隨著家電及汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展，汽車(chē)板及家電板的市場(chǎng)前景非常廣闊，國(guó)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(jī)組（含熱鍍鋅機(jī)組）就有14條（在建2條）。作為連續(xù)退火機(jī)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。

寶鋼冷軋帶鋼生產(chǎn)單元共有5個(gè)，其退火爐機(jī)組的分布情況見(jiàn)表1。

表1 寶鋼連續(xù)退火爐機(jī)組概況

生產(chǎn)單元	連續(xù)退火爐生產(chǎn)線情況	主要產(chǎn)品
一冷軋	連退機(jī)組1條，熱鍍鋅1條，在建連退1條	家電板，建材板
二冷軋	連退機(jī)組1條	鍍錫薄板
三冷軋	連退機(jī)組1條，熱鍍鋅2條	家電板，建材板，部分汽車(chē)板
四冷軋	連退機(jī)組1條，熱鍍鋅2條，在建熱鍍鋅1條	高級(jí)汽車(chē)外板，內(nèi)板，部分家電板
五冷軋	連退機(jī)組1條，熱鍍鋅2條（剛投產(chǎn)）	汽車(chē)板，家電板

 

其中四冷軋的主要產(chǎn)品種類為高級(jí)汽車(chē)外板、內(nèi)板及部分高級(jí)家電用板。主要機(jī)組有連退（CAPL）、1#熱鍍鋅（1CGL）、2#熱鍍鋅（2CGL），這三 條以汽車(chē)板為主要產(chǎn)品的生產(chǎn)線代表著國(guó)內(nèi)冷軋帶鋼連續(xù)退火爐最為先進(jìn)的水平。本文重點(diǎn)對(duì)這3條機(jī)組的節(jié)能情況進(jìn)行討論。

汽車(chē)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(chē)板連續(xù)退火爐通過(guò)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(jiàn)表2。

表2 寶鋼四冷軋三條退火爐機(jī)組的概況

機(jī)組	CAPL	1CGL	2CGL
設(shè)計(jì)能力/萬(wàn)噸	96	47	36
輻射管數(shù)量/根	333	231	159
折合COG消耗量/km3	3800	1600	1350
占本機(jī)組的工序能耗百分比/%	47	32	39
主要煙氣余熱回收設(shè)備	低壓熱交換器	余熱鍋爐	過(guò)熱水系統(tǒng)
煙氣排放溫度/℃	300～350	200～230	180～220

 

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(guò)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(guò)余熱回收后，熱回收率基本為10%～14%。

這種余熱回收技術(shù)的特點(diǎn)是利用煙氣熱量通過(guò)熱交換器來(lái)加熱水或氣，應(yīng)用到本機(jī)組的其他工序中，其最大的優(yōu)點(diǎn)是熱交換系統(tǒng)壓力低，不構(gòu)成壓力容器，維護(hù)方便，沒(méi)有安全隱患；缺點(diǎn)是熱回收效率低，投資也比較大。

以連退機(jī)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(jī)的極限耐熱溫度在400℃，為確保廢氣風(fēng)機(jī)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(guò)高，該吸冷風(fēng)口的閥門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，從外界吸入冷空氣，來(lái)降低廢氣最終排放溫度。經(jīng)過(guò)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(shí)候，煙氣溫度很高，有時(shí)為了確保熱交換器不因過(guò)熱受損，必須要用大量 的純水來(lái)冷卻熱交換器，經(jīng)過(guò)熱交換器的熱水大于本機(jī)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(fèi)。

1CGL機(jī)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(guò)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(guò)200℃，在燒嘴最大工作能力時(shí)，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(shí)，富裕的蒸汽將補(bǔ)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(wèn)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(lái)比較麻煩，每年要對(duì)安 全閥校驗(yàn)，要定期探傷檢查等，維修費(fèi)用也相對(duì)多一些。

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(guò)熱水系統(tǒng)。如圖3所示，過(guò)熱水系統(tǒng)是一個(gè)封閉的高壓循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壓力為1.2MPa， 在這種壓力情況下，采用煙氣余熱對(duì)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(guò)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(guò)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(jiǎn)單，投資也小，維護(hù)起來(lái)相對(duì)容易一些。

過(guò)熱水系統(tǒng)是一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)，如果系統(tǒng)沒(méi)有泄漏，是不用經(jīng)常補(bǔ)水的。而余熱鍋爐為了產(chǎn)生蒸汽實(shí)際上還要消耗很多純水，因此過(guò)熱水系統(tǒng)比余熱鍋爐要好的多。

對(duì)這三種余熱回收形式的簡(jiǎn)單比較見(jiàn)表3。

  表3 三種余熱回收形式的簡(jiǎn)單比較表

比較項(xiàng)目	低壓熱交換器	余熱鍋爐	過(guò)熱水
投資	較高	最高	最低
設(shè)備復(fù)雜程度	復(fù)雜	比較復(fù)雜	簡(jiǎn)單
熱回收效果	一般	最好	較好
熱回收能力	一般	最好	較好

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(guò)熱水系統(tǒng)是一種投資小、熱回收效率高的最佳選擇。

 

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(shí)考慮在退火爐本體上實(shí) 施節(jié)能技術(shù)。要在連續(xù)退火爐機(jī)組上實(shí)施節(jié)能措施，最重要的是要先對(duì)整個(gè)退火爐的熱平衡進(jìn)行測(cè)試，也就是說(shuō)，通過(guò)測(cè)試，分析出熱能在各個(gè)環(huán)節(jié)的利用，并針對(duì) 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(jī)組為例對(duì)熱平衡測(cè)試的結(jié)果。

表4 某熱鍍鋅機(jī)組熱平衡測(cè)試結(jié)果

產(chǎn)品	單耗	帶鋼吸熱		熱損失				熱回收
		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
全年平均（包括機(jī)組停機(jī)和短期維修）	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%。

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(shí)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(guó)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(guó)產(chǎn)設(shè)備故障也比較多，因此,還沒(méi)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(qiáng)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(shí)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(jiàn)效快、改造量 小。兩種熱交換器通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬燃燒測(cè)試的對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5。

從熱平衡測(cè)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(huì)隨著錨固釘直接傳遞到爐殼,一個(gè)退火爐的錨固釘有上萬(wàn)根,會(huì)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(bǔ)方便等優(yōu)點(diǎn)。

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(shí)，爐殼溫度只有40～50℃。兩種爐墻保溫結(jié)構(gòu)爐殼溫度的對(duì)比見(jiàn)圖7。