1、1钢铁企业轧钢加热炉节能设计技术规范行业标准编制说明 1.工作简况1）任务来源根据工信厅科2009260 号文 “工业和信息化部关于印发 2009 年第二批工业行业标准制修订计划的通知”中规定，由北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司负责起草钢铁企业轧钢加热炉节能设计技术规范（计划编号 2009-2839T-YB） 行业标准，主管部门为中国钢铁工业协会，技术归口单位为全国钢标准化技术委员会。2）工作过程2010 年 2 月 1 日，凤凰公司主要起草人与冶金工业信息标准研究院业内人士开会，对标准的格式、规范重点、步骤和进度交换了意见。随后凤凰公司成立了标准起草小组。具体工作如下： 2010 年 2
2、月至 2010 年 3 月初进行资料收集工作，将与本规范有关的已发布的国家和行业标准认真比对，尽可能做到不重复、不矛盾；2010 年 3 月至 4 月底，完成标准初稿；2010 年 7 月下旬至 8 月上旬主要起草单位内部审查；2010 年 9 月，发标准征求意见稿，并在中国钢铁网上公示，并发送国内有关企事业单位，征求意见。2010 年 10 月，收集并汇总各方意见，起草小组对标准征求意见稿作进一步修改，形成标准送审稿。2010 年 12 月 召开行业标准审定会。3）参编单位本标准由北京京诚凤凰工业炉工程技术有限公司和冶金工业信息标准研究院编制。2. 标准编制原则及目的意义 1）贯彻国家对钢铁
3、行业的节能减排要求，从设计和操作上加以限制和指导，在保证满足工艺的条件下，加热炉应达到的能耗指标。 2）根据国内外轧钢加热炉能耗的实际情况，确定经努力而能实现的平均先进指2标为各方的追求值。平均先进指标低于先进指标。3）编制本标准的目的是为了规范轧钢加热炉在设计中必须有的节能措施和应达到的期望值。3. 标准技术内容本标准的名称改为钢铁企业轧钢加热炉节能设计技术规范 ，标准中突出设计规范，节能从源头开始，促进和规范节能技术。1）总则本章主要对标准目的、意义、适应范围等做出规范。加热炉除达到工艺要求外，节能环保是重要指标。 1.1 加热炉有连续式炉和间断式炉，钢铁企业数量最多、耗能最大的是连续式加
4、热炉，应重点控制。间断炉按一个加热周期消耗的热量计量，料的规格差别较大，加热工艺区别也大，与装出料操作熟练程度，生产安排等有关，不稳定因素多，制定一个统一标准目前还不成熟。1.2 轧钢加热炉全面的设计规范按 GB50486-2009钢铁厂工业炉设计规范执行。本规范仅涉及到轧钢加热炉设计时应采用的综合节能技术、以节能为中心的操作维护和应达到的单耗指标。1.3 炉子设计者必须了解国家和行业的节能规定，在确定基本设计方案时，要有一个总体设想，既要有好的加热质量、产量，又要根据燃料条件，合理地决定燃烧方式、空煤气预热温度的水平、炉衬各部分的组成、自动化控制项目，确保是一个低能耗低排放的热工设备。1.4
5、 一个节能型的炉子设计是基本条件，但生产中，料坯规格、产量、加热工艺是变化的，因此操作节能是重要环节，比如待轧时，视待轧时间长短，调整均热段和（或）加热段的设定温度等。操作工应做到勤观察炉况，勤调整热工参数并且总结好的经验，总之要做到精细操作。 1.5 炉子设计应以节能环保为中心，积极采用国内外行之有效的各种技术，包括蓄热燃烧技术、脉冲燃烧技术、汽化冷却技术、低热惰性炉衬、低 NOx 烧嘴、空煤气预热器等。大力研发具有自主知识产权的低 NOx 烧嘴、无焰燃烧器、富氧和全氧燃烧器、蓄热式辐射管烧嘴、全纤维炉衬板坯加热炉、全脉冲燃烧控制的步进炉等，设计出具有中国特色的现代化工业炉。根据燃料条件、产
6、品种3类、平面布置选择各类技术，融合于一体。1.6 生产厂根据具体情况，制定符合实际的供热和温度制度，既保证良好的加热质量，又得到最低的燃料消耗。经过钢坯在线温度测量（黑匣子）的炉子，应根据测定结果，修正二级控制中的炉温设定值，使数模更接近于实际。2）规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB50486-2009 钢铁厂工业炉设计规范YB9051-98 钢铁企业设计节能技术规定GB/T 16618 工业炉窑保温技术通则GB9078 工
