PDF《锻造加热炉烟气 余热利用节能改造》

3

8 冶金能源ENERGY FOR METALL URGI CAL I NDUS TRY V0 l _

3 3 No .

1 J a n .

2 0

1 4 锻造加热炉烟气 余热利用节能改造 张冰谢国威 (

1 .中钢集团邢 台机械轧辊有限公司,2 .中钢集团鞍山热能研究院有限公司) 摘要总结了对锻造加热炉烟气余热进行 回收利用节能改造的经验及效果.通过采用碳化 硅 质陶瓷空气预热器 替代 原有 的不锈钢空气预 热器 ,提 高空气预 热温度 ,提 高烟气 的热 回收 效率. 关键词 锻造加 热炉 烟气 空气 预热 器 节能 En e r g y―s a v i n g r e f o r m o f f o r g e f ur n a c e g a s h e a t r e c o v e r y Zh a n g Bi n g Xi e Gu o we i (

1 .S i n o s t e e l X i n g t a i Ma c h i n e r y a n d Mi l l R o l l C o . , L t d ,

2 .S i n o s t e e l A n s h a n R e s e a r c h I n s t i t u t e o f T h e r m o―E n e r g y C o . , L t d . ) Ab s t r a c t T h e e x p e r i e n c e a n d e f f o r t o f e n e r g y― r e f o r m o f g a s h e a t r ec o v e r y o n f o r g e f u ma c e w e r e s u mma r i z e d . B y s u b s t i t u t i n g s i l i c o n c a r b i d e a i r p r e―h e a t e r f o r o r i g i n a l s t a i n l e s s s t e e l a ir p r e―h e a t e r , t h e p r e―h e a t e d a i r t e mp e r a t u r e a n d t h e h e a t r ec o v e r y e f f i c i e n c y w e r e i mp r o v e d . Ke y wo r d s f o r g e f u ma c e g a s a i r p r e― ― h e a t e r e n e r g y― ― s a v i n g 台车式锻造加热窑炉是锻压工序的重点耗能 设备… ,使用 的主要燃 料为焦炉煤气 ,其耗量 占 公司煤气 消耗总量的

7 0 %.为降低加热炉 的 能耗 ,近两年来 ,进行 了多次节能改造 :首先 , 结合炉窑 的大修 ,进行全纤维 内衬及蓄热式 改造;

其次 ,采用计 算 机控制技 术 ,提 高控制精 度 ;

再次 ,针对高温烟气余热的回收利用 ,探索 适用于高温烟气的空气预热器.经以上几个方面 的改造 ,取得了显著的节能效果 . 因全纤维内衬或蓄热式改造所需费用较 高, 且对炉型的改造量大 ,只能结合大中修进行;

对 于一些不到大修期的炉窑 ,对其进行空气预热器 的节能改造 , 经济效益十分显著.

1 存在的问题 锻造加热炉炉温高 达1300~C,排烟 温度在 收稿 日期 :

2 0

1 3―

0 6―

0 9 张冰(1971一 ) , 工程 师;

054025河北省邢台市.

9 0

0 ℃以上 ,过去使用的空气预热器材质为不锈 钢.不锈钢材质在高温环境中,长期处于氧化气 氛会氧化 ,在烟气的冲刷下剥落,使得金属管变 薄 ,出现烧毁 、弯 曲变形的情 况,使用寿命短. 所以在实际使用时不得不在换热器前增加冷风装 置 ,将高温烟气降温后再经过空气预热器 , 造成 了高温烟气热量 的大量 损失 ,空气 只能预热到

3 0

0 ℃以下 ,不能充分 回收利用锻造加热炉余热 , 造成锻造加热炉热效率偏低.

2 改造方案分析

2 .

1 余热回收方式对比 烟气余热回收通常采用三种方法 :一是预热 工件 ;

二是预热助燃空气 ;

三是预热煤气.烟气 预热工件需 占用较大空间进行热交换 ,往往受到 作业场地 的限制 ( 间歇生产 的台车式炉窑 还无 法采用此种方法 ) .而预热煤气不需要使用如此 高温的烟气 ,且 出于安全性考虑 ,暂不实施.预 热助燃空气是一种较好的方法 ,加热炉上一般都 V0

1 .

3 3 No .1 J a n .

2 01

4 冶金能源ENE RGY F OR ME T AL L URG I C AL I ND US T RY

3 9 有安装 ,可提高燃料的理论燃烧温度 、改善燃烧 条件及提高燃烧气体的速度 ,从而达到节能的 目的.

2 .

