锅炉烟气分析在轧钢加热炉中的应用

　　随着钢铁产量的增长，钢铁工业能耗占全国总能耗的比重越来越高。加热炉是轧钢厂的主要耗能设备之一，其能耗占轧钢工序能耗的60~70%，能耗水平直接影响轧钢生产成本，因此降低加热炉能耗是轧钢节能的主要方向和目标。我国冶金行业轧钢加热炉几千余座，包括今年新建或改造的蓄热式加热炉，在运行、使用过程或多或少地存在问题，其能耗水平相差很大，有的加热炉单耗高达70~80kg/t，节能潜力十分巨大。因此，提高轧钢加热炉的能耗水平对钢铁企业的节能有着重要意义。

　　一、轧钢加热炉的热平衡分析

　　燃料在锅炉中燃烧所放出的热量一部分通过受热面被锅炉中的水喝蒸汽吸收而得到有效利用，其余部分则以不同的方式损失掉了，这种锅炉热量的收支平衡关系，即为热平衡。

　　燃料燃烧发出的热量中，有效利用的热量是使风温、煤气温度和钢坯温度提高所必须传入的热量。锅炉烟气带走的物理热是热损失中的主要部分。当鼓风量过大时（即空燃比α偏大），虽然能使燃料充分燃烧，但烟气中过剩空气量偏大，表现为烟气中氧气含量偏高，过剩空气带走的热损失增大，导致热效率η偏低。与此同时过量的氧气会和燃料中的S、烟气中的N2反应生成SO2、NOx等有害物质。而对于轧钢加热炉，烟气中的氧气含量过高，还会导致钢坯氧化铁皮增厚，增加氧化烧损。

　　当鼓风量偏低时（即空燃比α偏小），表现为烟气中氧气含量低，CO含量高，虽说排烟热损失小，但燃料没有*燃烧，热损失增大，热效率也将降低。

　　二、燃烧效率分析

　　在热平衡的基础上，可以计算出锅炉的热效率，用以判断锅炉的性能和运行水平，还可以计算锅炉的燃料消耗量。主要参数有排烟热损失、化学未*燃烧热损失、锅炉散热损失、进入锅炉的燃料热量、锅炉燃料消耗量。

　　1、 排烟热损失指平时出锅炉的烟气具有的焓值高于进入锅炉的空气的焓值而造成的热损失。

　　2、 化学未*燃烧热损失是指排烟中含有未燃尽的CO、H2等可燃气体造成的热损失。

　　3、 锅炉散热损失是指炉墙、锅筒、集箱以及管道等外表面向外界空气散热所造成的热损失。其大小主要取决于散热表面积的大小、水冷壁和炉墙的结构、保温层的性能和厚度，以及周围空气的温度等因素。一般来说，锅炉容量增大，其结构紧凑，平均到单位燃料的锅炉表面积减少，散热损失相对值也减少。

　　4、 进入锅炉的热量可按下式计算（用于无外部热源加热空气的情况）：

　　Qr=Qdwy+irKJ/m3

　　式中：Qdwy为燃料的应用基低位发热量KJ/m3；ir为燃料中的物理显热。

　　5、 锅炉燃料消耗量可按下式计算：

　　B=100[Dgr（igr-igs）+Dps(ips-igs)]/η•Qr

　　式中：Dgr为过热蒸汽量，kg/h；Dps为锅炉机组排污水量，kg/h；igr为过热蒸汽焓，kJ/Kg；igs为给水焓，kJ/Kg；ips为饱和水焓，kJ/h。

　　深入分析，测定各项热损失，则可以找到减少热损失，提高锅炉热效率的途径。

　　三、轧钢加热炉的节能途径

　　1、减少烟气带走的热量

　　1）正确控制燃烧过程中的空气系数，合理地组织燃料的燃烧。在保证燃料*燃烧的前提下，应尽量降低空气过剩系数，以减少烟气量。

　　2）正确控制炉膛压力，减少冷空气的吸入和高温气体的逸出，当炉子负压操作或某个局部为负压时，势必吸入冷空气，这将增大烟气量，若为正压时，将逸出高温烟气。权衡二者，应采取微正压操作，严格控制炉膛压力，使逸气热损失降到小。

　　2、降低排烟温度，加强余热利用

　　1）利用换热器余热助燃空气及煤气，一方面使排烟温度降低，另一方面也使烟气余热得以利用。

　　2）在换热器的选用上，要科学准确地提高烟气进出预热器后允许压降给制造厂家，避免因预热器的阻力过大而使烟囱的抽力不够，造成大量烟气从炉尾进钢口冒出，空气、煤气的预热温度难以提高。

　　3、搞好热风、热煤气管道的保温包扎工作

　　一般热风、热煤气管道的布置复杂，散热面积大，如果保温不好势必造成很大的热损失。1994年《国家科技成果重点推广计划》中推出了FBT系列复合保温涂料，该复合保温涂料具有施工方便、使用寿命长、粘接力强、抗振动、不变形、理化性能稳定和表面平整美观的特点，特别适合于加热炉和热风、煤气管网的保温。

