至德鋼業(yè)余熱利用技術(shù)在熱軋304不銹鋼管機組中的應用

 本文以浙江至德鋼業(yè)有限公司159mm連軋管機組工程為例，著重介紹了環(huán)形爐煙氣余熱利用技術(shù)在生產(chǎn)實踐中的應用情況和使用效果，以推動余熱綜合利用技術(shù)在此領(lǐng)域的進步。近年來，我國不銹鋼管廠家在裝備水平、產(chǎn)品質(zhì)量及產(chǎn)量等方面都有了較大的提升與發(fā)展，我國已成為304不銹鋼管生產(chǎn)大國，各類生產(chǎn)運行的304不銹鋼管生產(chǎn)機組累計有380余套，還有不少新建、在建機組數(shù)量。節(jié)約能源、發(fā)展環(huán)境友好型企業(yè)、降低生產(chǎn)成本、推進技術(shù)進步已逐漸成為我國304不銹鋼管企業(yè)實施“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”的必要措施和重要途徑。

一、熱連軋管工藝余熱利用技術(shù)

 1. 熱連軋管生產(chǎn)工藝流程

 浙江至德鋼業(yè)有限公司304不銹鋼管生產(chǎn)車間內(nèi)159mm熱連軋管機組選用連鑄圓管坯，經(jīng)環(huán)形爐加熱到1250~1280℃后，送入穿孔機軋制為空心毛管，經(jīng)橫移設(shè)備送往連軋管機軋制成荒管，之后根據(jù)生產(chǎn)工藝要求送入張力減徑機軋制延伸后，送往冷床冷卻，冷床入口溫度約為900℃。

 2. 煙氣余熱綜合利用技術(shù)

 熱軋鋼管車間采用環(huán)形加熱爐加熱圓管坯，加熱產(chǎn)生的煙氣具有溫度高（300~400℃）、煙氣量大、熱容大的特點，其余熱可用于車間制冷供暖和芯棒預熱?，F(xiàn)以至德鋼業(yè)159mm熱連軋管機組為例，介紹環(huán)形爐煙氣余熱利用技術(shù)的綜合運用，并分析其技術(shù)特點及節(jié)能優(yōu)勢。

  a. 環(huán)形爐設(shè)計參數(shù)

  至德鋼業(yè)生產(chǎn)車間內(nèi)159mm熱連軋管機組采用了中徑為42.0m的環(huán)形加熱爐，加熱品種以碳素鋼、低合金鋼、合金鋼為主，最大產(chǎn)量為170噸/小時，最大煙氣量為84960立方米/小時。

  b. 環(huán)形爐煙氣余熱用于制冷、采暖

 制冷、采暖主要是指利用余熱煙氣對車間內(nèi)操作室、電氣室及一些人工操作點冬季供熱、夏季供冷。該159mm連軋管機組設(shè)有許多操作室和電氣室，這些房間均需要夏季制冷、冬季供暖，年需制冷總量約3400kW，供熱總量約1870kW。

 環(huán)形爐余熱煙氣經(jīng)電動閥門進入煙氣補燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組（以下簡稱煙氣補燃型機組），夏季制冷、冬季供熱。在煙氣系統(tǒng)中，設(shè)煙氣引風機來調(diào)節(jié)進入煙氣補燃型機組的煙氣流量，該引風機由煙氣補燃型機組控制。

 煙氣補燃型機組是以熱能為動力，以水為制冷劑、以溴化鋰溶液為吸收劑，在真空狀態(tài)下交替制取空調(diào)用冷、溫水的設(shè)備，其工作原理見圖。

二、余熱制冷原理

  發(fā)生器： 熱源（高溫煙氣或燃氣）加熱溴化鋰溶液，溶液中水不斷汽化，溴化鋰溶液變成濃溶液，進入吸收器，實現(xiàn)溶液的循環(huán)；蒸發(fā)的水蒸氣進入冷凝器；

  冷凝器：水蒸氣冷凝成高壓低溫的液態(tài)水；

  蒸發(fā)器：冷凝器內(nèi)的水通過膨脹閥后成為低壓水蒸氣進入蒸發(fā)器，與蒸發(fā)器中的冷媒水進行熱交換而發(fā)生汽化，汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒水的熱量，從而達到降溫制冷的目的；并成為低壓冷媒蒸氣進入吸收器；

  吸收器：低壓冷媒蒸氣進入，被吸收器中的溴化鋰溶液（又稱濃溶液）吸收，吸收過程中產(chǎn)生的熱量由送入吸收器中的水帶走，吸收后的溴化鋰水溶液（又稱稀溶液）由溶液泵送至發(fā)生器，完成整個循環(huán)。

三、余熱供暖原理

 供熱原理與制冷原理大體相同，區(qū)別在于循環(huán)過程中釋放的熱量用于加熱冷媒水。冬天，環(huán)形加熱爐高溫煙氣進入溴化鋰機組后，利用其置換出的熱水，直接提供給各主電氣室組合式空調(diào)機組，作為采暖熱源使用。

四、環(huán)形爐煙氣產(chǎn)生量特征分析

 環(huán)形爐煙氣量與環(huán)形爐小時產(chǎn)量及該產(chǎn)量下的工作時間密切相關(guān)，其產(chǎn)生煙氣量的規(guī)律見表。

