轧钢工序中退火炉与加热炉烟气余热回收技术

固废网讯:轧钢工序中典型的用能设备为炉窑。炉窑烟气余热除了少量用于预热空气和燃气外，其携带的大量余热资源未被充分回收利用，且不同炉窑排烟温度也不尽相同，通常在250-700℃之间直接排人大气，造成能源浪费。本文重点讲述了轧钢炉窑复杂烟气余热资源回收技术。

1、基本原理

轧钢炉窑的余热利用技术主要通过余热换热来实现，高温烟气余热被引至余热系统，与常温水换热后温度降低，通过风机引出，排人烟囱，常温水被加热至所需蒸汽参数并入高温管网利用。

2、工艺流程

（1）余热换热工艺：

根据轧钢生产线余热特点烟气的成分、温度和烟气量选择合适的余热锅炉系统。高温烟气进入余热锅炉，经过换热温度降低，同时常温水通过省煤器、蒸发器、过热器加热为所需过热蒸汽。

冷轧退火炉烟气温度较高、烟气量较小，考虑其特点，采用热管与水管相结合的余热回收利用方式;

其装置结构为：冷轧退火炉余热回收锅炉装置安装于冷轧退火炉的旁通烟道上。它由模块式翅片管束式换热器（包括蒸发器和省煤器）、一台汽包、相应的旁通连接烟道、管路、控制仪表和框架、平台扶梯组成。模块式翅片管束换热器由主集箱、分集箱、翅片管管束、上升管、下降管、水连通道、连通管道、排污管道等主要构件组成。在集箱内安装多块隔板，将换热器分隔成蒸发器受热面和省煤器受热面。蒸发器受热面与汽包之间由下降管和上升管相通，组成自然循环。省煤器管束部分的集箱内安装多块隔板，将省煤器管束分隔成多组，每组内由多组管束和下降管组成的水系统成一个自然循环系统，而水的主流向与烟气成逆向流动，受热后的水直接进汽包。汽包的水位经水位控制器控制，由给水泵供给。

在冷轧退火炉的主烟道和旁通烟道上，分别设置闸板阀，闸板阀由电动执行器控制。

在余热回收锅炉装置上，为保证安全运行，设有多重安全保护附件：压力表、水位表和水位控制器控制汽包水位和给水；安全阀保证设备安全运行；排污阀定期排污，保证泡包内的水质合格；温度表显示烟气进出口温度，便于操作控制。原有系统的微压控制器控制引风机的变频器，保证退火炉在正常工况下运行。

采用余热锅炉回收冷轧退火炉余热效果最好，工作稳定，效率较高，热回收率也较高，其终产品（蒸汽）容易实现全厂区域的生产调度平衡。当生产线的蒸汽消耗量低于系统产生量时，富裕的蒸汽将补充到车间蒸汽管网中，因此不存在产能高造成热回收不充分的问题。余热锅炉的生产能力随着退火炉处理能力的降低而降低。采用余热锅炉回收系统，热能回收率可以达到14%。

轧钢加热炉考虑烟气含尘量较少、烟气量和烟气温度变化较大等特点，设计与之相匹配的水管锅炉及热管蒸发器，满足烟气负荷变化。

轧钢加热炉是轧钢生产工序的能源消耗大户，占整个轧钢工序消耗的80%，高温烟气带走的热量占加热炉供热负荷的20~50%。

出炉温度为750℃—820℃的烟气经过空预器、煤气预热器、蒸汽过热器后，到烟囱底部的温度已降至250℃—280℃，通过加装热管蒸发器，这部分烟气的余热还可以进一步加以回收利用。

采用热管蒸发器产生蒸汽。为了不影响加热炉的正常生产，我们在主烟道附近设一个旁通烟道来放置热管余热蒸发器，通过排烟风机将烟气从烟道闸板后的主烟道引出，利用烟气余热产生饱和蒸汽，供生产或生活使用。利用热管余热蒸发器，一般可将烟气温度从250℃降到150℃左右。

（2）烟气系统工艺

烟气系统工艺流程如图1。轧钢生产线的废气改造前从烟道至烟囱直接排出，为回收余热，在轧钢生产线烟道的调节阀后引出余热系统的进口烟道，烟气在余热系统换热后经新增风机后通过余热系统出口烟道引入原烟道或烟囱。主要工5艺流程余热系统烟道阀门2、3打开，风机启动，关闭阀门1，此时烟气流向为炉窑→阀门2→余热换热系统5→风机6→阀门3→烟囱;当系统切出时阀门1打开，阀门2，3关闭，烟气按改造前流动方向。

（3）控制系统

除上述烟气控制系统外，还有汽水控制系统。汽水系统引至管网→纯水箱→经纯水泵除氧器→经给水泵锅炉省煤器→锅炉蒸发器→锅炉过热器→并入管网→至用户使用。

3、关键技术

1)不同烟气余热资源余热锅炉定制技术。针对不同炉窑烟气余热，重点分析燃料种类、流量变化、温度波动、炉压要求、空间位置受限等因素，定制合适的余热锅炉类型、出力、蒸汽压力及温度等关键工艺参数。确保烟气余热回收系统的影响在轧钢生产线要求的压力波动范围内，产生的蒸汽并入用户蒸汽管网。

2)与轧钢主体工艺耦合的控制系统技术。增加变频引风机，克服余热锅炉的阻力，引用原生产工艺的炉压信号和原调节阀的开度信号通过风机的变频进行控制，使炉压控制在一定范围内，不影响轧钢生产工艺，同时采用风机变频技术减少电耗。

3)具有“一键启动”等自动控制技术。烟气余热回收系统自动化程度较高，比如“一键启动”、汽包水位自动控制、炉水水质自动控制、除氧器自动控制等，提高系统的安全性和稳定性，同时不需要新增操作人员。

4)余热回收量与投资的匹配与最优。通过技术经济性分析比较得到余热回收量和投资额的最佳匹配点。

4、结语

我国钢铁行业仅大型轧钢加热炉就有5000余座，这些炉窑排烟温度普遍较高，大部分热量未被利用直接排出，造成能源浪费，未来余热回收利用空间很大，值得关注。