加热炉热效率影响因素分析及改进方法

加热炉热效率影响因素分析及改进方法

侯欢欢

宝钢湛江钢铁有限公司

摘要：随着社会的发展,能源短缺、环境污染问题已经成为世界性难题。为此,国内外学者提出了各种改进措施。热效率是指加热炉内部单位面积内热能得到充分利用所产生的经济效益，以及减少排放量和能耗指标。本文通过对加热炉进行研究，提出了提高加热炉整体热利用率及效益、降低轧机的能耗的优化措施，以延长设备的使用寿命。同时，也为其他金属产品热处理提供一定的参考与借鉴，最后以某公司热轧厂轧钢为例，针对该企业在实际应用过程中存在的问题进行研究,以期促进我国钢铁行业的可持续发展。

关键词：加热炉热效率；影响因素；改进

引言

目前，钢铁企业的能源消耗竞争激烈，随着企业节能减排努力和经济效率要求的提高，节能和综合资源利用技术水平在实践中不断提高，有利于中国钢铁企业节能减排的过程。热轧加热炉作为轧钢厂的主要设备，占热轧轧钢工序的能耗约为80%，与浦项制铁、日本铁等发达国家钢厂相比，具有更大的节能潜力，影响更大。国内外研究人员目前对加热炉的研究主要集中在加热过程的控制、炉温度的最佳调节、炉温度最佳分布的确定以及加热过程控制系统的开发；关于能源使用，主要涉及过程的能源分配和消耗以及剩余热资源潜力的研究；还对不同工艺下坯料内部温度和坯料加热特性的模拟和预测进行了研究。

1轧钢加热炉概述

轧钢加热炉是指利用高效率的连续式生产设备,以提高产品质量和产量。随着经济水平的不断发展,热工技术也在飞速进步中。但由于轧制工艺复杂多变、操作难度大，导致加热过程中对温度的要求较高且要保证连续性。我国目前大部分热轧厂采用的是连续式、单板带以及双辊可逆循环方式进行轧制加工，而近几年来，随着计算机技术和自动化控制技术的飞速发展，以及应用领域的不断扩大，导致新型高效节能环保产品逐步进入人们的视野并得到快速应用。因此，如何提高加热炉的热效率成为研究课题中一个重要问题。

2热效率影响因素分析

加热炉的热效率表示向炉子提供的热量被有效利用的程度，即被加热介质吸收的有效热量与燃料燃烧放出的总热量之比。一般情况下采用反平衡法计算炉效，即通过测定各种燃烧产物热损失和加热炉散热损失来确定热效率。

热效率=100%-排烟热损失（%）-未完全燃烧损失（%）-散热损失（%）

排烟热损失=（3.5×空气系数+0.5）×（排烟温度-环境温度）/100

未完全燃烧损失=3.2×空气系数×排烟处CO（%）

由此可见，影响加热炉热效率的主要因素为空气系数、排烟温度、散热损失。空气系数定义：加热炉燃烧使用的燃料与空气混合燃烧时存在不均匀性，燃料完全燃烧所需实际空气量与理论空气量的比值为空气系数。

式中：α为空气系数；VK为实际燃烧空气量，m3；V0为理论燃烧空气量，m3。在加热炉的实际运行中，燃料燃烧受热面的传热过程非常复杂。空气系数的变化对加热炉的排烟热损失、气体未完全燃烧热损失有很大的影响。排烟热损失与空气系数关系见图1。如图1所示，空气系数越大，从加热炉烧嘴风门进入的空气量越多，多余的空气带走大量热量随烟气排放至大气，排烟热损失就越大。

气体不完全燃烧热损失与空气系数关系见图2。当空气系数在1.2～1.77，燃料燃烧充分，气体未完全燃烧热损失近似为0。当空气系数大于1.77时，未完全燃烧热损失逐渐增大。主要原因：一方面是空气系数增大，进入炉膛内的空气增多，炉膛温度下降导致CO不能完全燃烧；另一方面由于空气系数的增大，烟气在炉膛内的流速加快，燃料在炉膛内未能充分燃烧就被排出，致使未完全燃烧热损失增大。

通常空气系数取1.05~1.15，当空气系数＜1.16时，排烟损失随空气系数降低而降低，未完全燃烧热损失则随着空气系数降低而升高，总体热效率呈下降的趋势。而当空气系数＞1.16时，空气系数增加会使热效率降低。

