鍛造加熱爐煙氣余熱利用節能改造方案探討
更新時間：2014-06-07 08:26
來源：冶金能源
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臺車式鍛造加熱窯爐是鍛壓工序的重點耗能設備，使用的主要燃料為焦爐煤氣，其耗量占公司煤氣消耗總量的70%。為降低加熱爐的能耗，近兩年來，進行了多次節能改造：首先，結合爐窯的大修，進行全纖維內襯及蓄熱式改造；其次，采用計算機控制技術，提高控制精度；再次，針對高溫煙氣余熱的回收利用，探索適用于高溫煙氣的空氣預熱器。經以上幾個方面的改造，取得了顯著的節能效果。因全纖維內襯或蓄熱式改造所需費用較高，且對爐型的改造量大，只能結合大中修進行；對于一些不到大修期的爐窯，對其進行空氣預熱器的節能改造，經濟效益十分顯著。
1、存在的問題
鍛造加熱爐爐溫高達1300℃，排煙溫度在900℃以上，過去使用的空氣預熱器材質為不銹鋼。不銹鋼材質在高溫環境中，長期處于氧化氣氛會氧化，在煙氣的沖刷下剝落，使得金屬管變薄，出現燒毀、彎曲變形的情況，使用壽命短。所以在實際使用時不得不在換熱器前增加冷風裝置，將高溫煙氣降溫后再經過空氣預熱器，造成了高溫煙氣熱量的大量損失，空氣只能預熱到300℃以下，不能充分回收利用鍛造加熱爐余熱，造成鍛造加熱爐熱效率偏低。
2、改造方案分析
2.1余熱回收方式對比
煙氣余熱回收通常采用三種方法：一是預熱工件；二是預熱助燃空氣；三是預熱煤氣。煙氣預熱工件需占用較大空間進行熱交換，往往受到作業場地的限制(間歇生產的臺車式爐窯還無法采用此種方法)。而預熱煤氣不需要使用如此高溫的煙氣，且出于安全性考慮，暫不實施。預熱助燃空氣是一種較好的方法，加熱爐上一般都有安裝，可提高燃料的理論燃燒溫度、改善燃燒條件及提高燃燒氣體的速度，從而達到節能的目的。
2.2空氣預熱器選擇
在空氣預熱器的選擇方面，經大量的市場調研，與多家預熱器制造廠家進行技術交流，最終選擇了碳化硅質陶瓷換熱器。與金屬換熱器相比，碳化硅質陶瓷換熱器具有耐腐蝕、耐高溫等特點，在金屬換熱器使用受限的情況下得到了很好的發展，成為回收高溫余熱的新型換熱器。改造兩年多來，碳化硅質陶瓷換熱器使用效果良好，主要優點是：導熱性、抗氧化性、抗熱震性能好，高溫狀態下強度高，壽命長，維修量小，性能穩定，操作簡便等。尤其解決了各種高溫工業窯爐排煙溫度過高、余熱無法有效利用的難題。碳化硅質陶瓷換熱器與金屬換熱器性能對比：
(1)耐高溫。碳化硅質陶瓷換熱器使用溫度為1350℃～1450℃；金屬換熱器使用溫度為700℃。
(2)使用環境。碳化硅質陶瓷換熱器在1350℃條件下可長期使用，不需要高溫保護；在煙氣溫度高于700℃時，金屬換熱器就必須摻入或鼓入冷風進行高溫保護。
(3)使用壽命。由于碳化硅質陶瓷換熱器具備耐高溫、耐腐蝕、抗氧化性能等特點，在同等使用條件下，其使用壽命是金屬換熱器的數倍。
(4)缺點。抗震性差，因碳化硅材質脆性大，故預熱器不能經受較大的震動；可維護性也較差，如有損壞需整體更換，無法進行局部修補。
2.3改造方案
(1)為最大限度地提高熱回收效率，將碳化硅質陶瓷換熱器放置在鍛造爐煙道出口附近、溫度較高的地方，同時將原雙行程改為四行程，增大換熱面積。當窯爐溫度為1250～1450℃時，煙道入口的煙氣溫度為1000～1300℃，空氣預熱溫度可達到450～750℃，把熱空氣作為助燃風送入窯爐與燃氣進行混合燃燒，大大減少了助燃空氣所吸收的熱量。考慮到管道及閥門的安全使用，以及供風系統與原燒嘴的設計能力，在僅更換空氣預熱器而不對鍛造加熱爐進行大面積改造的情況下，將空氣預熱溫度控制在500℃以下。
(2)對原煙道進行局部修整，使碳化硅質陶瓷換熱器與煙道內壁緊密貼合，有效防止了漏風現象，提高了熱回收率。
(3)由于換熱面積的增加，碳化硅質陶瓷換熱器長度比原不銹鋼換熱器長度加長700mm，并對換熱器的空氣管道進出口進行相應改造。
(4)考慮到換熱器長度增加后，煙道排煙阻力將會有所增加，造成爐膛壓力升高，因而在改造后的煙道基礎側增加了一個寬250mm的備用輔助煙道，用于調節爐膛壓力；另外在空氣預熱器損壞時，可作為備用煙道，而不影響加熱爐的正常生產。
3、節能效果
3.1計算數據
根據工業爐設計手冊中空氣預熱溫度與燃料節約量的關系圖可查得，空氣預熱溫度由300℃提高到500℃后，節約燃料率可由16%提高至25%，節約率增加56.25%。
3.2實測數據
經過半年的使用，預熱空氣溫度在460～490℃之間，改造前后的煤氣消耗對比數據如下：
(1)800℃保溫段，煤氣耗量平均下降約60m3/h，下降15.7%；
(2)1230℃升溫段(以4h升至需要溫度為例)，煤氣耗量平均下降約75m3/h，下降9.16%；
(3)1230℃保溫段，煤氣耗量平均下降約130m3/h，下降35.12%。
3.3效益分析
通過對改造后的使用統計，一臺加熱爐共生產57爐次，比改造前共計節約煤氣42.87萬m3，按正常生產量推算，全年可節約煤氣費用76.48萬元，一臺空氣預熱器的改造的投資在15萬元左右，半年可收回投資。
4、結論
(1)采用碳化硅質陶瓷換熱器進行高溫煙氣的余熱利用節能改造，是一種在設備不必進行大改造時的投資小、見效快的節能改造好方法。
(2)碳化硅質陶瓷換熱器具有耐高溫、耐腐蝕、長壽命等優點，但也有抗震性差、不易維修等缺點，不適合用于震動大的場合。
(3)碳化硅質陶瓷換熱器因其材質的特殊性，需要現場施工，設備停修時間長。
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