熱軋加熱爐換熱器改造

熱軋加熱爐換熱器改造 溫亞成 （新鋼釩熱軋板廠） 摘 要： 介紹了熱軋加熱爐實(shí)施高效換熱器改造的基本情況及改造效果。換熱器作為熱軋加熱爐重要余熱利用設(shè)備之一，實(shí)施高效化改造，有利于降低加熱爐燃耗，達(dá)到節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益之目的。 關(guān)鍵詞： 加熱爐；換熱器；螺旋片；高效化 0 引言 加熱爐是熱軋廠的重要設(shè)備之一，同時也是熱軋工序的能耗大戶，其燃料消耗約占熱軋工序總能耗的 63%。而換熱器又是加熱爐重要余熱利用設(shè)備，一般用于預(yù)熱加熱爐助燃空氣，以達(dá)到降低加熱爐燃耗之目的 1。新鋼釩熱軋板廠加熱爐 原設(shè)計采用金屬片狀管換熱器，空氣預(yù)熱溫度只能達(dá)到350 450 ，存在換熱效率低，節(jié)能效果差等問題，不利于當(dāng)前節(jié)能減排工作的深入開展，同時在換熱器使用壽命的末期，其高溫管組發(fā)生破損現(xiàn)象，漏風(fēng)問題日益嚴(yán)重，已達(dá)到影響正常生產(chǎn)的程度。因此，有必要實(shí)施加熱爐換熱器改造，以提高助燃空氣預(yù)熱溫度，降低加熱爐燃耗，促進(jìn)節(jié)能減排，滿足生產(chǎn)需求，進(jìn)一步提高經(jīng)濟(jì)效益。 1 改造前換熱器基本狀況 熱軋加熱爐采用下排煙方式，出爐煙氣從裝料端爐兩側(cè)的排出口經(jīng)豎煙道進(jìn)入水平煙道，穿過裝爐輥道下部后匯合在一起進(jìn)入總水平煙道，然 后經(jīng)過安裝在水平煙道內(nèi)的二行程換熱器和煙道調(diào)節(jié)閘板后進(jìn)入煙囪，由煙囪排入大氣中。 改造前換熱器存在的主要問題是：采用單純的片狀管式換熱器，在同等的熱負(fù)荷和排煙溫度條件下，存在換熱效率低，空氣預(yù)熱溫度低（只能達(dá)到350 450 ）等問題，同時由于生產(chǎn)過程中煤氣熱值波動大，空煤配比不合理等問題，造成部分時段爐內(nèi)煤氣燃燒不充分，燃燒不充分的殘余煤氣漂流到煙道內(nèi)繼續(xù)燃燒，進(jìn)而造成換熱器前煙氣溫度異常偏高，加劇換熱器管壁氧化并逐漸破損漏風(fēng)，換熱器漏風(fēng)嚴(yán)重時還曾發(fā)生加熱爐因供風(fēng)量不足而影響生產(chǎn)的問題，被迫增加備用 風(fēng)機(jī)供風(fēng)，從而進(jìn)一步降低空氣預(yù)熱溫度，并增加電耗。 2 改造方案 為提高換熱效率，進(jìn)一步降低加熱爐燃耗，國內(nèi)外先進(jìn)企業(yè)均廣泛開展高效換熱器的研發(fā)工作，采用帶插入件的換熱器，利用插入件以強(qiáng)化換熱效果是目前研發(fā)高效換熱器的有效途徑。同時，通過換熱器材質(zhì)選擇和研究換熱器保護(hù)措施等方法以提高換熱器使用壽命。 螺旋插入件的選擇 為了掌握插入件換熱器的傳熱特性和阻力特性，通過查閱相關(guān)技術(shù)資料和詳細(xì)的比較分析，統(tǒng)計與實(shí)際換熱器使用溫度接近的幾個溫度區(qū)和速度區(qū)、五種形式的插入件和幾種管徑的上千組數(shù)據(jù) ，回歸得到相應(yīng)的傳熱及阻力特性。結(jié)果表明：螺旋插入件是各種插入件中增加管內(nèi)傳熱系數(shù)最大的一種，提高幅度一般為光管的 20% 30%；同時在傳熱系數(shù)相同的條件下，采用螺旋插入件后管內(nèi)阻力只有光管的 60% 80%，根據(jù)這些特點(diǎn)可以設(shè)計出高效的換熱器。各種插入件傳熱系數(shù)和阻力的比較見表 1。