　　4、合理选用烧嘴，提高燃料利用率和加热质量

　　1）平焰烧嘴能将炉墙或炉顶内表面均匀加热到很高的温度，形成辐射能力*的炉墙和炉鼎。因此有利于将钢坯（锭）均匀加热和强化炉内传热过程，显著改善加热质量，提高炉子生产力和降低燃料消耗。

　　2）可推广使用火焰长度可调烧嘴。为了使坯料加热均匀，尤其是在产量降低和炉子待轧时，炉子的热负荷需要减少，而某些燃烧段上的烧嘴便会出现烧嘴能力下降、火焰长度缩短，在这种情况下坯料在炉内的受热就非常的不均匀，亦可出现局部过热或过烧现象。若采用火焰长度可调节烧嘴就可避免这种现象。

　　四、轧钢加热炉监测项目

　　1、排烟温度及烟气的空气系数

　　在热指出项目中，出炉烟气带走的热量所占比例很大，一般为25%~38%左右。影响其大小的主要因素就是排烟温度和排烟处的空气过剩系数α。过量空气系数过大或过小都会产生不良后果，过大会导致烟气体积增大，炉膛温度降低，增加排烟热损失，热效率降低；过小会使燃料燃烧不充分，产生大量CO，污染环境，同时也增大了不*燃烧热损失。可以说过量空气系数的大小直接影响锅炉的热工性能，即锅炉热效率。一般过量空气系数控制在1.05~1.20之间。

　　要想准确地控制过量空气系数，一般采用燃烧效率分析仪抽取烟道气体实时分析其烟道气中CO、O2和CO2的含量，并计算得到过量空气系数。锐意自控基于自主知识产权气体传感器硬件及软件核心技术，针对轧钢加热炉的运行调控需求，设计出一款燃烧效率分析仪Gasboard-3400(P)，在钢铁行业得到广泛应用。

　　Gasboard-3400(P)采用红外气体分析技术，并结合长寿命电化学传感器技术，可同时测量烟道气体中CO、CO2、O2含量及0℃~1200℃范围内的排烟温度，需要时还可扩展SO2、NOx等气体的测量，为燃料燃烧控制提供更多的参考依据。同时还具有抗干扰性好、不受取样流量影响、寿命长、灵敏度高，精度高，量程范围广等不可比拟的优势。

　　2、炉渣含碳量

　　炉渣含碳量增加，一方面使机械不*燃烧热损失加大，能耗增加；另一方面也影响燃料的燃烧，使煤与风的比例放生变化，从而影响火焰的温度和气氛。

　　3、炉体外表面温度

　　炉体散热损失，其大小与炉体表面温升成正比，由于近几年隔热材料的迅猛发展，炉体的保温效果普遍好转，所以该项热指出占2%~5%。

　　4、可比单位能耗

　　为了使加热炉的能耗具有可比性，应测算加热炉的可比单耗。所谓可比单耗就是以合格加热钢坯（锭）折合质量计算的单位产品燃料消耗。

　　五、轧钢加热炉监测要点

　　1、检查被测加热炉的运行情况，监测应在加热炉处于正常生产实际运行工况的稳定状态下进行，监测时间不小于2小时。测试项目数据每隔15~20分钟记录一次，取算术平均值。监测之前应检查所用的仪器仪表，必须保证仪表完好，并应在检定周期内，其精度不应低于2.0级。

　　2、排烟温度的测点，应选在余热回收装置（换热器）烟气出口0.5米左右处，无余热回收的可以不知在炉体烟气出口1~2米的烟道上。测温探头应插至烟道横截面的中心位置。

　　3、烟气取样点应与排烟温度测定布置在同一烟道截面上，烟气取样和测温要同步进行。

　　4、炉渣的取样应注意均匀型和代表性。取样、缩制方法按照GB-10180附录A（补充件）进行；化验分析按照《煤的工业分析方法》进行。

　　5、炉体外表面温度测点的布置应具有代表性，视炉内温度区和炉体外表面面积的大小，一般取0.5~2平方米一点，同时应避免受高温辐射和溢气的影响。测得的外表面温度取其算术平均值为监测结果。

　　6、轧钢加热炉可比单耗的计算方法参见冶金部（88）治能字083号“轧钢加热炉可比单耗等级标准”。

　　六、结语

　　研究运用合理的冶炼及热加工工艺降低能耗是钢铁工业的一项基本任务。解决这个问题的途径必须改造传统工艺，尽量采用新工艺，实现从单一的设备节能向系统节能的转变。加快加热炉的技术改造，是投资少、见效快的有效节能手段。在技术改造的同时还应密切关注其燃烧效率，以大限度的提高节能效果。