锻造加热炉烟气余热利用节能改造方案探讨
更新时间：2014-06-07 08:26
来源：冶金能源
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台车式锻造加热窑炉是锻压工序的重点耗能设备，使用的主要燃料为焦炉煤气，其耗量占公司煤气消耗总量的70%。为降低加热炉的能耗，近两年来，进行了多次节能改造：首先，结合炉窑的大修，进行全纤维内衬及蓄热式改造；其次，采用计算机控制技术，提高控制精度；再次，针对高温烟气余热的回收利用，探索适用于高温烟气的空气预热器。经以上几个方面的改造，取得了显著的节能效果。因全纤维内衬或蓄热式改造所需费用较高，且对炉型的改造量大，只能结合大中修进行；对于一些不到大修期的炉窑，对其进行空气预热器的节能改造，经济效益十分显著。
1、存在的问题
锻造加热炉炉温高达1300℃，排烟温度在900℃以上，过去使用的空气预热器材质为不锈钢。不锈钢材质在高温环境中，长期处于氧化气氛会氧化，在烟气的冲刷下剥落，使得金属管变薄，出现烧毁、弯曲变形的情况，使用寿命短。所以在实际使用时不得不在换热器前增加冷风装置，将高温烟气降温后再经过空气预热器，造成了高温烟气热量的大量损失，空气只能预热到300℃以下，不能充分回收利用锻造加热炉余热，造成锻造加热炉热效率偏低。
2、改造方案分析
2.1余热回收方式对比
烟气余热回收通常采用三种方法：一是预热工件；二是预热助燃空气；三是预热煤气。烟气预热工件需占用较大空间进行热交换，往往受到作业场地的限制(间歇生产的台车式炉窑还无法采用此种方法)。而预热煤气不需要使用如此高温的烟气，且出于安全性考虑，暂不实施。预热助燃空气是一种较好的方法，加热炉上一般都有安装，可提高燃料的理论燃烧温度、改善燃烧条件及提高燃烧气体的速度，从而达到节能的目的。
2.2空气预热器选择
在空气预热器的选择方面，经大量的市场调研，与多家预热器制造厂家进行技术交流，最终选择了碳化硅质陶瓷换热器。与金属换热器相比，碳化硅质陶瓷换热器具有耐腐蚀、耐高温等特点，在金属换热器使用受限的情况下得到了很好的发展，成为回收高温余热的新型换热器。改造两年多来，碳化硅质陶瓷换热器使用效果良好，主要优点是：导热性、抗氧化性、抗热震性能好，高温状态下强度高，寿命长，维修量小，性能稳定，操作简便等。尤其解决了各种高温工业窑炉排烟温度过高、余热无法有效利用的难题。碳化硅质陶瓷换热器与金属换热器性能对比：
(1)耐高温。碳化硅质陶瓷换热器使用温度为1350℃～1450℃；金属换热器使用温度为700℃。
(2)使用环境。碳化硅质陶瓷换热器在1350℃条件下可长期使用，不需要高温保护；在烟气温度高于700℃时，金属换热器就必须掺入或鼓入冷风进行高温保护。
(3)使用寿命。由于碳化硅质陶瓷换热器具备耐高温、耐腐蚀、抗氧化性能等特点，在同等使用条件下，其使用寿命是金属换热器的数倍。
(4)缺点。抗震性差，因碳化硅材质脆性大，故预热器不能经受较大的震动；可维护性也较差，如有损坏需整体更换，无法进行局部修补。
2.3改造方案
(1)为最大限度地提高热回收效率，将碳化硅质陶瓷换热器放置在锻造炉烟道出口附近、温度较高的地方，同时将原双行程改为四行程，增大换热面积。当窑炉温度为1250～1450℃时，烟道入口的烟气温度为1000～1300℃，空气预热温度可达到450～750℃，把热空气作为助燃风送入窑炉与燃气进行混合燃烧，大大减少了助燃空气所吸收的热量。考虑到管道及阀门的安全使用，以及供风系统与原烧嘴的设计能力，在仅更换空气预热器而不对锻造加热炉进行大面积改造的情况下，将空气预热温度控制在500℃以下。
(2)对原烟道进行局部修整，使碳化硅质陶瓷换热器与烟道内壁紧密贴合，有效防止了漏风现象，提高了热回收率。
(3)由于换热面积的增加，碳化硅质陶瓷换热器长度比原不锈钢换热器长度加长700mm，并对换热器的空气管道进出口进行相应改造。
(4)考虑到换热器长度增加后，烟道排烟阻力将会有所增加，造成炉膛压力升高，因而在改造后的烟道基础侧增加了一个宽250mm的备用辅助烟道，用于调节炉膛压力；另外在空气预热器损坏时，可作为备用烟道，而不影响加热炉的正常生产。
3、节能效果
3.1计算数据
根据工业炉设计手册中空气预热温度与燃料节约量的关系图可查得，空气预热温度由300℃提高到500℃后，节约燃料率可由16%提高至25%，节约率增加56.25%。
3.2实测数据
经过半年的使用，预热空气温度在460～490℃之间，改造前后的煤气消耗对比数据如下：
(1)800℃保温段，煤气耗量平均下降约60m3/h，下降15.7%；
(2)1230℃升温段(以4h升至需要温度为例)，煤气耗量平均下降约75m3/h，下降9.16%；
(3)1230℃保温段，煤气耗量平均下降约130m3/h，下降35.12%。
3.3效益分析
通过对改造后的使用统计，一台加热炉共生产57炉次，比改造前共计节约煤气42.87万m3，按正常生产量推算，全年可节约煤气费用76.48万元，一台空气预热器的改造的投资在15万元左右，半年可收回投资。
4、结论
(1)采用碳化硅质陶瓷换热器进行高温烟气的余热利用节能改造，是一种在设备不必进行大改造时的投资小、见效快的节能改造好方法。
(2)碳化硅质陶瓷换热器具有耐高温、耐腐蚀、长寿命等优点，但也有抗震性差、不易维修等缺点，不适合用于震动大的场合。
(3)碳化硅质陶瓷换热器因其材质的特殊性，需要现场施工，设备停修时间长。
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