 根據(jù)表可以看出：環(huán)形爐每年工作時間約200天，可利用高溫煙氣量（不小于300℃）負荷時間約109碳，其余為低負荷及檢修時間。

五、余熱制冷采暖系統(tǒng)實例

 浙江至德鋼業(yè)有限公司在環(huán)形爐煙氣排放管道上并聯(lián)1套溴化鋰吸收式冷熱水機組，通過支路閥門調(diào)節(jié)，使高溫煙氣（不小于300℃）作為熱源進入煙氣補燃型機組，經(jīng)其處理后對車間內(nèi)的電氣室、操作室等小房子進行制冷采暖；當環(huán)形爐停爐檢修或排出的煙氣量過小不能利用時，需解除余熱利用系統(tǒng)，關(guān)閉支路閥門，打開主煙道閥門，將煙氣由主煙道排至煙囪，以保證環(huán)形爐的正常生產(chǎn)。同時，考慮余熱煙氣的最大利用率，且保證停爐檢修期間空調(diào)系統(tǒng)的正常運行，溴冷機采用100%天然氣補燃，當在環(huán)形加熱爐減產(chǎn)或停產(chǎn)檢修時，由此機組燃燒天然氣繼續(xù)補燃以提供工段辦公室、操作室、小房子等空調(diào)用戶的采暖制冷。空調(diào)所需熱水為60℃/50℃，制冷所需冷水為12℃/7℃。

 煙氣補燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組設(shè)計參數(shù)：

  余熱煙氣：流量77000m³/h（最大），61600m³/h（額定）；

  制冷量：3400kW（冷媒水供/回水溫度分別為7℃/12℃，冷卻水進/出口溫度分別為30℃/36℃）；

  供熱量：1870kW（冷水供/回水溫度分別為60℃/50℃）；

  1. 無余熱煙氣時的補燃燃氣為天燃氣，補燃負荷100%。

  采用煙氣補燃型機組制冷采暖系統(tǒng)后，每年可節(jié)約天然氣59.8×10m³，利用了84.95×105m³本要排放的高溫煙氣，經(jīng)過兩年多的生產(chǎn)證明，此項措施實現(xiàn)了減少能源利用、減少排放、綠色環(huán)保的目的。

  此外煙氣補燃型機組的制冷劑為水，是環(huán)保型冷媒，吸收劑為溴化鋰溶液，對人體及環(huán)境也是無毒無害的。而大多數(shù)電制冷溴化鋰機組的冷媒多為氟化物，對大氣臭氧層有破壞作用且會引起溫室效應。

  2. 煙氣補燃型機組限制環(huán)節(jié)分析。

  采用煙氣補燃型機組，有一定程度的節(jié)能和環(huán)保效應，因其一次投資建設(shè)成本相對較大，在建設(shè)期分析其余熱利用熱源的規(guī)律性和限制環(huán)節(jié)非常重要。

  對于熱連軋304不銹鋼管機組，其環(huán)形爐平均小時產(chǎn)量和高煙氣量負荷時間是其關(guān)鍵限制環(huán)節(jié)，需要指出的是對于小時產(chǎn)量平均在100噸以上的環(huán)形爐，煙氣量是富余的，采暖制冷周期在3個月或略長的周期內(nèi)，節(jié)能減排效果可觀。比如該公司采用相同技術(shù)的460mm軋管廠，采用煙氣補燃型機組制冷采暖的節(jié)能效果比4159mm軋管廠更加顯著。

  3. 環(huán)形爐煙氣用于芯棒預熱

  利用環(huán)形爐煙氣預熱的熱空氣作為芯棒預熱爐熱源：將溫度約350℃的熱空氣高速吹入爐膛內(nèi)，完成熱交換后的空氣（100~150℃）經(jīng)爐頂排煙口和排煙管由排煙機排入廠房外的煙囪內(nèi)。該廠采用環(huán)形爐煙氣余熱加熱空氣用于芯棒預熱，年預熱芯棒472支，每小時預熱空氣量為9000m³，完全滿足正常生產(chǎn)所需預熱的芯棒量，相比傳統(tǒng)燃氣型芯棒預熱爐，每年可節(jié)約天然氣3.06×103m³，利用了43.47×10m³本要排放的高溫煙氣，其節(jié)能效果顯著，目前已成為各大熱軋304不銹鋼管廠加熱芯棒時的常用措施。

六、不銹鋼管在線常化

  不銹鋼管在線?；?，是充分利用鋼管軋后的余熱，經(jīng)一次再加熱，然后進入張力減徑機，相比線外熱處理不僅節(jié)約能耗，也可以節(jié)約線外的輔助設(shè)備。該廠生產(chǎn)工藝上設(shè)計了“小冷床”（?；浯玻┮詫崿F(xiàn)這一功能，主要處理品種為304不銹鋼管。在線?；墓に嚶肪€是：從脫管機脫出的荒管（溫度約870~970℃），通過輥道送到“小冷床”冷卻到500~550℃，之后送入再加熱爐加熱至950℃左右，保溫一定時間后，出爐除鱗送進張力減徑機軋制，隨后上步進式冷床進行冷卻。該廠實踐生產(chǎn)證明：在線?；に嚸磕昕晒?jié)約天然氣1.8×105m³。該項技術(shù)充分利用荒管處于軋后高溫狀態(tài)，利用自身余熱實現(xiàn)熱處理，改善成品鋼管的材料性能，目前在國內(nèi)很多熱軋企業(yè)普遍使用。

七、結(jié)語

  實踐證明，在熱軋304不銹鋼管廠家推廣節(jié)能新技術(shù)、加強余熱回收利用具有良好的前景，余熱回收不僅可收到明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，也可顯著改善勞動條件，降低生產(chǎn)運行成本，減少對環(huán)境的污染排放。