隨著家電及汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，汽車板及家電板的市場前景非常廣闊，國內(nèi)各大鋼廠都在相繼建設連續(xù)退火爐（包含熱鍍鋅）生產(chǎn)線。目前僅寶鋼的冷軋連續(xù)退火爐機組（含熱鍍鋅機組）就有14條（在建2條）。作為連續(xù)退火機組的核心設備，“退火爐”一般采用輻射管加熱方式，主要消耗的能源介質(zhì)是高爐煤氣與焦爐煤氣，占工序能耗的35%～45%。退火爐的節(jié)能，是企業(yè)降低成本、節(jié)約能源、增加經(jīng)濟效益的重要途徑。

寶鋼冷軋帶鋼生產(chǎn)單元共有5個，其退火爐機組的分布情況見表1。

表1 寶鋼連續(xù)退火爐機組概況

生產(chǎn)單元	連續(xù)退火爐生產(chǎn)線情況	主要產(chǎn)品
一冷軋	連退機組1條，熱鍍鋅1條，在建連退1條	家電板，建材板
二冷軋	連退機組1條	鍍錫薄板
三冷軋	連退機組1條，熱鍍鋅2條	家電板，建材板，部分汽車板
四冷軋	連退機組1條，熱鍍鋅2條，在建熱鍍鋅1條	高級汽車外板，內(nèi)板，部分家電板
五冷軋	連退機組1條，熱鍍鋅2條（剛投產(chǎn)）	汽車板，家電板

 

其中四冷軋的主要產(chǎn)品種類為高級汽車外板、內(nèi)板及部分高級家電用板。主要機組有連退（CAPL）、1#熱鍍鋅（1CGL）、2#熱鍍鋅（2CGL），這三 條以汽車板為主要產(chǎn)品的生產(chǎn)線代表著國內(nèi)冷軋帶鋼連續(xù)退火爐最為先進的水平。本文重點對這3條機組的節(jié)能情況進行討論。

汽車板主要以EDDQ/SEDDQ-IF鋼板為主，帶鋼退火溫度高，能耗大，因此排出的煙氣量大、溫度也高。汽車板連續(xù)退火爐通過煙氣回收節(jié)能降耗更有意義。寶鋼四冷軋3條連續(xù)退火爐概況見表2。

表2 寶鋼四冷軋三條退火爐機組的概況

機組	CAPL	1CGL	2CGL
設計能力/萬噸	96	47	36
輻射管數(shù)量/根	333	231	159
折合COG消耗量/km3	3800	1600	1350
占本機組的工序能耗百分比/%	47	32	39
主要煙氣余熱回收設備	低壓熱交換器	余熱鍋爐	過熱水系統(tǒng)
煙氣排放溫度/℃	300～350	200～230	180～220

 

寶鋼四冷軋的3條退火爐分別采用不同類型的余熱回收技術，即純熱交換器型低壓熱回收系統(tǒng)、余熱鍋爐系統(tǒng)、過熱水回收系統(tǒng)。這也是當今比較流行的三種余熱回收形式。退火爐產(chǎn)生的高溫煙氣經(jīng)過余熱回收后，熱回收率基本為10%～14%。

這種余熱回收技術的特點是利用煙氣熱量通過熱交換器來加熱水或氣，應用到本機組的其他工序中，其最大的優(yōu)點是熱交換系統(tǒng)壓力低，不構(gòu)成壓力容器，維護方便，沒有安全隱患；缺點是熱回收效率低，投資也比較大。

以連退機組（CAPL）為例熱回收系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

因廢氣風機的極限耐熱溫度在400℃，為確保廢氣風機正常工作，系統(tǒng)里設置了吸冷風口，即如果廢氣排放溫度過高，該吸冷風口的閥門會自動打開，從外界吸入冷空氣，來降低廢氣最終排放溫度。經(jīng)過該回收系統(tǒng)，熱能被回收約10%。

該余熱回收系統(tǒng)回收的熱能，基本上已經(jīng)滿足了清洗工藝的用能需要，但是在產(chǎn)能較大的時候，煙氣溫度很高，有時為了確保熱交換器不因過熱受損，必須要用大量 的純水來冷卻熱交換器，經(jīng)過熱交換器的熱水大于本機組其他工序的用熱水量，因此，多余的熱水就只有白白排放，反而造成水資源的浪費。

