摘 要：介绍一种热轧加热炉烟气余热回收利用技术的系统工程、改造方案、余热锅炉主要参数及经济效益，利用这套技术将加热炉烟气潜在余热进行梯级高效利用，并通过生产实践证明，达到了理想效果。
关键词：1780加热炉；余热利用；空气预热器；排烟温度
1 概述
北营钢铁（集团）股份有限公司轧钢厂（以下简称北营轧钢厂）“1780”加热炉现热效率只有20%～30%，约有70%～80%的热量损失，其中烟气带走的热损失约占30%～35%。这部分热量通过烟囱排入大气，不但浪费能源，也会对大气造成污染。
北营轧钢厂1780mm热轧线设计产能400万吨/年，配置三座260T/Hr步进板坯加热炉，加热炉运行情况良好，在生产过程中，形成了两用一备的现状。原加热炉采用下排烟，烟气经炉子装料端的垂直烟道流入地下水平烟道内，再经过预热器流入汇总的烟道，经过烟道闸门进入烟囱。空气预热器后的排烟温度约为500℃，排烟温度较高，有较大的节能空间。此次对三座加热炉的烟气进行余热回收技术改造，改造内容包括更换原有的空气预热器以及新增一套烟气余热回收装置，排烟温度降到160℃左右，既可以降低热轧工序能耗，产生较大有经济效益，也可减少对大气的热污染，具有较好的社会效益。
2 改造方案
采取强制排烟的方式将三座加热炉的烟气统一引出后经余热锅炉降温后再经新建的钢烟囱排入大气，此种方式不受原烟囱抽力的限制，故可以在烟气酸露点以上范围内尽可能的降低排烟温度。具体措施为利用加热炉烟囱侧的空地，建立统一的余热回收站，配置一台自然循环余热锅炉和强制排烟风机，每座加热炉的烟气经新建在原烟道上的分烟道汇集后进入余热锅炉温度降至约160℃后再经强制排烟风机排入大气，原烟道烟囱仍保留作为备用。
加热炉改造及余热利用项目包括：更换原有的空气预热器，以提高空气预热温度。同时对三座加热炉的烟道分别进行改造、新增的一套余热锅炉、新增余热锅炉配套的给水除氧装置（在原加热炉除氧器基础上改造利旧）、并对附近北营公司动力厂软水站进行扩容改造，以满足新增软水需求，改造内容的原则性流程框图如图1所示。
2.1 更换空气预热器（3座加热炉）
利用现有空间，重新设计带保护管组的空气预热器，提高空气预热温度。空气预热器采用双行程逆流金属管式结构。在额定工况下，将空气预热温度提高至550℃，烟气排烟温度由原来的510℃降至450℃，预热器性能参数如表1所示。
预热器保护管组采用金属管式预热器，不设插件，换热管采用0Cr25Ni20，风箱和底板全部采用12Cr18Ni9。为确保保护管组的使用寿命，保护管组采用顺流式双行程结构。主预热器高温侧管子材质为0Cr25Ni20（前4排）和0Cr18Ni9，低温侧管子材质为20钢渗铝，风箱材质为12Cr18Ni9，换热管壁厚不低于3mm。
对原有换热器的更换不影响加热炉原有空气系统的稳定运行。主预热器采用带金属插入件的管式结构，同常规预热器相比，它具有传热效率高，体积小，气密性好，维护方便的特点，是一种常用的余热回收设备，广泛应用于冶金、机械、化工等行业。
这种预热器在解决预热器寿命、热变形、低温腐蚀等方面采用了诸多独特有效的技术。经过多年的实践检验，这种预热器的技术性能和使用寿命得以充分保证，预热器的结构简图见图2。
2.2 新建强制排烟系统
利用新建的钢烟道，将每座加热炉烟气汇集后经余热锅炉降温后，再经排烟风机排入大气。整个排烟系统设置1台余热锅炉、2台排烟风机和1个钢烟囱。在烟气管路上设有必需的各种检测仪表，排烟风机入口设调节阀对烟气管道系统风量和风压进行调节，确保在管道系统所需风量和风压发生变化时，风机保持在其特性曲线中稳定区段范围内工作，防止风机喘振现象发生。