3轧钢加热炉热效率的影响因素

3.1燃烧料品质不好造成腐蚀积灰

热效率是影响轧件质量的重要因素。加热轧制、切削加工等工艺流程中都会产生大量影响钢产品质量及产量因素，如轧件变形率大引起拉伸强度降低，板坯过烧、脱碳等,这些问题直接造成成本过高,也间接对工业发展带来不利影响。

3.2运行负荷低于设计值

在轧钢的生产过程中存在以下问题：由于产能不饱满，加热炉存在等待、频繁升降温、空炉空烧的现象，导致加热效率低,热损浪费严重。针对这些问题的优化对策：首先要提高轧机运行负荷；其次要控制好温度波动范围、调节器参数，以适应不同区域加热炉的生产要求,从而降低热工过程中的损失效率，并增加经济效益、改善环保节能效果。

4提高热效率方法

4.1立柱双层绝热包扎，减少冷却水带走热量

由水梁柱的冷却水引起的热损失通常是指在加热炉的正常生产操作状态下，通过水梁柱中的耐火材料涂层以及水梁柱内的水梁柱管壁在炉内排出热量而形成的热损失，冷却介质的不间断循环在炉内产生热量。水梁柱的正常合理强度材料涂层结构应为20mm厚的纤维棉（或新材料纳米绝热毯）+50mm厚的低水泥浇注，这种结构既能确保水梁柱安全稳定运行，又能降低其导热性，从而减少水梁柱带走的热损失，理论计算节能约3%。

4.2合理设计加热炉烧嘴结构

加热效率的提高不仅会实现节能减排,还会增加生产成本。热工况下产生炉内温度分布不均，会对产品质量造成影响。所以，我们需要优化燃烧器设计，改进其性能和经济性，合理布置结构、改进燃烧器和冷却方式等措施，采用先进的自动控制技术可以有效改善温度场分布及状态调整情况。通过对现有设备进行分析、研究，找出最适合的工艺参数，在原有技术的基础上提出新方法，以达到高产能、低消耗的目的,从而提高加热效率及节能减排率,为轧线提供合格的加热板坯。

4.3合理控制空气消耗系数

空气供应过高，导致能耗增加。一般来说，常规燃烧器的空气消耗系数应控制在1.05~1.25，并结合实际情况确定。对于不同的加热炉，不同的燃烧器，不同的产品工艺，空气消耗系数不同，不合理的控制也会影响产品的加热质量。结合现实，为了确保燃料完全燃烧并满足加热质量，控制加热炉烟气中氧含量的当前目标为1.0%至3.5%，即空气消耗系数为1.05至1.16。

4.4规范轧钢加热炉的具体操作

生产过程中的温度、传热、设备运行、煤气消耗等因素都会导致产品出现问题。优化控制参数以满足实际运行要求，确保最佳燃烧效率并减少对环境的影响，从而制定加热的操作规范，升降温制度，不同品种的工艺等。从热回收段到加热段再到最终均热段，都采用了各种方法来消除和控制传热问题，提高热利用效率，降低能耗，提高产品质量，缩短生产周期。

4.5对加热炉热回收段炉长进行延长

加热炉采取热回收段、预热段、加热段、均热段的设计炉型。对于热效率来说，直接利用煤气燃烧产生的热量对板坯加热，相比利用二次回收烟气的预热加热空气或者煤气再对板坯加热，热效率要高，减少了热量转换和传递的损失。为此，在加热炉设计的时候，充分考虑烟气回收利用，延长热回收段，提高烟气预热一次利用，减少热损失，提高热效率。

结束语

加热炉作为轧钢生产中最重要的环节之一，其热效率直接影响钢材的质量和经济效益。通过改变炉子采用的绝热材料、空燃比、燃烧过程进行分析。基于这些特点，提出了合理可行的优化措施。提高加热炉炉膛内烟气一次利用系数或降低炉体的散热损失，以提高产品质量是改善这一现象的最重要方法，可以达到降低生产成本的目的。

参考文献

[1]邹善义.提高加热炉热效率的方法分析[J].石化技术,2019

[2]赵雪峰,新型高效加热炉的研制.黑龙江省,大庆油田有限责任公司油田建设设计研究院,2018

[3]曲照涛.提高加热炉运行效率方法研究[J].石油石化节能,2018

[4]杨建芳.提高加热炉热效率助力重轨高质量发展[J].工业计量,2018

[5]秦学岗,张爱萍.试述提高加热炉热效率的技术[J].云南化工,2018