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(lái)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(guò)程或多或少地存在問(wèn)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(guò)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(guò)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(guò)?？諝饬科?，表現(xiàn)為煙氣中氧氣含量偏高，過(guò)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(guò)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(guò)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?。?，表現(xiàn)為煙氣中氧氣含量低，CO含量高，雖說(shuō)排煙熱損失小，但燃料沒(méi)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?chē)諝獾臏囟鹊纫蛩?。一般?lái)說(shuō)，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(wú)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(guò)熱蒸汽量，kg/h；Dps為鍋爐機(jī)組排污水量，kg/h；igr為過(guò)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(guò)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(guò)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?。?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(guò)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(guò)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(guò)熱或過(guò)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(guò)剩系數(shù)α。過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大或過(guò)小都會(huì)產(chǎn)生不良后果，過(guò)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(guò)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。可以說(shuō)過(guò)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(guò)量空氣系數(shù)控制在1.05~1.20之間。

　　要想準(zhǔn)確地控制過(guò)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(guò)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(wú)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(jiàn)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(yǔ)

　　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(wèn)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(jiàn)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。