2 空气预热器选择 在空气预热器的选择方面 ,经大量的市场调 研 ,与多家预热器制造厂家进行技术交流 ,最终 选择 了碳化硅质陶瓷换热器. 与金 属换热器相比,碳化硅质陶瓷换热器具有 耐腐蚀 、耐 高温等特点 ,在金 属换热 器使用受限的情况下得到了很好的发展 ,成为回 收高温余热的新型换热器.改造两年多来 ,碳化 硅质陶瓷换热器使用效果 良好 ,主要优点是 :导 热性 、抗氧化性 、抗 热震性 能好L

3 j ,高温 状态 下强度高,寿命长,维修量小 ,性能稳定 ,操作 简便等.尤其解决了各种高温工业窑炉排烟温度 过高 、余热无法有效利用的难题 . 碳化硅质 陶瓷换 热器与金属换 热器性 能对 比:(1)耐高温 .碳 化硅质 陶瓷换热 器使用温 度为 l

3 5

0 ℃ ~1

4 5

0 ℃;

金属换 热器使 用温度 为700℃ . (

2 )使用环境.碳化硅质陶瓷换 热器在1350~C条件下可长期使用 ,不需要高温保护 ;

在 烟气温度高于

7 0

0 ℃时 ,金属换热器就必须掺人 或鼓人冷风进行高温保护 . (

3 )使 用寿命 .由于碳化硅 质陶瓷换热 器 具备耐高温 、耐腐蚀 、抗氧化性能等特点 ,在同 等使用条件 下 ,其使 用寿命是金属换 热器 的数 倍. (

4 )缺点.抗震性 差 ,因碳 化硅材 质脆性 大 ,故预热器不能经受较大的震动 ;

可维护性也 较差 ,如有损坏需整 体更换 ,无 法进行 局部 修补.2.3改造方 案(1)为最 大限度地 提高热 回收效率 ,将碳 化硅质陶瓷换热器放置在锻造炉烟道 出 口附近 、 温度较高的地方 ,同时将原双行程改为四行程 , 增大换热面积.当窑炉温度为

1 2

5 0~1

4 5

0 ℃时, 烟道人 口的烟气 温度为

1 0

0 0~1

3 0

0 ℃,空气 预 热温度可达到

4 5 0~

7 5

0 ~ C,把热空 气作为助燃 风送人窑炉与燃气进行混合燃烧 ,大大减少 了助 燃空气所吸收的热量 .考虑到管道及阀门的安全 使用 ,以及供风系统与原烧嘴的设计能力 ,在仅 更换空气预热器而不对锻造加热炉进行大面积改 造 的情 况下 ,将空 气预 热温度 控制 在500oI=以下.(2)对原烟道进行局部修整 ,使 碳化硅质 陶瓷换热器与烟道 内壁紧密贴合 ,有效防止 了漏 风现象 ,提高 了热 回收率. (

3 ) 由于换热面积 的增 加,碳化硅质 陶瓷 换热器长度比原不锈钢换热器长度加长

7 0

0 m m, 并对换热器的空气管道进出口进行相应改造. (

4 )考虑到换热器长度增加后 ,烟道排 烟 阻力将会有所增加 ,造成炉膛压力升高 ,因而在 改造后 的烟道基础侧增 加了一个宽

2 5

0 m m的备 用辅助烟道 ,用于调节炉膛压力 ;

另外在空气预 热器损坏 时,可作为备用烟道 ,而不影响加热炉 的正常生产.

3 节能 效果

3 .

1 计算数据 根据工业炉设计手 册_

4 中空气 预热温 度与 燃料节约量 的关系 图可查 得,空气预热 温度 由300℃提高到

5 0

0 ℃后 ,节约燃料率 可由16%提 高至

2 5 % ,节约率增加

5 6 .

2 5 %.

3 .

2 实测数据 经过半年 的使 用 ,预 热空气 温度 在460~

4 9

0 ℃之间 ,改造前后的煤气消耗对 比数据如下: (

1 )8

0 0 % 保 温段 ,煤气 耗 量平 均下降约

6 0 m / h ,下降 l

5 .

7 % ;

(

2 )1

2 3

0 ~ C升温段 ( 以4h升至需要温度为 例),煤 气耗量平均下降约75m/h,下 降9.1 6% ;

(

3 )1

2 3

0 ~ C保温段 ,煤 气耗量平均下 降约

1 3

0 m / h ,下降

3 5 .

1 2 %.

3 .

3 效益分析 通过对改造后的使用统计 ,一台加热炉共生 产57炉 次 ,比改 造前 共计 节 约煤 气42.87万 m ,按正常生产量推算 ,全年可节 约煤 气费用

7 6 .

4 8 万元 ,一台空气预热器的改造 的投资在

1 5 万元左右 ,半年可收回投资.