7、业炉窑大气污染物排放标准 GB16297 大气污染物排放物标准GB12348 工业企业厂界环境噪声排放标准 GB/T13338 工业燃料炉热平衡测定与计算基本规则 GB/T17195 工业炉名词术语GB50309-2007 工业炉砌筑工程质量验收规范 GB/T 9079-1988 工业炉窑烟尘测试方法 3）术语和定义的确定为统一行业对专业名词的含意的定义，本标准中提出了下列术语。GB/T17195-1997 中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。炉子热效率 thermal efficiency钢坯加热需要的物理热与燃料化学热之比。炉子热效率不等于炉膛热效率。预热器废热回收率 flue gas
8、 heat recovery efficiency预热空气、煤气的物理热与废气进入预热器的物理热之比，是衡量预热器热回收程度的重要指标。4换热器温度效率 recuperator temperature efficiency（预热空气（或煤气）温度-20）/(废气进入预热器的温度-20)，是预热器的重要指标。推钢炉管底比 skid hearth rate炉底纵水管、横水管、立柱裸露总面积与炉底面积之比。过钢炉底应力 furnace hearth intensity每平方米过钢炉底面积每小时的产量,kg/m 2h。单位燃料消耗 nominal specific consumption加热单位重量代
9、表规格钢坯到目标温度需要的燃料化学热,KJ/kg。烧损率 scale loss rate钢坯加热后失去的重量与加热前的重量之比。空气过剩系数 combustion air excess rate燃料燃烧时，实际空气供给量与理论空气需要量之比。蓄热式燃烧 regenerative combustion采用蓄热室作为烟气余热回收装置，燃烧和排烟两种状态交替工作，可将助燃空气和煤气加热到 1000以上，排烟温度降到 200以下，如果空气和煤气都预热，称为双蓄热；如果仅空气预热，称为单蓄热。蓄热式烧嘴 regenerative burner蓄热式烧嘴是带有蓄热室余热回收装置的烧嘴，配对使用，通过换向实
10、现周期性燃烧。4）轧钢加热炉设计节能综合技术加热炉节能是一项综合技术，即需要从各个方面注意，结合实际，采取多种行之有效的节能措施，达到低耗、优质的目的。（1）炉型选择加热炉炉型选择应与车间生产规模及轧线工艺设备装备水平相适应。炉子的水平要与轧机相匹配。新建的热轧、中厚板车间必须采用步进梁式炉，不再选择推钢式炉。但为了利用短料，某些厚板车间设置一座推钢炉作为补充。有的特厚板车间还设置均热炉和车底炉用于加热钢锭，由于均热炉辅助设备和厂房投资大，需要与其他5可选择炉型比较后确定。板坯加热炉尤其是热轧炉必须满足热装的要求。对于普钢棒线炉优先选择步进式炉，也可以采用推钢炉。坯料厚度大于130mm 时，不
11、宜采用步进底式炉，因为断面大，又是单面加热，断面温差过大，不易保证产品的尺寸精度。棒线步进炉一般为侧进侧出的悬臂辊道方式，如果坯料宽度超过 400mm 或特大特重坯料，采用悬臂辊比较困难，宜采用端进端出、装出钢机的方式。特钢棒线炉必须用步进梁式炉，以减少断面温差、烧损、脱碳，表面无划伤。也比较容易做到不同间隔布料，缩短均热段停留时间，实现高温快出。园坯、管坯加热优先选择环形炉，布料允许的话也可以采用步进梁式炉。薄板坯连铸连轧保温炉可采用辊底炉或步进梁式炉。（2）炉子产量确定车间内加热炉总能力确定应以轧钢工艺提出的年加热量和有无加热工艺的特殊要求为依据。多炉配置时，受相互干扰的影响，炉子利用率下
12、降。热轧和中厚板车间往往是多炉配置，炉子利用率见表 1。利用系数过低，炉子能力大，会造成投资的浪费。利用系数过高，在单炉生产时，炉子产量将不能满足轧机需要，或者产量可以满足，但温差过大。表 1 多炉生产时炉子利用率表炉子座数 座 2 3 4炉子利用率 - 0.8-0.75 0.75-0.7 0.7-0.65设计炉子年工作时间：6500h不应留设供轮流检修用的备用炉。下面是几个厂的炉子利用率厂 炉子座数 单炉额定产量 t/h 单炉实际产量 t/h 利用率武钢二热轧 3 300 220 0.73宝钢 2050 热轧 4 350 220-250 0.63-0.71马钢 2250 热轧 3 370 2
