鍋爐煙氣分析在軋鋼加熱爐中的應(yīng)用

　　隨著鋼鐵產(chǎn)量的增長(zhǎng)，鋼鐵工業(yè)能耗占全國(guó)總能耗的比重越來越高。加熱爐是軋鋼廠的主要耗能設(shè)備之一，其能耗占軋鋼工序能耗的60~70%，能耗水平直接影響軋鋼生產(chǎn)成本，因此降低加熱爐能耗是軋鋼節(jié)能的主要方向和目標(biāo)。我國(guó)冶金行業(yè)軋鋼加熱爐幾千余座，包括今年新建或改造的蓄熱式加熱爐，在運(yùn)行、使用過程或多或少地存在問題，其能耗水平相差很大，有的加熱爐單耗高達(dá)70~80kg/t，節(jié)能潛力十分巨大。因此，提高軋鋼加熱爐的能耗水平對(duì)鋼鐵企業(yè)的節(jié)能有著重要意義。

　　一、軋鋼加熱爐的熱平衡分析

　　燃料在鍋爐中燃燒所放出的熱量一部分通過受熱面被鍋爐中的水喝蒸汽吸收而得到有效利用，其余部分則以不同的方式損失掉了，這種鍋爐熱量的收支平衡關(guān)系，即為熱平衡。

　　燃料燃燒發(fā)出的熱量中，有效利用的熱量是使風(fēng)溫、煤氣溫度和鋼坯溫度提高所必須傳入的熱量。鍋爐煙氣帶走的物理熱是熱損失中的主要部分。當(dāng)鼓風(fēng)量過大時(shí)（即空燃比α偏大），雖然能使燃料充分燃燒，但煙氣中過剩空氣量偏大，表現(xiàn)為煙氣中氧氣含量偏高，過剩空氣帶走的熱損失增大，導(dǎo)致熱效率η偏低。與此同時(shí)過量的氧氣會(huì)和燃料中的S、煙氣中的N2反應(yīng)生成SO2、NOx等有害物質(zhì)。而對(duì)于軋鋼加熱爐，煙氣中的氧氣含量過高，還會(huì)導(dǎo)致鋼坯氧化鐵皮增厚，增加氧化燒損。

　　當(dāng)鼓風(fēng)量偏低時(shí)（即空燃比α偏小），表現(xiàn)為煙氣中氧氣含量低，CO含量高，雖說排煙熱損失小，但燃料沒有*燃燒，熱損失增大，熱效率也將降低。

　　二、燃燒效率分析

　　在熱平衡的基礎(chǔ)上，可以計(jì)算出鍋爐的熱效率，用以判斷鍋爐的性能和運(yùn)行水平，還可以計(jì)算鍋爐的燃料消耗量。主要參數(shù)有排煙熱損失、化學(xué)未*燃燒熱損失、鍋爐散熱損失、進(jìn)入鍋爐的燃料熱量、鍋爐燃料消耗量。

　　1、 排煙熱損失指平時(shí)出鍋爐的煙氣具有的焓值高于進(jìn)入鍋爐的空氣的焓值而造成的熱損失。

　　2、 化學(xué)未*燃燒熱損失是指排煙中含有未燃盡的CO、H2等可燃?xì)怏w造成的熱損失。

　　3、 鍋爐散熱損失是指爐墻、鍋筒、集箱以及管道等外表面向外界空氣散熱所造成的熱損失。其大小主要取決于散熱表面積的大小、水冷壁和爐墻的結(jié)構(gòu)、保溫層的性能和厚度，以及周圍空氣的溫度等因素。一般來說，鍋爐容量增大，其結(jié)構(gòu)緊湊，平均到單位燃料的鍋爐表面積減少，散熱損失相對(duì)值也減少。

　　4、 進(jìn)入鍋爐的熱量可按下式計(jì)算（用于無外部熱源加熱空氣的情況）：

　　Qr=Qdwy+irKJ/m3

　　式中：Qdwy為燃料的應(yīng)用基低位發(fā)熱量KJ/m3；ir為燃料中的物理顯熱。

　　5、 鍋爐燃料消耗量可按下式計(jì)算：

　　B=100[Dgr（igr-igs）+Dps(ips-igs)]/η•Qr

　　式中：Dgr為過熱蒸汽量，kg/h；Dps為鍋爐機(jī)組排污水量，kg/h；igr為過熱蒸汽焓，kJ/Kg；igs為給水焓，kJ/Kg；ips為飽和水焓，kJ/h。