4 结论 (

1 )采用碳化硅质 陶瓷换热器进行 高温烟 冶金能源ENERGY F0R METALL URGI CAL I NDUS TRY Vo l _

3 3 No .1 J a n .

2 01

4 气的余热利用节能改造 ,是一种在设备不必进行 大改造时的投资小 、见效快的节能改造好方法. (

2 )碳化硅质 陶瓷换热器具有耐 高温 、耐 腐蚀 、长寿命等优点 ,但也有抗震性差 、不易维 修等缺点,不适合用于震动大的场合. (

3 )碳化硅质 陶瓷换热器 因其 材质 的特殊 性 ,需要现场施工 ,设备停修时间长. 参考文献[1]李贵君,王殿宏 . 锻造车间室式燃油加热炉节能改 造[J].工业 炉,1

9 9

9 ,2 1(

4 ) :3 0―

3 2 ,3

8 . [

2 ]刘大鹏,武建新 . 碳化硅高温陶瓷换热器 [ J ] .山 西化工 ,1

9 9 3,(

3 ) :5 3―

5 4 . [

3 ]余继红 ,江东亮 .碳化 硅 陶瓷 的发展 与应 用[J].陶瓷工程 ,1

9 9

8 ,3

2 (

3 ) :3―1

1 ,2

8 . [

4 ]王秉铨 .工业炉设计 手册 ( 第 3版 ) [ M] .北京:机械工业 出版社 ,2

0 1

0 . 赵艳编辑(上接第

3 4页) 的热量 ,排 出的高温锅炉水直 接进入到连排器 内,因体积扩 容、压力 降低 ,释放 出大量 的蒸 汽.所放出的蒸汽 中大约有

8 5 % ~9

5 %从 连排 器顶部排至除氧器内,为除氧器 中的软水加热升 温,从而热量得 以回收和利用.

3 .

2 经济效益的计算 根据某厂两 台产汽量为

3 5 t / h的中压蒸汽锅 炉实际情况 计算.锅炉 产汽量 压力为

4 . O M P a , 排污率为

4 %.排污量 =3 5*2*4 % =2 .

8 t / h . 排出 高温水的温 度为251℃,出 口的温度近160℃,查表得 比热容为

4 .

8 7 k J / ( k g・ K) .根 据热交换定律 :1 t 水所放出的热量 =

4 .

8 7*

1 0

0 0 * (

2 5

1 ―1

6 0 ) =

4 4

3 1

7 0 k J .连排器每小时所 释放 的热量为443170*

2 . 8=1

2 4

0 8

7 6 k J

2 9

6 8

6 0 k c ~.每小时可节约的标准煤量为296860/7000=4

2 .

4 k g=0 .

0 4

2 4 t .一年可节约371 t e e . 采用连排器对锅炉 中高浓 度 的炉 水进行排 污 ,能有效地 回收排出污水中的热量 ,不仅能把 沉积物有效除去,减少循环水 的损失 ,而且节约 了能源 ,避免 了大量的热能浪费 ,达到了节能降 耗的 目的.

4 结语 汽液两相流疏水型连排器能及 时、有效地排 出锅炉汽包 中的沉积物 ,保证锅炉水 质符合要 求,使锅炉能长期稳定的安全运行.该装置结构 简单 、操作方便 、安全可靠 性高 ,液位控 制准 确 ,使用寿命长,现场检修与运行维护工作量大 幅度降低 ,节省检修费用 ,减少了现场劳动量. 利用了汽液 流疏 水 阀的 " 汽液式 平衡 " 原理 , 自动控制调节 ,省去了复杂的电动和电气等附属 设备 ,安全系数较高.热量 回收较好 ,节约了大 量的能源 ,经济效益好 .该新型设备会逐渐取代 传统的锅炉连排器 ,具有广阔的市场前景. 参考文献[1]杨锦波 .新型汽液两相流 自调节疏 水器在 电厂的应 用[J]. 湖南 电力 ,2

0 0

1 ,(

5 ) :6

1 ―6

2 . [

2 ]曹杰玉 .锅炉排 污率计算方法 的研究 [ J ] .热力发 电,2

0 0

4 ,(

4 ) :4 4―

4 6 . [

3 ]许兴炜 . 锅炉排污的控制与计算 [ J ] .中国特种设 备安全 ,2

0 0

7 ,2

4 (

3 ) :6 4―

6 5 . [

4 ]王振.基 于PLC的锅 炉供 热控制系统 的设 计[D] .大连 :大连 海事 大学 ,2

0 0

8 . [

5 ]张永照 .工业锅炉 [ M] .北京 :机械 工业 出版社 ,

1 9

93 . 赵艳编辑