2.2.1 对原烟道进行改造
对每座加热炉汇集烟道进行改造，改造方式如下：
将原烟道闸板向远离混凝土烟囱的方向移动一定距离，以保证有足够的空间安装强制排烟管道。同时保留该烟道闸板的调节功能，以对炉压进行有效控制。在烟道闸板后新增钢烟管将烟气从原烟道中引出并增设一道电动切断阀。该阀的作用为保证某座加热炉停产时能进行切断，避免冷风的吸入。在钢烟管与混凝土烟囱间增加一电动插板阀，以避免强制排烟风机正常工作时从混凝土烟囱中倒吸入冷风。以上改造内容可以待某座加热炉停产检修时进行，尽量减小对加热炉生产的影响。
2.2.2 强制排烟管道
强制排烟管道包括从原加热炉烟道闸板后到强制排烟风机的所有烟气管路、管路附件及检测元件。新建烟道由碳钢钢管及支架组成，烟气管道采用外保温方式，尽量降低高温烟气的散热损失。在新建钢烟道上设置伸缩接头，以防止管道受热变形。
2.2.3 排烟风机及钢烟囱
两台排烟风机设置在紧邻余热锅炉出口的风机房中，互为备用。单台排烟机的能力按两座加热炉总排烟能力的60%考虑，在高供热负荷时，两台排烟机同时工作，低供热负荷时，一台工作，一台停用；当一台排烟机出现故障时，仍能满足60%的生产负荷，可以不停炉进行检修和更换。同时，为了防止两台排烟机互相干扰，在每台排烟机出口设置一电动插板阀。
2.3 余热锅炉本体系统
本项目余热锅炉本体系统，采用立式、自然循环、室内布置。余热锅炉所需软水由现有汽化冷却装置给水除氧站供给：补给水经软水泵加压后送入水预热器吸热后，补水送入除氧器，除氧水经给水泵加压后进入省煤器吸热后，进入锅炉汽包，炉水经蒸发器吸热后产生蒸汽，并入现有加热炉区域DN300的主蒸汽管道，并在并网点前设有计量装置。经计算，现有主蒸汽管道能同时满足加热炉汽化冷却和余热锅炉的蒸汽输送要求。
3 余热锅炉基本参数（如表2）
4 技术经济分析
按两座加热炉生产，年作业时间为6800h，年产蒸汽231200吨，年节约煤气1961万Nm3，年耗电量272万kWh，年增软水耗量20.6万吨，电价按0.60元/kWh，混合煤气单价按0.25元/Nm3，蒸汽单价按50元/t，软水单价按2.8元/t，年均蒸汽收益为1156万元，年节约煤气收益为490万元，能源介质年消耗221万元，年均综合收益为1425万元。
5 结束语
北营轧钢厂“1780”加热炉烟气余热利用更换了空气预热器、新建强制排烟系统、新建余热锅炉及附属配套系统，对烟气余热回收进行利用，所回收的蒸汽进入厂区低压蒸汽管网，本烟气余热回收装置的排烟温度不低于150℃，不会因酸露点对设备造成低温腐蚀；三座加热炉的烟气引出集中回收余热，对每座加热炉而言，属于旁通烟道式回收余热装置，当余热锅炉停运时，不影响加热炉的正常生产；加热炉的烟道改造在每座炉停炉时进行，新建余热回收装置不影响加热炉的正常生产。本工程具有十分明显的经济、社会及环保效益。
参考文献
[1]刘伟.热轧加热炉烟气余热回收利用技术[J].冶金动力，2014，8，56-58.
[2]赵建明.轧钢加热炉烟气余热利用的思考[J].工业加热，2010，39（5），53-55.
作者簡介：谭赫（1969，08-），男，汉族，辽宁黑山人，工程硕士，辽宁省本溪市北营钢铁（集团）股份有限公司培训中心，工程师，研究方向：热能动力工程。