锻造加热炉烟气余热利用节能改造

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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。