　　深入分析，測(cè)定各項(xiàng)熱損失，則可以找到減少熱損失，提高鍋爐熱效率的途徑。

　　三、軋鋼加熱爐的節(jié)能途徑

　　1、減少煙氣帶走的熱量

　　1）正確控制燃燒過程中的空氣系數(shù)，合理地組織燃料的燃燒。在保證燃料*燃燒的前提下，應(yīng)盡量降低空氣過剩系數(shù)，以減少煙氣量。

　　2）正確控制爐膛壓力，減少冷空氣的吸入和高溫氣體的逸出，當(dāng)爐子負(fù)壓操作或某個(gè)局部為負(fù)壓時(shí)，勢(shì)必吸入冷空氣，這將增大煙氣量，若為正壓時(shí)，將逸出高溫?zé)煔狻?quán)衡二者，應(yīng)采取微正壓操作，嚴(yán)格控制爐膛壓力，使逸氣熱損失降到小。

　　2、降低排煙溫度，加強(qiáng)余熱利用

　　1）利用換熱器余熱助燃空氣及煤氣，一方面使排煙溫度降低，另一方面也使煙氣余熱得以利用。

　　2）在換熱器的選用上，要科學(xué)準(zhǔn)確地提高煙氣進(jìn)出預(yù)熱器后允許壓降給制造廠家，避免因預(yù)熱器的阻力過大而使煙囪的抽力不夠，造成大量煙氣從爐尾進(jìn)鋼口冒出，空氣、煤氣的預(yù)熱溫度難以提高。

　　3、搞好熱風(fēng)、熱煤氣管道的保溫包扎工作

　　一般熱風(fēng)、熱煤氣管道的布置復(fù)雜，散熱面積大，如果保溫不好勢(shì)必造成很大的熱損失。1994年《國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣計(jì)劃》中推出了FBT系列復(fù)合保溫涂料，該復(fù)合保溫涂料具有施工方便、使用壽命長(zhǎng)、粘接力強(qiáng)、抗振動(dòng)、不變形、理化性能穩(wěn)定和表面平整美觀的特點(diǎn)，特別適合于加熱爐和熱風(fēng)、煤氣管網(wǎng)的保溫。

　　4、合理選用燒嘴，提高燃料利用率和加熱質(zhì)量

　　1）平焰燒嘴能將爐墻或爐頂內(nèi)表面均勻加熱到很高的溫度，形成輻射能力*的爐墻和爐鼎。因此有利于將鋼坯（錠）均勻加熱和強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱過程，顯著改善加熱質(zhì)量，提高爐子生產(chǎn)力和降低燃料消耗。

　　2）可推廣使用火焰長(zhǎng)度可調(diào)燒嘴。為了使坯料加熱均勻，尤其是在產(chǎn)量降低和爐子待軋時(shí)，爐子的熱負(fù)荷需要減少，而某些燃燒段上的燒嘴便會(huì)出現(xiàn)燒嘴能力下降、火焰長(zhǎng)度縮短，在這種情況下坯料在爐內(nèi)的受熱就非常的不均勻，亦可出現(xiàn)局部過熱或過燒現(xiàn)象。若采用火焰長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)燒嘴就可避免這種現(xiàn)象。

　　四、軋鋼加熱爐監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

　　1、排煙溫度及煙氣的空氣系數(shù)

　　在熱指出項(xiàng)目中，出爐煙氣帶走的熱量所占比例很大，一般為25%~38%左右。影響其大小的主要因素就是排煙溫度和排煙處的空氣過剩系數(shù)α。過量空氣系數(shù)過大或過小都會(huì)產(chǎn)生不良后果，過大會(huì)導(dǎo)致煙氣體積增大，爐膛溫度降低，增加排煙熱損失，熱效率降低；過小會(huì)使燃料燃燒不充分，產(chǎn)生大量CO，污染環(huán)境，同時(shí)也增大了不*燃燒熱損失?？梢哉f過量空氣系數(shù)的大小直接影響鍋爐的熱工性能，即鍋爐熱效率。一般過量空氣系數(shù)控制在1.05~1.20之間。