1CGL 機組的熱回收系統(tǒng)采用了余熱鍋爐，更有效地回收煙氣余熱。如圖2所示，退火爐加熱段（RTF）燒嘴排出的煙氣溫度在675℃左右。首先經(jīng)過預熱爐熱交換器 將保護氣體加熱，可以將帶鋼從35℃預熱到200℃。被熱交換后的煙氣溫度為515℃，經(jīng)余熱鍋爐回收后，排放的煙氣溫度一般不超過200℃，在燒嘴最大 工作能力時，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量為8.2 t/h，該生產(chǎn)線的最大蒸汽消耗需要量4.8 t/h。當該生產(chǎn)線的蒸汽消耗量低于最大消耗量時，富裕的蒸汽將補充到蒸汽管網(wǎng)中，因此不存在產(chǎn)能高造成熱回收不充分的問題。余熱鍋爐的生產(chǎn)能力隨著退火 爐處理能力的降低而降低。采用余熱鍋爐回收系統(tǒng)，熱能回收率可以達到14%。但是余熱鍋爐的投資比較大，屬于壓力容器范疇，管理起來比較麻煩，每年要對安 全閥校驗，要定期探傷檢查等，維修費用也相對多一些。

2CGL的退火爐也采用了類似的熱回收系統(tǒng)，其主要設備是過熱水系統(tǒng)。如圖3所示，過熱水系統(tǒng)是一個封閉的高壓循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)的設計壓力為1.2MPa， 在這種壓力情況下，采用煙氣余熱對高壓力的水進行熱交換，循環(huán)水入熱交換器前溫度為90℃，熱交換后水溫為140℃，由于管道壓力比較高，因此該過熱水不

能形成蒸汽，而是以氣液混合狀態(tài)存在于管道內(nèi)循環(huán)。該熱水通過熱交換器，加熱空氣用于清洗段的熱水漂洗及熱風干燥氣。這種回收煙氣熱能的方法與余熱鍋爐相似，但設備結(jié)構(gòu)較簡單，投資也小，維護起來相對容易一些。

過熱水系統(tǒng)是一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，如果系統(tǒng)沒有泄漏，是不用經(jīng)常補水的。而余熱鍋爐為了產(chǎn)生蒸汽實際上還要消耗很多純水，因此過熱水系統(tǒng)比余熱鍋爐要好的多。

對這三種余熱回收形式的簡單比較見表3。

  表3 三種余熱回收形式的簡單比較表

比較項目	低壓熱交換器	余熱鍋爐	過熱水
投資	較高	最高	最低
設備復雜程度	復雜	比較復雜	簡單
熱回收效果	一般	最好	較好
熱回收能力	一般	最好	較好

從這三種余熱回收的比較看，余熱鍋爐效果最好，但投資大，維護成本高。因此，過熱水系統(tǒng)是一種投資小、熱回收效率高的最佳選擇。

 

余熱回收設備的應用，的確可以回收一部分熱能，但是，由于回收能力畢竟有限，一般最大回收率只能達到13%～14%。因此還必須同時考慮在退火爐本體上實 施節(jié)能技術。要在連續(xù)退火爐機組上實施節(jié)能措施，最重要的是要先對整個退火爐的熱平衡進行測試，也就是說，通過測試，分析出熱能在各個環(huán)節(jié)的利用，并針對 熱損失比較大的環(huán)節(jié)采取節(jié)能措施。