從表 1 可以看出，采用螺旋片形（大螺距）插入件強(qiáng)化換熱，具有傳熱系數(shù)大，阻力損失小的特點(diǎn)。 防止低溫腐蝕 在換熱器低溫側(cè)，后幾排管組的煙氣溫度和空氣溫度都較低，尤其在加熱爐負(fù)荷減小，換熱器管壁溫度過低時，煙氣中含硫氣體易結(jié) 露造成管壁低 34 2009 年第 32 卷第 2 期 溫硫腐蝕。傳統(tǒng)的防止低溫硫腐蝕辦法是設(shè)置冷風(fēng)管旁通，以減小流向換熱器的風(fēng)量，提高熱風(fēng)溫度，但實(shí)現(xiàn)這一過程的自動控制較難，且會增大投資費(fèi)用，否則就達(dá)不到有效控制低溫階段含硫氣體對管壁腐蝕的目的。本次改造另辟蹊徑，即在低溫管組內(nèi)加套管并取消套管部分的螺旋插入件，可以有效地提高低溫管組管壁溫度，達(dá)到防止低溫硫腐蝕的目的。 表 1 各種插入件傳熱系數(shù)和阻力的比較 插入件形式 光管 /% 一字形 /% 十字形 /% 螺旋片形（小螺距） /% 螺旋片形（大螺距） /% 阻力相同的傳熱系數(shù) 100 105 119 100 114 115 127 120 135 傳熱系數(shù)相同的阻力 100 68 89 74 100 62 80 60 76 防止高溫變形 換熱器高溫側(cè)前幾排管組受高溫?zé)煔饧案邷責(zé)煹赖妮椛?，溫度較高，因此其受熱變形最大，解決好前幾排管組的熱變形也是延長換熱器壽命的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的換熱器采用另加高溫側(cè)的保護(hù)管組的辦法，以定期更換保護(hù)管組的方式達(dá)到延長壽命的目的；或可采用彎曲高溫側(cè)管子的辦法來減輕熱變形，但換熱器常采用的高 管延伸率很低，預(yù)彎方式易造成鋼管裂紋影響使用壽命。隨著技術(shù)的發(fā)展 ，更為有效的技術(shù)得到發(fā)展并獲得實(shí)際應(yīng)用，即在換熱器高溫側(cè)前幾排管組設(shè)置預(yù)壓縮補(bǔ)償器，實(shí)踐證明此技術(shù)是消除熱變形的有效措施。 熱器材質(zhì)選擇 提高換熱器壽命除了要解決上述熱變形及低溫腐蝕問題外，另一點(diǎn)就是管組材質(zhì)的選擇。往往換熱器損壞在高溫側(cè)的前幾排管子，對于空氣預(yù)熱溫度 550 和 620 而言，高溫側(cè)的前幾排管子的管壁溫度相差很小，因此，管子的材質(zhì)選擇主要取決于高溫?zé)煔獾臏囟?。改造前熱軋加熱爐換熱器高溫管組采用 11一種奧氏體不銹鋼，可在 600 以下長期使用，短時也 可在650 以上使用，但最高不得超過 800 ，不能滿足加熱爐正常生產(chǎn)條件下排煙溫度 750 850 的使用要求。因此，為了保證換熱器的壽命，金屬換熱器高溫管組材質(zhì)的最佳選擇為高牌號滲鋁管材0本牌號 但這種材料目前國內(nèi)不能生產(chǎn)，依靠進(jìn)口是不經(jīng)濟(jì)的。調(diào)研表明：高溫管組選用滲鋁管材，在使用過程中鋼的表面將形成一層致密的 化膜，對母材有很好的保護(hù)作用，同時管壁表層形成的鋁鐵化合物和固溶體結(jié)晶組織具有耐高溫、抗氧化和防腐蝕的性能。因此，本 次 加 熱 爐 換 熱 器 改 造 中 的 高 溫 管 組 選 用0溫管組選用 0溫管組選用09此選擇換熱器材質(zhì)，最大限度地提高了換熱器性價比，降低了改造成本。 采用帶插入件的高效管狀換熱器后可以將助燃空氣預(yù)熱到 550 600 ，以達(dá)到節(jié)約能源的目的，改造后的空氣換熱器主要性能見表 2。 