高温带插件钢管空气换热器在加热炉上的应用

　　1前言广东韶钢集团有限公司第四轧钢厂的三段连续步进梁式加热炉,改造前采用二行程六级喷流式空气换热器,空气预热温度450℃。为提高炉温以满足加热工艺要求,并实现节能降耗,在综合对比喷流式和带插件钢管换热器的热工性能基础上,选用了综合热工性能更佳的四行程高温带插件钢管空气换热器。

　　2改造前加热炉概况韶钢四轧厂加热炉是由包钢设计院设计、于1992年投产的步进梁式加热炉,已使用10年。加热炉有效面积约105m2(27 506m×3 828m),使用160mm×160mm×3300mm连铸坯,燃料为高、焦炉混合煤气,其热值为5850～6700kJ/Nm3,装炉温度≤700℃,约80%热坯,20%为冷坯;加热温度为1180℃。

　　3改造的必要性3 1存在问题(1)由于韶钢混合煤气资源不足,煤气热值低,因而正常生产时炉温低,不能满足加热工艺要求,常出现轧低温钢的现象。(2)炉子加热能力严重不足。1992年加热炉投产时,设计年产量为20万t,主要生产Φ6 5、Φ8 0mm规格线材。通过技术改造、挖潜,现轧制Φ6 5mm线材已具备55t/h以上的轧制能力,轧制Φ8 0mm线材已具备70t/h以上的轧制能力,年轧制能力达到40万t。由于韶钢煤气热值低,炉子实际加热能力小于设计值53t/h(加热冷坯),因此生产过程中常出现待温和慢轧现象。自1998年至2001年间的产量一直在35万t左右徘徊。(3)工序能耗高。表现在炉子单耗高,电耗也因轧制低温钢现象多而居高不下。

　　3 2解决途径通过提高空气预热温度,以提高煤气的理论燃烧温度,从而提高炉温和炉子的加热能力,是解决低温钢和待温现象多等问题的有效途径。通过计算表明:在现有煤气条件下,空气预热温度为450℃时,炉温偏低,满足不了加热工艺要求。若将空气预热温度提高至600℃,其他条件不变,则煤气的理论燃烧温度为1893℃,实际炉温为1325℃[1],基本上可以满足加热工艺要求。空气预热温度从450℃提高到600℃,可显著提高换热器的温度效率,从而降低炉子单耗,而且炉温提高后,减少了轧低温钢现象,提高了产量,从而可降低轧制电耗。综上所述,提高空气预热温度后可取得良好效果。

　　4改造过程4 1改造方案的确定为解决炉温低、炉子加热能力不足问题,曾制订了3种可行性方案,见表1。

　　考虑到韶钢四轧厂加热炉炉体较完好,依据“投资少、见效快、效益好”的改造原则,选择了方案1,采用更换空气换热器的改造方案。

　　4 2换热器的结构及技术性能4 2 1空气换热器结构及技术特点(1)选用带麻花插入件钢管空气换热器以克服原喷流式空气换热器空气阻力损失大的缺点。(2)原换热器上风箱焊缝位置多次出现的爆裂现象,是换热器在加热或冷却过程中的不均匀膨胀造成的。实践证明,仅靠换热器与冷、热风管之间安装膨胀节,不足以解决换热器不均匀膨胀造成的损害。为此,在改造过程中,采用了换热器悬空安装方法,即换热器下风箱底部离烟道底面100mm,换热器自重依靠其上风箱翼板支撑在烟道侧墙及烟道梁上。(3)为延长换热器烟气入口处管道的寿命,在烟气入口部分管道采用Cr25Ni20耐热钢,在正对烟气入口的第1排管道上部增加一层轻质浇注料保护层。(4)考虑现场安装条件(指吊车的起重限制),采用四行程换热器,2组换热器通过U型管现场连接。(5)考虑烟囱的抽力情况,改造后不增加换热器的烟气阻力损失。

　　4 2 2换热器的技术性能煤气热值在5850～6700kJ/Nm3范围波动,取平均值6275kJ/Nm3,并根据加热炉实际状况确定换热器的设计参数:平均预热空气量为19000Nm3/h;空气预热温度为600℃;平均烟气量为30200Nm3/h;烟气入口温度为800℃。改造后空气预热温度提高150℃,空气阻力损失明显降低。经计算,在相同烟气流量条件下,烟气阻力损失没有增加,换热器体积仅增加35 9%。

　　5效果改造前正常生产时,加热炉均热段一般低于1280℃,加热段一般低于1240℃,在加热冷坯、煤气热值差时,加热炉最高温度常低于1200℃,因而炉子加热能力不足,这已成为制约生产水平提高的瓶颈。改造后空气换热器运行状况良好,达到了设计要求,实际炉温提高约60℃,可根据生产需要提高加热段炉温,实施快速加热,因而取得了增产节能效果。(1)提高了加热能力,加热冷坯时的加热能力可达到设计水平(53t/h),较改造前提高5t/h,在一定程度上缓解了加热能力不足问题。(2)坯料加热质量改善,成材率提高。其原因:一方面由于炉温提高,有条件实施快速加热,可使氧化烧损减少0 15%;另一方面,因减少了轧制低温钢现象,故可减少中间轧废0 05%,因而总计可使成材率提高0 20%。(3)工序能耗大幅度降低。其主要原因:一是由于空气预热温度提高,降低了炉子单耗;二是由于低温钢减少,降低了轧制电耗。据测算,改造后,炉子单耗可降低0 1GJ/t,电耗可降低3kW·ｈ/t。(4)热风温度提高至600℃以后,外绝热包扎的热风支管在高温下,其内壁的氧化速度急剧加快,支管焊缝出现爆裂现象。因此,计划在2003年炉子中修期间,更换所有热风支管,并在使用过程中严格控制热风温度在630℃以下。

　　6结束语(1)采用高温空气换热器提高空气预热温度,是使用低热值燃料的加热炉提高炉子炉温和加热能力的一条有效途径,能取得很好的增产及节能降耗效果,是目前加热炉“投资省、见效快、效益好”的一项改造措施。(2)高温带插件钢管空气换热器具有优越的综合热工性能,是加热炉换热器理想的更新换代产品。(3)在进行空气换热器改造的同时,增建了1座容量约260t的全密封热坯保温坑[2],从而提高了坯料的热装温度,通过上述改造措施的实施,加热热坯时,炉子的加热能力基本能满足当前生产需要。