13、50 0.65棒线材车间由于一炉对一套轧机，为适应轧机高产需要，炉子利用率为0.66-0.7，设计年工作时间 6500h。一些厂的炉子利用系数如下：序 厂名 车间年产量万 t/a炉子产量t/h炉子利用系数1 上五厂棒材（特钢） 30 75 0.6762 大钢棒材（特钢） 30 70 0.713 石钢棒材 60 150 0.664 唐钢棒材 60 150 0.665 韶钢小型 50 125 0.666 江阴中型 50 126 0.667 武钢高线 70 180 0.658 张家港高线 60 150 0.669 唐钢二线 34 85 0.6910 唐钢一线 30 80 0.6311 邢钢一线 35
14、 80 0.7312 邢钢二线 40 100 0.66建议采用 0.66-0.70车间热装率大于 70%时，不宜按全部冷装时的年平均产量确定炉长，以免炉子产量留的余量过大。环形加热炉需对每种坯料规格计算小时产量和相应的年工作时间，受设备能力的限制，如果出现出料频率超过 150 支/h，则需要将超过部分的产量降下来。设计年工作时间取 6500 小时，是为了使炉子留有一定的增产潜力。（3）炉底应力选择过钢炉底应力是个经验值，过高则钢坯断面温差大，过低则炉子长，投资大，因此要合理选择。 炉底应力与钢坯的钢种、断面、出钢温度与温差、钢坯初温、各段供热制度和温度制度、炉型有关。应采用合理的炉底应力，高的
15、炉底应力不节能，钢坯断面温差大，过低的炉底应力使炉子加长，增加投资，需要综合考虑多方面的因素。常规燃烧方式时，不同炉型的炉底应力见表 2，节能型炉建议采用中下限值。表 2 炉底应力选用表炉型 加热方式 轧机 原料 mm 炉底应力 kg/m2h7单面加热 小型 50-70 方坯 300-400推钢式全部上下加热 小型 75-100 方坯 max 650步进底式 单面加热 小型 130 方坯 350-450步进梁底组合 部分单面加热部分上下加热小型 100-150 方坯 400-500小型 140 方坯 500-550中型 坯厚 250-350棒材轧机450-550热轧 坯厚 200-250热轧坯
16、600-650厚板 坯厚 250-300厚板坯550-600热轧 300 系列不锈钢板坯460-500步进梁式 上下加热热轧 400 系列不锈钢板坯500-550环形炉 上加热 无缝 管坯 250-300最终断面温差是板坯炉加热质量的重要指标，上部温度与中心温度的差值以及下部温度与中心温度的差值30，是轧机所允许的，此时炉底应力取中上限，如果用户希望温差20，则炉底应力取中下限。几个厂黑匣子测定的断面温差结果如下：工程 炉底应力 kg/m2h 温差 均下烧嘴布置方式某 1780 热轧 700 30 轴向某 2250 热轧 690 36 侧部某 1780 热轧 620 20 侧部 燃高炉煤气的双
17、蓄热炉，炉底应力与常规炉一样。燃混合煤气的蓄热炉，炉底应力可在上表基础上提高 10-15%使用高炉煤气，虽然是双蓄热，但由于煤气中 N2含量高，变为废气后没有辐射能力，因此综合辐射系数下降了，炉底应力也就不能提高。适当延长不供热预热段的长度，降低炉尾排烟温度，将废气的热量直接传递给钢坯，有十分明显的节能效果，不供热预热段每延长 1m，废气温度下降 30，单耗降(3-4)*4.18KJ/kg。不供热预热段长度占炉子有效长度的百分比值如表3，单位：%8表 3 不供热预热段长度比例表 %燃烧方式 三段供热时 四段供热时常规燃烧方式 33-35 20-26空气单蓄热 18-20空煤气双蓄热 5-8（4