表 2 改造后的空氣換熱器主要性能表 換熱器行 程 /數(shù) 換熱器煙氣溫度 / 進(jìn)換熱器煙氣流量 / 熱器空氣溫度 / 預(yù)熱空氣流量 / 口 出口 入口 出口 額定值 2 800 432 125 349 20 600 105 100 最大值 850 497 154 284 35 620 125 248 換熱器保護(hù)措施的制定與應(yīng)用 為提高換熱器使用壽命，除上述在材質(zhì)選擇方面考慮外，通過以下措施加強(qiáng)對換熱器的保護(hù)。 (1)采用合理的熱風(fēng)放散，在空氣預(yù)熱溫度超高時進(jìn)行必要的放散保護(hù)。即當(dāng)熱風(fēng)需要量減少（預(yù)熱空氣溫度超過 620 ）時，放散部分熱風(fēng)以降低管壁溫度，避免管壁氧化燒損。 (2)建立完善的監(jiān)控系統(tǒng)，包括換熱器前后溫度測量、熱風(fēng)溫度測量和熱風(fēng)溫度超高報警等。 (3)當(dāng)進(jìn)換熱器煙氣溫度 超過 850 時，利用稀釋風(fēng)機(jī)往煙道摻入冷空氣進(jìn)行稀釋，以降低換熱器前煙氣溫度，提高換熱器保護(hù)效果。 攀 鋼 技 術(shù) 35 (4)開發(fā)煤氣熱值監(jiān)控系統(tǒng)，并根據(jù)煤氣熱值的變化情況，合理設(shè)置空煤配比，確保加熱爐內(nèi)煤氣完全燃燒，避免煙道內(nèi)殘余煤氣二次燃燒。 3 改造效果 加熱爐換熱器改造后運(yùn)行正常，空氣側(cè)阻力損失基本在 2 000 2 500 圍內(nèi)， 換熱器改造前 后運(yùn)行指標(biāo)對比見表 3。從表 3 可以看出，在加熱 爐產(chǎn)量和換熱器前煙氣溫度基本一致的情況下，改造后換熱器的空氣預(yù)熱溫度平均達(dá)到 ，達(dá)到改造目標(biāo)的要求，較改 ，加熱爐煤氣單耗達(dá)到 J/t，較改造前降低 J/t，降幅 此外，通過換熱器高效化改造，還解決了加熱爐因供風(fēng)不足而影響生產(chǎn)的問題，同時避免了啟用 400 用風(fēng)機(jī)保產(chǎn)的問題 ,具有節(jié)電效益。表 3 換熱器改造前后運(yùn)行指標(biāo)對比（括號內(nèi)為月平均值） 年 煤氣單耗 /熱爐產(chǎn)量 /t 換熱器前煙氣溫度 / 空氣預(yù)熱溫度 / 改造前 200771 53 845（ 799） 352 446（ 399） 200752 61 857（ 809） 348 453（ 401） 200762 45 861（ 803） 357 455（ 406） 平均 62 造后 200853 38 853（ 796） 541 602（ 572） 200880 46 868（ 807） 553 598（ 576） 200855 53 849（ 801） 548 613（ 581） 平均 63 結(jié)語 （ 1）插入件管式換熱器較一般換熱器具有傳熱效率高，體積小，氣密性好，維護(hù)方便的特點(diǎn)。在熱軋加熱爐改造應(yīng)用這種換熱器，可解決換熱器熱變形、低溫腐蝕等方面的技術(shù)問題，使換熱器的技術(shù)性能和使用壽命得到充分保證。 （ 2）熱軋加熱爐通過改造換熱器，助燃空氣預(yù)熱溫度從改造前的平均 402 提高到改造后的平均 576 ，提高了換熱效率，達(dá) 到了降低加熱爐燃耗的目的，具有良好的投入產(chǎn)出效果。實(shí)施換熱器高效化改造對當(dāng)前工業(yè)企業(yè)廣泛開展的節(jié)能減排工作具有重要的參考價值。參考文獻(xiàn) 1 梁 超，王 維，彭紅喜 冶金能源， 2001， 20（ 5）： 42編輯 余文華 收稿日期 ： 2008 100 萬 t 稀土不銹鋼項目落戶中寧 2009 年 2 月 27 日，寧夏萬隆新材料公司 100 萬 t 稀土不銹鋼項目簽 約儀式在寧夏中寧縣中衛(wèi)紅寶賓館舉行