衡測試結(jié)果
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產(chǎn)品
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單耗
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帶鋼吸熱
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熱損失
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熱回收
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||||
|
預(yù)熱
|
加熱
|
爐墻
|
保護(hù)
氣體
|
水
|
煙氣
|
熱水
|
||
|
MJ/t
|
%
|
%
|
%
|
%
|
%
|
%
|
%
|
|
|
CQ-720
|
809
|
6.0
|
51.9
|
11.5
|
0.9
|
3.4
|
26.3
|
13.4
|
|
DQ-760
|
891
|
6.1
|
51.3
|
11.3
|
0.9
|
3.3
|
27.2
|
20.5
|
|
DDQ-780
|
931
|
6.1
|
51.0
|
11.5
|
0.9
|
3.4
|
27.2
|
13.8
|
|
DDQ-OUT-780
|
926
|
5.9
|
51.4
|
12.7
|
1.0
|
3.8
|
25.1
|
14.0
|
|
EDDQ-780
|
966
|
6.1
|
50.5
|
11.6
|
0.9
|
3.4
|
27.4
|
14.1
|
|
EDDQ-OUT-780
|
965
|
6.0
|
50.9
|
12.4
|
1.0
|
3.7
|
25.9
|
14.3
|
|
SEDDQ-840
|
1038
|
6.2
|
49.6
|
11.6
|
0.9
|
3.4
|
28.3
|
14.3
|
|
SEDDQ-OUT-840
|
1038
|
6.2
|
50.0
|
12.0
|
1.0
|
3.6
|
27.3
|
14.5
|
|
HSS-CQ-750
|
867
|
6.0
|
51.6
|
10.8
|
0.9
|
3.2
|
27.4
|
13.8
|
|
HSS-DQ-800
|
961
|
6.2
|
50.7
|
11.0
|
0.9
|
3.3
|
28.0
|
14.3
|
|
HSS-DDQ-800
|
965
|
6.1
|
50.7
|
11.2
|
0.9
|
3.3
|
27.8
|
14.3
|
|
HSS-DDQ-OUT-800
|
977
|
6.0
|
50.8
|
12.6
|
1.0
|
3.7
|
25.8
|
14.3
|
|
HSS-BH-850
|
1055
|
6.2
|
49.6
|
11.8
|
0.9
|
3.5
|
27.9
|
14.8
|
|
HSS-BH-OUT-850
|
1057
|
6.2
|
49.6
|
12.4
|
1.0
|
3.7
|
27.2
|
14.9
|
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全年平均（包括機組停機和短期維修）
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946
|
6.2
|
49.6
|
12.7
|
1.0
|
3.8
|
26.7
|
13.6
|
從熱損失欄中可以清楚地看出煙氣排放（26.7%）和爐墻散熱(12.7%)的熱損失較大,熱回收系統(tǒng)僅回收了13.6%。
3.1 提高燃燒空氣預(yù)熱溫度 降低煙氣排放溫度
目前降低排煙溫度的節(jié)能技術(shù)主要是蓄熱式燃燒技術(shù)。采用蓄熱式燃燒技術(shù)可以大大提高燃燒空氣的預(yù)熱溫度，從而降低排煙溫度，實現(xiàn)節(jié)約煤氣量30%。但這一 技術(shù)在冷軋連續(xù)退火爐中的應(yīng)用在我國還屬于剛起步階段，加上設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,投資較高,國產(chǎn)設(shè)備故障也比較多，因此,還沒有廣泛推廣。
目前階段,比較穩(wěn)妥的節(jié)約煤氣,降低排煙溫度的措施是提高輻射管里用于預(yù)熱燃燒空氣的熱交換器的換熱能力。如圖4所示,空氣進(jìn)入輻射管熱交換器內(nèi),被煙氣預(yù)熱后進(jìn)入燒嘴燃燒,這樣既可以提高燃燒效率,又可以降低排煙溫度。
傳 統(tǒng)的低換熱型熱交換器可以將空氣溫度提高到350～400℃,而采用加強型熱交換器可以將空氣溫度預(yù)熱到650～700℃。煙氣排放溫度可以降低 70～100℃,實現(xiàn)節(jié)約煤氣5%～10%。該方案適合在傳統(tǒng)燒嘴的退火爐上進(jìn)行改造,投資小、見效快、改造量小。兩種熱交換器通過實驗室模擬燃燒測試的 對比數(shù)據(jù)見圖5。
3.2 采用新型爐襯結(jié)構(gòu) 減少爐墻散熱.
從熱平衡測試的結(jié)果看,爐墻散熱的熱損失(12.7%)也比較大,傳統(tǒng)及新型的爐墻保溫棉鋪設(shè)結(jié)構(gòu)如圖6。
傳統(tǒng)的爐墻保溫結(jié)構(gòu)如圖6（a）是用錨固釘將不銹鋼襯板以及保溫棉固定在爐殼上[2],這樣爐內(nèi)的熱量會隨著錨固釘直接傳遞到爐殼,一個退火爐的錨固釘有上萬根,會造成爐墻散熱量很大。
新 型的爐墻保溫結(jié)構(gòu)如圖6(b)所示,采用陶瓷纖維模塊做保溫棉,利用短的錨固釘將陶瓷纖維模塊固定在爐殼上,這樣, 錨固釘不直接與爐內(nèi)氣氛接觸,大大減少了熱傳導(dǎo)造成的爐殼散熱。此外,為了保護(hù)陶瓷纖維模塊,采用耐高溫鋁布縫在上面。這種鋁布可以耐高溫1200℃,與 傳統(tǒng)的不銹鋼襯板相比具有高溫不變形、修補方便等優(yōu)點。
同樣在爐內(nèi)溫度800℃的情況下，采用傳統(tǒng)爐墻保溫結(jié)構(gòu)(b)，爐殼溫度為70～80℃，而采用新型的爐墻保溫結(jié)構(gòu)(a)時，爐殼溫度只有40～50℃。兩種爐墻保溫結(jié)構(gòu)爐殼溫度的對比見圖7。
4 結(jié)束語
隨著市場對冷軋帶鋼需求的不斷擴(kuò)大，將不斷建設(shè)新的連續(xù)退火爐生產(chǎn)線，新退火爐機組在設(shè)計時就應(yīng)該充分考慮節(jié)能措施，尤其在煙氣排放時必須采取余熱回收 措施，設(shè)置過熱水系統(tǒng)應(yīng)該是一種首選方案。此外在提高燃燒效率、減少爐壁散熱等方面也應(yīng)該采取對策，最大限度的減少能源消耗。