18、）出钢温度如果轧机允许，出钢温度应控制在下限，对节能和减少烧损都有好处，出钢温度每降低 50，省能（11-13）*4.18KJ/kg。 （5）热装热装是工序节能的重要措施，应尽可能提高热装温度和热装率。全炉热装时，燃料节约率（与冷装时额定燃料消耗比较）应达到下列表 4 的指标。如果冷热混装，节约率将下降。表 4 热装时燃料节约率表热装温度 20 400 600 700 800 900推荐节约率 % 基准 15 28 35 45 53热平衡计算节约率 % 基准 22.5 35.6 44.1 53.4热平衡计算是在冷装和热装下，排烟温度均为 800，事实上，热装时，排烟温度将超过 800，因此建议
19、用表 4 中的推荐节约率来衡量热装的效果。实际生产中，由于不是全部热装，实际节约率将低于推荐节约率。不宜频繁地冷热混装，这样既不省能，又增大烧损，可以成批量地热装和冷装,冷坯与热坯间留出空料段，便于炉温控制。有可能的话，单设专用热装炉。但给计算机管理增加了难度。 为适应热装需要，装料端设缓冲带，长度为额定产量时，与 20 分钟产量相应的板坯所占位置。为此须设置长行程装钢机，不推荐将炉子分成前后两段独立运动的方式。装料端缓冲带是为了轧机换辊停轧，热料不落地考虑的，一般为 3-4 块坯的位置。炉子分成前后两段其用意在适应热装，但实际生产中均未采用，反而给设计和操作增加麻烦，所以不推荐采用。适当增加
20、炉子温度控制段，以便在热装时成段切断，也可以采用脉冲燃烧方9式，灵活地增加或减少供热段。热装时，炉子产量往往不增加，最先的加热段可以不供热，或很小，如果投资可以，则采用脉冲方式，否则采用间拔。总之供热段要多一点，有调整的手段。（6）蓄热式燃烧技术蓄热燃烧技术是一项节能和环保方面都具有突出优点的新技术，是节能减排的重要措施，是使用高炉煤气于高温炉上的唯一途径。是否采用蓄热式方式要看燃料条件、加热坯料规格与品种的复杂程度、最终加热温度的多变性等情况。从燃料条件来说，使用天然气和焦炉煤气时，采用空气单蓄热；使用混合煤气时，采用单蓄热和双蓄热都可以；使用低热值的转炉煤气和高炉煤气时，必须双蓄热。蓄热燃
21、烧炉膛温度调节灵敏度差，比较适用于炉温制度不经常变化的棒线炉。热轧炉如采用双蓄热，由于双蓄热炉炉压较高，炉气外溢大，使操作环境变差。如果是单蓄热，与常规炉炉压一样，因此对于热轧车间，如果燃料是混合煤气，建议采用单蓄热，虽然炉温调节性差，但节能效果是明显的，炉压控制也是容易的。蓄热式炉除了炉压高以外，对炉温调节的响应速度慢是一个大的缺点，某厂数据如下：2050 热轧 1#炉 2050 热轧 3#炉（几乎全部是单蓄热） （常规炉）将炉温设定值提高 20， 到达设定值的时间 min 7.5 2将炉温设定值降低 20， 到达设定值的时间 min 4.5 1.64.5.3 燃混合煤气的常规炉改造成蓄热炉
22、，应有明显的节能效果，指标应达到表 5 的水平。表 5 混合煤气蓄热炉与常规炉能耗比较 %空气单蓄热 空煤气双蓄热蓄热炉比常规炉 9 1510能耗节省率 %这是由常规炉改造成蓄热炉的最大好处。（7）废气余热利用连续加热炉的排烟温度在 700-850，设置空气和煤气预热器，充分回收废气余热是轧钢加热炉最重要的节能措施。 加热炉必须设置空气预热器，是否设置煤气预热器需根据加热炉布置条件、用户习惯等综合考虑。对于转炉煤气和发生炉煤气的加热炉，应同时设置煤气预热器。空煤气预热温度根据排烟温度不同，而稍有差别，非蓄热式炉要求预热温度水平见表 6表 6 非蓄热式炉空煤气预热温度值空煤气双预热时炉型 空气单
23、预热时 预热温度 空气预热温度 煤气预热温度碳素钢板坯加热炉 550 以上 500-450 250-300不锈钢板坯加热炉 500 450 250棒材加热炉 500 450 250线材加热炉 450 以上 400 250-200环形加热炉 500 400 250煤气预热器的设计温度不宜高于 300，避免炉子在低负荷工作时，由于煤气预热温度超温，使其管壁温度过高，缩短使用寿命。空气预热器的废热回收率应必须在 0.4 以上，温度效率应在 0.6 以上，见表7 和表 8表 7 预热器废热回收率 %空气预热温度废气温度400 450 500 550 600700 37.0 41.9 46.7 51.7750 39.0 43.5 48.1 52.8800 36.4 40.5 44.9 49.2850 37.9 42.0 46.1