　　要想準(zhǔn)確地控制過量空氣系數(shù)，一般采用燃燒效率分析儀抽取煙道氣體實(shí)時(shí)分析其煙道氣中CO、O2和CO2的含量，并計(jì)算得到過量空氣系數(shù)。銳意自控基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)氣體傳感器硬件及軟件核心技術(shù)，針對(duì)軋鋼加熱爐的運(yùn)行調(diào)控需求，設(shè)計(jì)出一款燃燒效率分析儀Gasboard-3400(P)，在鋼鐵行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

　　Gasboard-3400(P)采用紅外氣體分析技術(shù)，并結(jié)合長(zhǎng)壽命電化學(xué)傳感器技術(shù)，可同時(shí)測(cè)量煙道氣體中CO、CO2、O2含量及0℃~1200℃范圍內(nèi)的排煙溫度，需要時(shí)還可擴(kuò)展SO2、NOx等氣體的測(cè)量，為燃料燃燒控制提供更多的參考依據(jù)。同時(shí)還具有抗干擾性好、不受取樣流量影響、壽命長(zhǎng)、靈敏度高，精度高，量程范圍廣等不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

　　2、爐渣含碳量

　　爐渣含碳量增加，一方面使機(jī)械不*燃燒熱損失加大，能耗增加；另一方面也影響燃料的燃燒，使煤與風(fēng)的比例放生變化，從而影響火焰的溫度和氣氛。

　　3、爐體外表面溫度

　　爐體散熱損失，其大小與爐體表面溫升成正比，由于近幾年隔熱材料的迅猛發(fā)展，爐體的保溫效果普遍好轉(zhuǎn)，所以該項(xiàng)熱指出占2%~5%。

　　4、可比單位能耗

　　為了使加熱爐的能耗具有可比性，應(yīng)測(cè)算加熱爐的可比單耗。所謂可比單耗就是以合格加熱鋼坯（錠）折合質(zhì)量計(jì)算的單位產(chǎn)品燃料消耗。

　　五、軋鋼加熱爐監(jiān)測(cè)要點(diǎn)

　　1、檢查被測(cè)加熱爐的運(yùn)行情況，監(jiān)測(cè)應(yīng)在加熱爐處于正常生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行工況的穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行，監(jiān)測(cè)時(shí)間不小于2小時(shí)。測(cè)試項(xiàng)目數(shù)據(jù)每隔15~20分鐘記錄一次，取算術(shù)平均值。監(jiān)測(cè)之前應(yīng)檢查所用的儀器儀表，必須保證儀表完好，并應(yīng)在檢定周期內(nèi)，其精度不應(yīng)低于2.0級(jí)。

　　2、排煙溫度的測(cè)點(diǎn)，應(yīng)選在余熱回收裝置（換熱器）煙氣出口0.5米左右處，無余熱回收的可以不知在爐體煙氣出口1~2米的煙道上。測(cè)溫探頭應(yīng)插至煙道橫截面的中心位置。

　　3、煙氣取樣點(diǎn)應(yīng)與排煙溫度測(cè)定布置在同一煙道截面上，煙氣取樣和測(cè)溫要同步進(jìn)行。

　　4、爐渣的取樣應(yīng)注意均勻型和代表性。取樣、縮制方法按照GB-10180附錄A（補(bǔ)充件）進(jìn)行；化驗(yàn)分析按照《煤的工業(yè)分析方法》進(jìn)行。

　　5、爐體外表面溫度測(cè)點(diǎn)的布置應(yīng)具有代表性，視爐內(nèi)溫度區(qū)和爐體外表面面積的大小，一般取0.5~2平方米一點(diǎn)，同時(shí)應(yīng)避免受高溫輻射和溢氣的影響。測(cè)得的外表面溫度取其算術(shù)平均值為監(jiān)測(cè)結(jié)果。

　　6、軋鋼加熱爐可比單耗的計(jì)算方法參見冶金部（88）治能字083號(hào)“軋鋼加熱爐可比單耗等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)”。

　　六、結(jié)語

　　研究運(yùn)用合理的冶煉及熱加工工藝降低能耗是鋼鐵工業(yè)的一項(xiàng)基本任務(wù)。解決這個(gè)問題的途徑必須改造傳統(tǒng)工藝，盡量采用新工藝，實(shí)現(xiàn)從單一的設(shè)備節(jié)能向系統(tǒng)節(jié)能的轉(zhuǎn)變。加快加熱爐的技術(shù)改造，是投資少、見效快的有效節(jié)能手段。在技術(shù)改造的同時(shí)還應(yīng)密切關(guān)注其燃燒效率，以大限度的提高節(jié)能效果。