表4是以某熱鍍鋅機組為例對熱平衡測試的結(jié)果。

表4 某熱鍍鋅機組熱平衡測試結(jié)果

產(chǎn)品	單耗	帶鋼吸熱		熱損失				熱回收
		預熱	加熱	爐墻	保護 氣體	水	煙氣	熱水
	MJ/t	%	%	%	%	%	%	%
CQ-720	809	6.0	51.9	11.5	0.9	3.4	26.3	13.4
DQ-760	891	6.1	51.3	11.3	0.9	3.3	27.2	20.5
DDQ-780	931	6.1	51.0	11.5	0.9	3.4	27.2	13.8
DDQ-OUT-780	926	5.9	51.4	12.7	1.0	3.8	25.1	14.0
EDDQ-780	966	6.1	50.5	11.6	0.9	3.4	27.4	14.1
EDDQ-OUT-780	965	6.0	50.9	12.4	1.0	3.7	25.9	14.3
SEDDQ-840	1038	6.2	49.6	11.6	0.9	3.4	28.3	14.3
SEDDQ-OUT-840	1038	6.2	50.0	12.0	1.0	3.6	27.3	14.5
HSS-CQ-750	867	6.0	51.6	10.8	0.9	3.2	27.4	13.8
HSS-DQ-800	961	6.2	50.7	11.0	0.9	3.3	28.0	14.3
HSS-DDQ-800	965	6.1	50.7	11.2	0.9	3.3	27.8	14.3
HSS-DDQ-OUT-800	977	6.0	50.8	12.6	1.0	3.7	25.8	14.3
HSS-BH-850	1055	6.2	49.6	11.8	0.9	3.5	27.9	14.8
HSS-BH-OUT-850	1057	6.2	49.6	12.4	1.0	3.7	27.2	14.9
全年平均（包括機組停機和短期維修）	946	6.2	49.6	12.7	1.0	3.8	26.7	13.6

 

從熱損失欄中可以清楚地看出煙氣排放（26.7%）和爐墻散熱(12.7%)的熱損失較大,熱回收系統(tǒng)僅回收了13.6%。

目前降低排煙溫度的節(jié)能技術主要是蓄熱式燃燒技術。采用蓄熱式燃燒技術可以大大提高燃燒空氣的預熱溫度，從而降低排煙溫度，實現(xiàn)節(jié)約煤氣量30%。但這一 技術在冷軋連續(xù)退火爐中的應用在我國還屬于剛起步階段，加上設備結(jié)構(gòu)復雜,投資較高,國產(chǎn)設備故障也比較多，因此,還沒有廣泛推廣。

目前階段,比較穩(wěn)妥的節(jié)約煤氣,降低排煙溫度的措施是提高輻射管里用于預熱燃燒空氣的熱交換器的換熱能力。如圖4所示,空氣進入輻射管熱交換器內(nèi),被煙氣預熱后進入燒嘴燃燒,這樣既可以提高燃燒效率,又可以降低排煙溫度。

傳 統(tǒng)的低換熱型熱交換器可以將空氣溫度提高到350～400℃,而采用加強型熱交換器可以將空氣溫度預熱到650～700℃。煙氣排放溫度可以降低 70～100℃,實現(xiàn)節(jié)約煤氣5%～10%。該方案適合在傳統(tǒng)燒嘴的退火爐上進行改造,投資小、見效快、改造量小。兩種熱交換器通過實驗室模擬燃燒測試的 對比數(shù)據(jù)見圖5。

從熱平衡測試的結(jié)果看,爐墻散熱的熱損失(12.7%)也比較大,傳統(tǒng)及新型的爐墻保溫棉鋪設結(jié)構(gòu)如圖6。

傳統(tǒng)的爐墻保溫結(jié)構(gòu)如圖6（a）是用錨固釘將不銹鋼襯板以及保溫棉固定在爐殼上^[2],這樣爐內(nèi)的熱量會隨著錨固釘直接傳遞到爐殼,一個退火爐的錨固釘有上萬根,會造成爐墻散熱量很大。

新 型的爐墻保溫結(jié)構(gòu)如圖6(b)所示,采用陶瓷纖維模塊做保溫棉,利用短的錨固釘將陶瓷纖維模塊固定在爐殼上,這樣, 錨固釘不直接與爐內(nèi)氣氛接觸,大大減少了熱傳導造成的爐殼散熱。此外,為了保護陶瓷纖維模塊,采用耐高溫鋁布縫在上面。這種鋁布可以耐高溫1200℃,與 傳統(tǒng)的不銹鋼襯板相比具有高溫不變形、修補方便等優(yōu)點。

同樣在爐內(nèi)溫度800℃的情況下，采用傳統(tǒng)爐墻保溫結(jié)構(gòu)(b)，爐殼溫度為70～80℃，而采用新型的爐墻保溫結(jié)構(gòu)(a)時，爐殼溫度只有40～50℃。兩種爐墻保溫結(jié)構(gòu)爐殼溫度的對比見圖7。